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TRIGA-TRAP

 

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TRIGA-TRAP Projekt

Einleitung

TRIGA-TRAP ist ein neu entwickeltes Doppel-Penningfallen Massenspektrometer, das speziell für Experimente mit einzelnen einfach geladenen Ionen entworfen wurde [1].

Sicht von oben auf das TRIGA-SPEC Setup
Abb. 1: Sicht von oben auf das TRIGA-SPEC Setup. Die vom TRIGA-Reaktor (obere linke Ecke) erzeugten Spaltprodukte werden in verschiedenen Ionenquellen ionisiert, die sich im Hochspannungskäfig unterhalb der Plattform (obere rechte Ecke) befinden. Die Experimente werden in der kollinearen Laserspektroskopie-Beamline TRIGA-LASER (untere linke Ecke) und im Penningfallen-Massenspektrometer TRIGA-TRAP (untere rechte Ecke) durchgeführt. - für größere Version klicken

Das System bietet sowohl die allgemein verwendete destruktive Flugzeit-Resonanzmethode als auch die schmalbandige nicht-destruktive FT-ICR-Technik, wie hier beschrieben. Innerhalb des TRIGA-TRAP Projekts haben wir erstmals eine Penningfalle an einem Kernreaktor installiert, um Zugriff auf neutronenreiche Spaltprodukte zu haben. Darüber hinaus stehen Proben von schweren Elementen oberhalb von Uran für off-line Messungen zur Verfügung. Die Massen dieser Nuklide sind von großer Bedeutung, u.a. für zuverlässige Nukleosynthese-Berechnungen in der nuklearen Astrophysik und zur Untersuchung der Kernstruktur.

Das Penningfallen Massenspektrometer ist Teil des TRIGA-SPEC [1] Spektroskopie-Projekts (siehe linkes Foto), das auch das kollineare Laserspektroskopie-Setup TRIGA-LASER externer Link beinhaltet. Das Massenspektrometer wurde in Betrieb genommen und Tests zur Bestimmung der systematischen Unsicherheiten sowie erste off-line Massenmessungen wurden durchgeführt [2]. Momentan erfolgt die Inbetriebnahme einer EZR- und einer Hochtemperatur-Oberflächen-Ionenquelle [HELIOS], die in Verbindung mit einem Gas-Jet Transportsystem den Zugang zu Spaltprodukten ermöglichen wird. Hierzu wurde eine 30 kV-Hochspannungsplattform installiert. Die Massenseparation nach der Ionenquelle erfolgt mittels eines 90°-Dipolmagneten mit einer Auflösung von ca. 500. In naher Zukunft wird der Kühler und Buncher COLETTE [3], der vom CERN nach TRIGA-SPEC transferiert wurde, installiert, um gekühlte Ionenpulse für die angeschlossenen Experimente zu liefern.

Die Forschungsarbeiten im Rahmen des TRIGA-TRAP Projekts stehen in enger Verbindung mit der Zielsetzung des Extreme Matter Institutes (EMMI) externer Link an der GSI/Darmstadt externer Link. Das Institut wurde von der im November 2007 geschlossenen Helmholtz Allianz "Extremes of Density and Temperature: Cosmic Matter in the Laboratory" errichtet. Diese Allianz verbindet die GSI mit 7 nationalen Partnern (darunter das Max-Planck-Institut für Kernphysik) sowie 4 internationalen Partnern. Mit EMMI soll eine in Europa einmalige Struktur zur interdisziplinären Erforschung von Materie unter extremen Bedingungen entstehen.

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Einsatzmöglichkeiten für Massenmessungen mit TRIGA-TRAP

Die chemische Zusammensetzung unseres Universums birgt viele Überraschungen: warum kommt Eisen so viel häufiger vor als schwerere Elemente wie z.B. Gold? Warum gibt es überhaupt schwere Elemente und wie sind sie entstanden? Die Eigenschaften von Atomkernen, besonders ihre Massen, spielen eine entscheidende Rolle bei der Beantwortung dieser grundlegenden Fragen an der Verbindungsstelle von Kern- und Astrophysik. TRIGA-TRAP ermöglicht Massenmessungen an neutronenreichen Kernen, die sich in der am wenigsten erforschten Region der Nuklidkarte (siehe Abb. unten) befinden und für den Einfang schneller Neutronen (r-Prozess) wichtig sind. Außerdem können schwere Nuklide oberhalb von Uran off-line untersucht werden. Der hochpräzise Massenwert liefert die gesamte Kernbindungsenergie der Kerne, die für Kernstrukturuntersuchungen bedeutsam ist, da die Bindungsenergie das Ergebnis der im Kern vorhandenen Kräfte ist.

Spaltungs-Produktionsraten
Abb. 2: Spaltungs-Produktionsraten bei Verwendung eines 300μg Cf-249 Targets und einem Neutronenfluss von 1.8 x 10^(11) n/(cm^2 s) im stationären Betrieb von TRIGA [1]. Die blaue Linie markiert die Grenze der experimentellen Massenunsicherheit (delta m) größer als 10keV. Die rote Linie zeigt den erwarteten Pfad des r-Prozesses [4]. - für größere Version klicken

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Referenzen

[1]   J. Ketelaer et al., Nucl. Instrum. Meth. A 594 (2008) 162 externer Link
[2]   J. Ketelaer et al., Eur. Phys. J. D 58 (2010) 47 externer Link
[3]   D. Lunney et al., Nucl. Instrum. Meth. A 598 (2009) 379 externer Link
[4]   J. J. Cowan et al., Phys. Today 57 (2004) 47 externer Link