Die Masse und die ihr innewohnende Verknüpfung mit der Kernbindungsenergie stellen eine fundamentale Eigenschaft dar, einen einzigartigen "Fingerabdruck" eines jeden Nuklids. Deshalb sind präzise Massenwerte für eine Vielzahl von Anwendungen von Bedeutung. Diese reichen von Kernstrukturuntersuchungen - zum Beispiel der Untersuchung von Schalenabschlüssen und der Entstehung von Deformation - über Tests von Kernmassenmodellen und Massenformeln bis hin zu Tests der schwachen Wechselwirkung und des Standardmodells. Die erforderliche relative Genauigkeit liegt im Bereich von 1E-5 bis unterhalb von 1E-8 für Radionuklide, welche überwiegend Halbwertszeiten von weit weniger als einer 1 s besitzen. Erhebliche Fortschritte in der Penningfallen-Massenspektrometrie haben diese Methode zu einem bevorzugten Verfahren für Präzisionsmessungen an seltenen Isotopen gemacht. Diese Technik ermöglicht hohe Genauigkeit und Sensitivität sogar für sehr kurzlebige Nuklide. Darüber hinaus können Ionenfallen eingesetzt werden, welche Vorteile für präzise Zerfallsstudien bieten.

Mit MATS (Precision Measurements of very short-lived nuclei using an Advanced Trapping System for highly-charged ions) an FAIR beabsichtigen wir, beide Techniken auf sehr kurzlebige Radionuklide anzuwenden: Präzisionsmassenmessungen und in situ Konversionselektronen- bzw. Alphaspektroskopie. Der experimentelle Aufbau von MATS ist eine einzigartige Kombination aus einer Elektronenstrahlionenfalle zum Ladungsbrüten, Ionenfallen zur Strahlpräparation und einem Präzisions-Penningfallensystem für Massenmessungen und Zerfallsstudien.

Für die Massenmessungen bietet MATS sowohl hohe Genauigkeit als auch hohe Sensitivität. Es kann eine relative Massenunsicherheit von 1E-9 erreicht werden, indem hochgeladene Ionen eingesetzt werden und eine zerstörungsfreie "Fourier-Transform-Ion-Cyclotron-Resonance" (FT-ICR) Nachweistechnik auf einzelne gespeicherte Ionen angewendet wird. Diese Genauigkeitsgrenze ist für grundlegende Wechselwirkungstests von Bedeutung. Außerdem ermöglicht sie die Untersuchung der Feinstruktur der Kernmassenoberfläche mit beispielloser Genauigkeit, wann immer es erforderlich ist. Der Einsatz der FT-ICR-Technik liefert echte Einzelionensensitivität. Dies ist ganz wesentlich, um Isotope mit minimalen Produktionsraten zu erfassen, die meist die interessantesten sind. Anstatt die höchste Genauigkeit anzustreben, kann auch der hohe Ladungszustand der Ionen dazu genutzt werden, die Speicherdauer der Ionen zu reduzieren, was Messungen selbst an kurzlebigeren Isotopen ermöglicht.

Mit MATS werden Zerfallsstudien in Ionenfallen möglich. Es werden neuartige spektroskopische Hilfsmittel für hochauflösende in situ Konversionselektronen-Spektroskopie und Spektroskopie geladener Teilchen von trägerfreien Quellen entwickelt werden, die zum Beispiel auf die Messungen von Quadrupolmomenten und E0 Feldstärken abzielen. Durch die Möglichkeit sowohl Präzisionsmassenmessungen an kurzlebigsten Isotopen als auch Zerfallsstudien durchzuführen, ist MATS auch aufgrund seiner hohen Sensitivität sowie Genauigkeitspotentials ideal geeignet für die Untersuchung von sehr exotischen Nukliden, wie sie nur an der FAIR-Anlage produziert werden.

Bitte besuchen Sie für weitere Informationen die Webseite von MATS