Gebremste Ionen

Hoch geladene Ionen werden in großer Zahl am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung bei hohen Energien erzeugt und bewegen sich danach mit hoher Geschwindigkeit. Für viele Experimente der Atom-, Kern- und Fundamentalphysik müssen sie jedoch stark abgebremst, gespeichert und gekühlt werden. Genau hierfür wurde die HITRAP-Anlage am GSI entwickelt, die künftig einzigartige Forschungsmöglichkeiten mit langsamen hochgeladenen Ionen bieten wird.

Mehr zum Thema

10.10.2022 • Nachricht • Forschung

Größe eines exotischen Nickel-Isotops gemessen

18.01.2022 • Nachricht • Forschung

Ladungsradien als Prüfstein neuester Kernmodelle

Klaus Blaum • 9/2025 • Seite 45

Von Massen und g-Faktoren

Wilfried Nörtershäuser • 3/2023 • Seite 22

Langjähriges Rätsel gelöst

Wolfgang Quint • 2/2023 • Seite 16

Hochgeladen zu noch mehr Genauigkeit

H.-Jürgen Kluge • 9/2020 • Seite 46

Fünfzig Jahre Optische Spektroskopie an Beschleunigern

Im Rahmen der nun veröffentlichten Arbeiten, die in intensiver Kooperation mit der GSI-Ent­schleu­ni­ger-Abtei­lung durchgeführt wurden, gelang es erstmals, vollständig ionisierte Argon-Ionen aus der Beschleunigeranlage über mehrere Stufen abzubremsen und einzufangen. „In dem von uns durchgeführten Experiment verwendeten wir Ar-Ionen, denen wir sämtliche Elektronen entrissen, sodass wir nur die ’nackten‘ Atomkerne zurückbehielten,“ berichtet Simon Rausch, Erstautor der Studie, der in der Arbeitsgruppe von Wilfried Nörtershäuser am Fachbereich Physik der TU Darmstadt promovierte. „Dies erfolgte bei etwa dreißig Prozent der Lichtgeschwindigkeit und bevor wir die Ionen einfangen konnten, mussten wir ihre Bewegungsenergie zunächst um etwa einen Faktor 10.000 reduzieren.“ Dies gelang in der Entschleunigerstruktur der HITRAP-Anla­ge. Danach konnten die Ionen für mehrere Sekunden in der HITRAP-Kühl­fal­le gespeichert werden. „Damit wurde erstmals der vollständige Weg von beschleunigerproduzierten hochgeladenen Ionen bis zur Speicherung in einer Penningfalle demonstriert,“ so Rausch.

Darüber hinaus konnte erstmals die Elektronenkühlung hochgeladener Ionen in einer Penningfalle nachgewiesen werden. Diese Methode reduziert die Bewegungsenergie der Ionen weiter und bildet eine wesentliche Grundlage für zukünftige Präzisionsexperimente.

Die nun veröffentlichten Ergebnisse schaffen die technologischen Voraussetzungen für eine Vielzahl geplanter Experimente an HITRAP. Ihre Bedeutung zeigte sich bereits beim ersten Nutzerexperiment an der Anlage, bei dem langsame hochgeladene Gold-Ionen für materialwissenschaftliche Untersuchungen eingesetzt wurden. Die jetztigen Errungenschaften bilden die Grundlage für eine weltweit einzigartige Forschungsplattform für Präzisionsexperimente mit schweren hochgeladenen Ionen an GSI und FAIR. [TU Darmstadt / dre]