Ionen in der Falle - Indico
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GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH Ionen in der Falle CRYRING@ESR und HITRAP GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH Frank Herfurth Überblick Was wollen wir messen? Warum? Warum hochgeladene Schwerionen? Uranion 91+ Wir sperren Ionen ein. Warum? Wie? Eine Ionenfalle und ein Speicherring. „HITRAP“ und „CRYRING“ GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH F. Herfurth "Ionen in der Falle" Sternenlicht wikipedia.org http://solarscience.msfc.nasa.gov Sonne Fraunhoferlinien - 1814 „Lamb“verschiebung - 1947 GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH http://www.nobelprize.org www.conrad.de Balmer Serie - 1885 Wasserstoff Bohr Modell des Wasserstoff + Relativistik, Elektronspin (Dirac) + elektromagnetisches Feld + „Nichts“ (QED) Lambverschiebung - Startpunkt der Quantenelektrodynamik http://www.nobelprize.org ... Willis E. Lamb Nobelpreis 1955 GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH F. Herfurth "Ionen in der Falle" Wahrscheinlichkeit Hubble, nasa.gov, Krebsnebel in Falschfarben Entstehung der schweren Elemente Überreste einer Supernova p + ZA = Z+1A = GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH Gamow “Fenster“ Sternenstaub Energie (Temperatur) Wie wahrscheinlich sind bestimmte Reaktionen? – Messung! Anpassen der Modelle an Labordaten um Supernovae zu modellieren und verstehen F. Herfurth "Ionen in der Falle" Warum möchten wir hochgeladene Ionen? • Das einfachste atomare System ist Wasserstoff (1 Proton + 1 Elektron) • Leicht zu berechnen, präzise zu messen (1s2s – 10-15) • Wasserstoff Ähnlich einfach = “wasserstoffähnliches” Schwerion (1 Kern + 1 Elektron) • Genaue Rechnungen verfügbar • Große QED Effekte, aber auch Kerneffekte • Hochgeladenes Schwerion • • Hohe Kernladungszahl Z = Großes Elektrisches Feld – nirgends sonst verfügbar Kernreaktionswahrscheinlichkeit viel kleiner als Reaktionswahrscheinlichkeit mit der Elektronenhülle eines Atoms • Um Kernreaktionen hervorzuheben – alle Elektronen entfernen GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH Uranion 91+ Schwere, hochgeladene Ionen herstellen Mit Elektronen beschießen Durch Elektronen schießen Metallfolie (voller Elektronen) • • recht klein und einfach Temperaturion ~ eV/q GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH • • schnell und effizient funktioniert auch mit Millionen von Uranionen Zwischenstand Wir beobachten hochgeladene Schwerionen um Theorien zu überprüfen und zu verbessern Quantenelektrodynamik (QED), Kernmodelle, ... Daten für unser Verständnis der Entstehungsprozesse der Elemente im Universum zu sammeln ... Wir produzieren hochgeladene Schwerionen mit einer Beschleunigeranlage (GSI/FAIR) Für genaue Messungen müssen wir aber noch – Ort – Beobachtungszeit – Energie kontrollieren. GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH F. Herfurth "Ionen in der Falle" Ionen im Magnetfeld Magnetfeld GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH F. Herfurth "Ionen in der Falle" Ionen im Magnetfeld Magnetfeld GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH F. Herfurth "Ionen in der Falle" Solenoid, Zylinderspule - supraleitend https://en.wikipedia.org/wiki/Superconducting_magnet GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH F. Herfurth "Ionen in der Falle" Ionenfalle (Penningfalle) Penningfallen B Zyklotronfrequenz: z0 1 q ⋅ ⋅B νc = 2π m r0 + q/m H. Dehmelt, W. Paul – Nobelpreis 1989 Axial (z) ν c = ν + +ν − http://www.nobelprize.org Magnetron (-) GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH mod. Zyklotron (+) F. Herfurth "Ionen in der Falle" Dipolmagnet GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH F. Herfurth "Ionen in der Falle" Speicherring Dipolmagnete bringen den Ionenstrahl auf eine Kreisbahn (hier für CRYRING@ESR 12 Stück) GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH F. Herfurth "Ionen in der Falle" Zwischenstand Wir beobachten hochgeladene Schwerionen um Theorien zu überprüfen und zu verbessern Quantenelektrodynamik (QED), Kernmodelle, ... Daten für unser Verständnis der Entstehungsprozesse der Elemente im Universum zu sammeln ... Wir produzieren hochgeladene Schwerionen mit einer Beschleunigeranlage (GSI/FAIR) Für genaue Messungen kontrollieren wir Ort und Zeit Abbremsen und Kühlen um Energie zu kontrollieren GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH F. Herfurth "Ionen in der Falle" Zur Kontrolle von – Ort – Beobachtungszeit – Energie Kühlen mit Elektronen 1. Kalte Elektronen herstellen 2. Ionen in kalten Elektronen ”baden” 3. Ionen und Elektronen trennen 4. Nachfüllen (oder abkühlen) der Elektronen im Speicherring GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH in Ionenfalle F. Herfurth "Ionen in der Falle" Kühlen mit Licht Zur Kontrolle von – Ort – Beobachtungszeit – Energie in Ionenfalle GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH F. Herfurth "Ionen in der Falle" Zur Kontrolle von – Ort – Beobachtungszeit – Energie Einsperren = Speichern = Kontrolle +B +E Kleine Kreise = “Fallen” Axiale Bewegung νz Große Kreise = “Speicherringe” Zyklotron Bewegung ν+ ν- Magnetron Bewegung Durchmesser ~ wenige Millimeter GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH Durchmesser ~ mehrere Meter F. Herfurth "Ionen in der Falle" Die Beschleunigeranlage in Darmstadt SIS100 SIS UNILAC ESR S-FRS HESR Deutschland, Finnland, Frankreich, Indien, Polen, Rumänien, Russland, Schweden und Slowenien Großbritannien (assoziiert) GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH CR NESR FLAIR LSR/CRYRING F. Herfurth "Ionen in der Falle" HITRAP und CRYRING@ESR in Darmstadt SIS UNILAC Ionenfallenanlage HITRAP ESR Speicherring CRYRING@ESR GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH F. Herfurth "Ionen in der Falle" CRYRING in Stockholm + GSI/FAIR Experimente von 1992 bis 2012 ~ 200 verschiedene Ionen einfach geladene Ionen (pos. & neg.) mehrfach geladene Ionen Molekül - Ionen (pos. & neg.) + schwere, hochgeladene Ionen + GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH F. Herfurth "Ionen in der Falle" Transport von Schweden nach Darmstadt > 10 LKW mit Komponenten Nov. 2012 GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH G. Otto, GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung mbH A. Kaellberg, Manne Siegbahn Laboratory, Stockholm März 2013 F. Herfurth "Ionen in der Falle" CRYRING@ESR im neuen “Bunker” GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH F. Herfurth "Ionen in der Falle" GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH F. Herfurth "Ionen in der Falle" Jan. 2014 GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH F. Herfurth "Ionen in der Falle" März 2014 GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH F. Herfurth "Ionen in der Falle" Dez. 2014 GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH F. Herfurth "Ionen in der Falle" 2016 GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH F. Herfurth "Ionen in der Falle" Warum dauert das so lange? Neustart SIS/ESR Wir sind hier. Idee 2012 2013 2014 Transport zur GSI Umbau Halle Richtfest Strom, Wasser, Licht, Aufbau der Komponenten. 2015 2016 Erste Ionen von der Quelle 2017 2018 Inbetriebnahme Erste Ionen @ 300 keV/u Gespeicherte Ionen Ausheizen Aufbau und Test des 1. Experiments GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH F. Herfurth "Ionen in der Falle" Flug entlang der Ionenbahn Mit Dank für die Flugkünste an Andreas Bonin GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH F. Herfurth "Ionen in der Falle" Ionen in der Falle – HITRAP und CRYRING Wir beobachten hochgeladene Schwerionen um Theorien zu überprüfen und zu verbessern Quantenelektrodynamik (QED), Kernmodelle, ... Daten für unser Verständnis der Entstehungsprozesse der Elemente im Universum zu sammeln ... Wir produzieren hochgeladene Schwerionen mit einer Beschleunigeranlage (GSI/FAIR) Für genaue Messungen müssen wir Ort, Beobachtungszeit und Energie kontrollieren Ionenfallen und Speicherringe GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH F. Herfurth "Ionen in der Falle"
