Laserspektroskopie der Grundzustands-Hyperfeinstruktur des lithiumähnlichen 209 Bi 80+

Die theoretische und experimentelle Untersuchung von wasserstoffähnlichen Systemen hat in den letzten hundert Jahren immer wieder sowohl die experimentelle als auch die theoretische Physik entscheidend vorangebracht. Formulierung und Test der Quantenelektrodynamik (QED) standen und stehen in engen Zusammenhang mit der Untersuchung wasserstoffähnlicher Systeme. Gegenwärtig sind besonders wasserstoffähnliche Systeme schwerer Ionen von Interesse, um die QED in den extrem starken Feldern in Kernnähe zu testen. Laserspektroskopische Messungen der Hyperfeinstrukturaufspaltung des Grundzustandes bieten eine hohe Genauigkeit, ihre Interpretation wird jedoch durch die Unsicherheit in der Größe der Kernstruktureffekte erschwert. Beseitigt werden können diese durch die Kombination der Aufspaltung in wasserstoff- und lithiumähnlichen Ionen des gleichen Nuklids. In den letzten zwei Jahrzehnten scheiterten mehrere dadurch motivierte Versuche, den HFS-Übergang in lithiumähnlichen 209Bi80+ zu finden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde kollineare Laserspektroskopie bei etwa 70% der Lichtgeschwindigkeit an 209Bi82+ und 209Bi80+ -Ionen im Experimentier- Speicherring an der GSI in Darmstadt durchgeführt. Dabei wurde der Übergang im lithiumähnlichen Bismut erstmals beobachtet und dessen Übergangswellenlänge zu 1554,74(74) nm bestimmt. Ein eigens für dieses Experiment optimiertes Fluoreszenz-Nachweissystem stellte dabei die entscheidende Verbesserung gegenüber den gescheiterten Vorgängerexperimenten dar. Der Wellenlängenfehler ist dominiert von der Unsicherheit der Ionengeschwindigkeit, die für die Transformation in das Ruhesystem der Ionen entscheidend ist. Für deren Bestimmung wurden drei Ansätze verfolgt: Die Geschwindigkeit wurde aus der Elektronenkühlerspannung bestimmt, aus dem Produkt von Orbitlänge und Umlauffrequenz und aus dem relativistischen Dopplereffekt unter Annahme der Korrektheit des früher bestimmten Überganges in wasserstoffähnlichen Bismut. Die Spannungskalibration des Elektronenkühlers wurde im Rahmen dieser Arbeit erstmals kritisch evaluiert und bislang unterschätzte systematische Unsicherheiten aufgezeigt, die derzeit einen aussagekräftigen QED-Test verhindern. Umgekehrt konnte unter Verwendung der QED-Berechnungen eine Ionengeschwindigkeit berechnet werden, die ein genaueres und konsistenteres Resultat für die Übergangswellenlängen beider Ionenspezies liefert. Daraus ergibt sich eine Diskrepanz zu dem früher bestimmten Wert des Überganges in wasserstoffähnlichen Bismut, die es weiter zu untersuchen gilt.

Entwicklung kohärenter Lichtquellen im XUV-Regime

Plasmabasierte Röntgenlaser sind aufgrund ihrer kurzen Wellenlänge und schma-rnlen spektralen Bandbreite attraktive Diagnose-Instrumente in einer Vielzahl potentieller Anwendungen, beispielsweise in den Bereichen Spektroskopie, Mikroskopie und EUV-Lithografie. Dennoch sind Röntgenlaser zum heutigen Stand noch nicht sehr weit verbreitet, was vorwiegend auf eine zu geringe Pulsenergie und für manche Anwendungen nicht hinreichende Strahlqualität zurückzuführen ist. In diesem Zusammenhang wurden in den letzten Jahren bedeutende Fortschritte erzielt. Die gleichzeitige Weiterentwicklung von Pumplasersystemen und Pumpmechanismen ermöglichte es, kompakte Röntgenlaserquellen mit bis zu 100 Hz zu betreiben. Um gleichzeitig höhere Pulsenergien, höhere Strahlqualität und volle räumliche Kohärenz zu erhalten, wurden intensive Studien theoretischer und experimenteller Natur durchgeführt. In diesem Kontext wurde in der vorliegenden Arbeit ein experimenteller Aufbau zur Kombination von zwei Röntgenlaser-Targets entwickelt, die sogenannte Butterfly-Konfiguration. Der erste Röntgenlaser wird dabei als sogenannter Seed für das zweite, als Verstärker dienende Röntgenlasermedium verwendet (injection-seeding). Aufrndiese Weise werden störende Effekte vermieden, welche beim Entstehungsprozessrndes Röntgenlasers durch die Verstärkung von spontaner Emission zustande kom-rnmen. Unter Verwendung des ebenfalls an der GSI entwickelten Double-Pulse Gra-rnzing Incidence Pumpschemas ermöglicht das hier vorgestellte Konzept, erstmaligrnbeide Röntgenlasertargets effizient und inklusive Wanderwellenanregung zu pum-rnpen.rnBei einer ersten experimentellen Umsetzung gelang die Erzeugung verstärkter Silber-Röntgenlaserpulse von 1 µJ bei 13.9 nm Wellenlänge. Anhand der gewonnenen Daten erfolgte neben dem Nachweis der Verstärkung die Bestimmung der Lebensdauer der Besetzungsinversion zu 3 ps. In einem Nachfolgeexperiment wurden die Eigenschaften eines Molybdän-Röntgenlaserplasmas näher untersucht. Neben dem bisher an der GSI angewandten Pumpschema kam in dieser Strahlzeit noch eine weitere Technik zum Einsatz, welche auf einem zusätzlichen Pumppuls basierte. In beiden Schemata gelang neben dem Nachweis der Verstärkung die zeitliche und räumliche Charakterisierung des Verstärkermediums. Röntgenlaserpulse mit bis zu 240 nJ bei einer Wellenlänge von 18.9 nm wurden nachgewiesen. Die erreichte Brillanz der verstärkten Pulse lag ca. zwei Größenordnungen über der des ursprünglichen Seeds und mehr als eine Größenordnung über der Brillanz eines Röntgenlasers, dessen Erzeugung auf der Verwendung eines einzelnen Targets basierte. Das in dieser Arbeitrnentwickelte und experimentell verifizierte Konzept birgt somit das Potential, extrem brillante plasmabasierte Röntgenlaser mit vollständiger räumlicher und zeitlicher Kohärenz zu erzeugen.rnDie in dieser Arbeit diskutierten Ergebnisse sind ein wesentlicher Beitrag zu der Entwicklung eines Röntgenlasers, der bei spektroskopischen Untersuchungen von hochgeladenen Schwerionen eingesetzt werden soll. Diese Experimente sind amrnExperimentierspeicherring der GSI und zukünftig auch am High-Energy StoragernRing der FAIR-Anlage vorgesehen.rn

Measurement of neutron flow with the external target experimental device on CSR

With the construction of the neutron detection wall at the external target position on Heavy Ion Research Facility in Lanzhou-Cooling Storage Ring (HIRFL-CSR), it will be possible to detect high energy neutron. A BUU model is applied to simulate the flow in both symmetric (Ni+Ni, Pb+Pb) and asymmetric(Pb+Ni) systems. It is shown that at above several hundreds MeV/u, the flow signals are very obvious and depend clearly on the centrality of the collisions. Based on the products in the forward angle less than 20 degrees, the simulation also reveals that the determination of the reaction plane and the selection of the impact parameter, both of which are essential in the flow measurement, are well implemented. The double event and its influence on the determination of the neutron flow are also simulated.

Experimental studies of the dissociative recombination of CD3CDOD+ and CH3CH2OH2+

Aims. We determine branching fractions, cross sections and thermal rate constants for the dissociative recombination of CD3CDOD+ and CH3CH2OH2+ at the low relative kinetic energies encountered in the interstellar medium. Methods. The experiments were carried out by merging an ion and electron beam at the heavy ion storage ring CRYRING, Stockholm, Sweden. Results. Break-up of the CCO structure into three heavy fragments is not found for either of the ions. Instead the CCO structure is retained in 23 +/- 3% of the DR reactions of CD3CDOD+ and 7 +/- 3% in the DR of CH3CH2OH2+, whereas rupture into two heavy fragments occurs in 77 +/- 3% and 93 +/- 3% of the DR events of the respective ions. The measured cross sections were fitted between 1-200 meV yielding the following thermal rate constants and cross-section dependencies on the relative kinetic energy: sigma(E-cm[eV]) = 1.7 +/- 0.3 x 10(-15)(Ecm[eV])(-1.23 +/- 0.02) cm(2) and k(T) = 1.9 +/- 0.4 x 10(-6)(T/300)-0.73 +/- 0.02 cm(3) s(-1) for CH3CH2OH2+ as well as k(T) = 1.1 +/- 0.4 x 10(-6)(T/300)(-0.74 +/- 0.05) cm(3) s(-1) and s(Ecm[eV]) = 9.2 +/- 4 x 10(-16)(Ecm[eV])-1.24 +/- 0.05 cm(2) for CD3CDOD+

Some aspects of the prospective experimental use of the Stanford two-mile accelerator /

Eleven papers dealing with photon beams from the accelerator, use of hydrogen bubble chambers and spark chambers, a storage ring for 10-Bev muons, muon beams and -p scattering experiments, mass analysis of highenergy accelerator beams, the search for intermediate bosons and heavy leptons, particle yields arising from decay of short-lived intermediate particles, and conjectures on the effects of Regge poles on Drell processes are included. Separate abstracts were prepared for the eleven papers. (D.C.W.).

Long term stability studies of particle storage rings using polynomial Maps

Long-term stability studies of particle storage rings can not be carried out using conventional numerical integration algorithms. We require symplectic integration algorithms which are both fast and accurate. In this paper, we study a symplectic integration method wherein the sym-plectic map representing the Hamiltonian system is refactorized using polynomial symplectic maps. This method is used to perform long term integration on a particle storage ring.

Design, analysis and implementation of a versatile low level radio frequency system for accelerating cavities

179 p.

An introduction to the trapping of clusters with ion traps and electrostatic storage devices

This paper presents an introduction to the application of ion traps and storage devices for cluster physics. Some experiments involving cluster ions in trapping devices such as Penning traps, Paul traps, quadrupole or multipole linear traps are briefly discussed. Electrostatic ion storage rings and traps which allow for the storage of fast ion beams without mass limitation are presented as well. We also report on the recently developed mini-ring, a compact electrostatic ion storage ring for cluster, molecular and biomolecular ion studies.

Impacts of the embedded windings to the field quality of dipole

Cooler Storage Ring (CSR) of Heavy Ion Research Facility in Lanzhou (HIRFL) consists of a main ring (CSRm) and an experimental ring (CSRe). Two particular C-type dipoles with embedded windings are used in the injection beam line of CSRm. They also act as the prototype dipoles of CSRe. The windings are designed to improve the field quality by their trimming current. The current impacts on field homogeneity and multipole components are investigated by a hall sensor and a long coil, respectively. The experiment shows that a field homogeneity of +/- 1.0 x 10(-3) can be reached by adjusting the trimming currents, though the multipole components change correspondingly. In our case, the quadrupole component is decreased to a low level with the octupole, decapole and 12-pole ones increased slightly when the trimming current is optimized.

HIRFL today

HIRFL was upgraded from beginning 2000. Besides of researches on nuclear physics, atomic physics, irradiative material and biology, the cancer therapy by heavy ion and hadron physics are being developing. The injector system of SFC+SSC can provide all ions from proton to uranium with higher intensity. The Cooling Storage Ring (CSR) has accelerated beams successful. The ions C-12(6+), Ar-36(18+), Xe-129(27+) have been accelerated up 1000MeV/u, 235MeV/u with about 10(9)similar to 10(8) ions per spill respectively. The beam momentum dispersion was measured from 4x10(-3) to 2x10(-4) after cooling by the electron cooler or similar to 4x10(-4) after accelerated to 1000MeV/u without cooling. In order to improve the nuclear structure and heavy isotope research in SFC+SSC energy domain, A Wien filter was added in front of RIBLL and gas was filled in first section of RIBLL; a new spectrometry SHANS has being installed. Presently, there are two starting version experimental setups at CSR.

General design of the CSR project in IMP

CSR, a new accelerator project under the construction. to upgrade the existing heavy ion cyclotron system in Lanzhou, is a double cooling-storage-ring system. It consists of a main ring and an experimental ring. The heavy ion beams from the cyclotron system will be accumulated and accelerated first in the main ring, then extracted to produce radioactive ion beams or high-Z beams, and finally to be send to the second ring for internal-target experiments.

OVERVIEW ON THE HIRFL-CSR FACILITY

The status of the HIRFL (Heavy Ion Facility in Lanzhou) - Cooler Storage Ring (CSR) at the IMP is reported. The main physics goals at the HIRFL-CSR are the researches on nuclear structure and decay property, EOS of nuclear matter, hadron physics, highly charged atomic physics, high energy density physics, nuclear astrophysics, and applications for cancer therapy, space industries, materials and biology sciences. The HIRFL-CSR is the first ion cooler-storage-ring system in China, which consists of a main ring (CSRm), an experimental ring (CSRe) and a radioactive beamline (RIBLL2). The two existing cyclotrons SFC (K=70) and SSC (K=450) are used as its injectors. The 7MeV/u12C6+ ions were stored successfully in CSRm with the stripping injection in January 2006. After that, realized were the accelerations of C-12(6+), Ar-36(18+), Kr-78(28+) and Xe-129(27+) ions with energies of 1GeV/u, 1GeV/u, 450 MeV/u and 235 MeV/u, respectively, including accumulation, electron cooling and acceleration. In 2008, the first two isochronous mass measurement experiments with the primary beams of Ar-36(18+) and Kr-78(28+) were performed at CSRe with the Delta p/p similar to 10(-5).

DIRECT MASS MEASUREMENTS OF EXOTIC NUCLEI IN STORAGE RINGS

Mass measurements of exotic nuclei is a fast, developing field which is essential for basic nuclear physics and a wide range of applications. The method of storage ring mass spectrometry has many advantages: (1) a large amount of nuclides can be simultaneously measured; (2) very short-lived (T-1/2 greater than or similar to 50 mu s) and very rare species (yields down to single ions) can be accessed; (3) nuclides in several atomic charge states can be investigated, (4) half-life measurements can be performed with time-resolved mass spectrometry. In this contribution we concentrate on some recent achievements and future perspectives of the storage ring mass spectrometry.

The stripper design and test at HIRFL-CSR

Charge stripping is employed to produce multi-charged ions for injecting the cooling storage ring After penetrating through the carbon foil, the widened distribution of ion charge states poses a limit to the ion injection Therefore, the carbon foil plays a key role in the charge snipping injection In this paper, foul strippers for Heavy Ion Research Facility at Lanzhou (HIRFL) and Cooling Sun age Ring (CSR) are introduced The charge state distribution of the stripped ions is measured and the stripping efficiency of the foils is investigated The experimental results are consistent with the theoretical values

A high performance Time-of-Flight detector applied to isochronous mass measurement at CSRe

A high performance Time-of-Flight detector has been designed and constructed for isochronous mass spectrometry at the experimental Cooler Storage Ring (CSRe) The detector has been successfully used in an experiment to measure the masses of the N approximate to Z approximate to 33 nuclides near the proton drip-line Of particular interest is the mass of As-65 A maximum detection efficiency of 70% and a time resolution of 118 +/- 8 Ps (FWHM) have been achieved in the experiment The dependence of detection efficiency and signal average pulse height (APH) on atomic number Z has been studied The potential of APH for Z identification has been discussed (C) 2010 Elsevier B V All rights reserved