Aufbau des GDH-Experiments und Messung der Helizitätsabhängigkeit von gamma p p pi + pi- von der Schwelle bis 800 MeV

Das Experiment zur Überprüfung der Gerasimov-Drell-Hearn(GDH)-Summenregel am Mainzer Mikrotron diente zur Messunghelizitätsabhängiger Eigenschaften der Photoproduktion amProton. Hierbei konnten neben den totalen Photoabsorptionswirkungsquerschnitten auch Querschnitte partieller Kanäle der Einpion-, Zweipion- und Eta-Produktion bestimmt werden. Für die möglichen Doppel-Pion-Reaktionen sind zur Zeit nur wenig Information vorhanden. Daher sind die Reaktionsmechanismen der Doppel-Pion-Photoproduktion weitgehend noch unverstanden. Aus diesem Grund ist die Untersuchung weiterer Observablenerforderlich. Die Helizitätsabhängigkeit stellt eine solcheneue Observable dar und kann dadurch gemessen werden, daßein zirkular polarisiertes Photon mit einem longitudinalpolarisierten Nukleon wechselwirkt. Der Photonspin beträgt1 und der Fermionenspin des Nukleons beträgt 1/2.Die Spins koppeln zu 3/2 und 1/2. Dies liefert diehelizitätsabhängigen Wirkungsquerschnitte.Diese Dissertation beschreibt den Aufbau des Mainzer GDH-Experiments und die technische Realisation der Messung helizitätsabhängiger Photoabsorptionswirkungsquerschnitte. Die Helizitätsabhängigkeit der doppelt geladenen Doppel-Pion-Photoproduktion am Proton wurde anhand der gemessenen Daten untersucht. Diese Reaktion ist ein Zweistufenprozeß, wobei das angeregte Nukleon resonant oder nicht-resonant in die Endzustandsteilchen zerfällt. Durch die helizitätsabhängigen Daten wurden Freiheitsgradein der Doppel-Pion-Photoproduktion eingeschränkt, wodurch eine Verbesserung der Modelle der Gent-Mainz- und der Valencia-Gruppe ermöglicht wurde. Die im Rahmen dieser Arbeit ermittelten Daten haben zusätzlich eine Motivation für weitere Interpretationsansätze durch die genanntenTheoriegruppen geschaffen.

Kalorimetrische Tieftemperaturdetektoren für niederenergetische (E 1 MeV/amu) Schwerionen und ihr erster Einsatz in der Beschleuniger-Massenspektrometrie zur Spurenanalyse von 236 U

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden zum ersten Mal kalorimetrische Tieftemperatur-Detektoren in der Beschleuniger-Massenspektrometrie (Accelerator Mass Spectrometry AMS), einer Standard-Methode zur Bestimmung kleinster Isotopenverhältnisse, eingesetzt, um das Isotopenverhältnis von 236U zu 238U zu bestimmen. Das Uran-Isotop 236U entsteht in der Neutroneneinfang-Reaktion 235U(n,gamma)236U und kann daher als Monitor-Nuklid für Neutronenflüsse verwendet werden. Die Detektoren bestehen aus einem Saphir-Absorber, auf den ein supraleitender Aluminium-Film aufgedampft ist, der als Thermistor dient. Ein energetisches Schwerion deponiert seine kinetische Energie als Wärme im Absorber, dessen Temperaturänderung durch die Widerstandsänderung des Supraleiters nachgewiesen wird. Mit solchen Detektoren konnte in vorhergehenden Experimenten bei GSI in einem Energiebereich von E = 5 - 300 MeV/amu für eine Vielzahl von Ionen von Neon bis Uran eine relative Energieauflösung von (1 - 4) E-3 erreicht werden. Der für die Beschleuniger-Massenspektrometrie typische Energiebereich liegt bei E = 0.1 - 1 MeV/amu. Im ersten Schritt wurde daher die systematische Untersuchung der Detektoreigenschaften auf diesen Energiebereich ausgedehnt. Diese Untersuchungen sowie die AMS-Messungen wurden am Tandem-Beschleuniger VERA des Instituts für Isotopenforschung und Kernphysik der Universität Wien durchgeführt. In einem Energiebereich von 10 - 60 MeV konnte für verschiedene Ionen (13C, 197Au, 238U) zunächst eine relative Energieauflösung von DeltaE/E = 7 E-3 erreicht werden. Dies übertrifft die Auflösung konventioneller Ionisations-Detektoren um ca. eine Größenordnung. Durch eine Verbesserung thermischer und elektronischer Rauschbeiträge konnte in einem zweiten Experiment für Uran der Energie 17 MeV die Auflösung auf DeltaE/E = 4.6 E-3 verbessert werden. Die Energie-Response des Detektors war linear über den gesamten beobachteten Energiebereich und unabhängig von der Ionenmasse; bis auf ein Niveau von 0.1 % wurde kein Pulshöhendefekt beobachtet. Diese Ergebnisse zeigen, daß solche Detektoren ein wertvolles Werkzeug in der Schwerionenphysik im Bereich relativ niedriger Ionenenergien darstellen. Mit der erreichten Energieauflösung war es möglich, für mehrere Proben aus natürlichem Uran das Isotopenverhältnis 236U/238U zu bestimmen: Um einen Material-Standard für Uran in der AMS zu etablieren, wurde das Isotopenverhältnis 236U/238U für zwei Proben aus der Mine ''K.u.K. Joachimsthal'' möglichst präzise bestimmt. Die Ergebnisse in der vorliegenden Arbeit stimmen gut mit früheren Messungen überein, die mit einem konventionellen Detektorsystem durchgeführt wurden. Sowohl der statistische als auch der systematische Fehler konnten deutlich reduziert werden. Für eine weitere Probe, extrahiert aus dem Wasser einer Uran-haltigen Quelle in Bad Gastein, wurde ein Isotopenverhältnis von 6.1 E-12 gemessen. Dies stellt das kleinste bislang für 236U/238U gemessene Isotopenverhältnis dar und bedeutet eine Steigerung der Sensitivität um eine Größenordnung. Die erreichte Energieauflösung ermöglicht es außerdem, die Detektoren zur direkten Massenidentifikation von schweren Ionen mittels einer kombinierten Energie-Flugzeit-Messung einzusetzen. In ersten Test-Messungen im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde eine Massenauflösung von DeltaM/M = (8.5 - 11.0) E-3 erreicht. In einem ersten Test für den Einsatz dieser Detektoren zum Nachweis sog. ''superschwerer Elemente (Z >= 112)'' erlaubte der große dynamische Bereich, die Reaktionsprodukte und ihre nachfolgenden Alpha-Zerfälle mit hoher Energieauflösung simultan und zeitaufgelöst nachzuweisen.

Measurement of the helicity dependence of deuteron photodisintegration for photon energies below 450 MeV

In 1998 a pilot experiment was carried out to study the helicity dependence of photoreaction cross sections using circularly polarized real photons on longitudinally polarized deuterons in a deuterated butanol target. The knowledge of these cross sections is required to test the validity of the Gerasimov-Drell-Hearn sum rule on the deuteron and the neutron. The focus of this thesis is on the results for the differential and total cross sections for the photodisintegration reaction for various photon energies in the range from 200 to 450 MeV using data taken with the detector system DAPHNE. The current understanding of the NN interaction as represented by the calculations by M. Schwamb could be confirmed within the given uncertainties. In addition, the detector DAPHNE has been prepared for the main experiment in 2003. The according work is presented together with results of the quality-test measurements of the renewed detector components.

An adjustable focusing system for a 2 MeV H- ion beam line based on permanent magnet quadrupoles

A compact adjustable focusing system for a 2 MeV H- RFQ Linac is designed, constructed and tested based on four permanent magnet quadrupoles (PMQ). A PMQ model is realised using finite element simulations, providing an integrated field gradient of 2.35 T with a maximal field gradient of 57 T/m. A prototype is constructed and the magnetic field is measured, demonstrating good agreement with the simulation. Particle track simulations provide initial values for the quadrupole positions. Accordingly, four PMQs are constructed and assembled on the beam line, their positions are then tuned to obtain a minimal beam spot size of (1.2 x 2.2) mm^2 on target. This paper describes an adjustable PMQ beam line for an external ion beam. The novel compact design based on commercially available NdFeB magnets allows high flexibility for ion beam applications.

Maḥzôr : ʿim lešôn aškenaz we-hadārat qôdeš ke-minhag aškenaz û-šʿar qehillôt qedôšôt û-mevûʿār bi-vē'ûr maspîq ; pērûš lešôn haq-qôdeš dāvār dāvûr ʿal ōfnāw be-mē'at devārîm we-rav ʿinyān ...

Text teilw. hebr., teilw. jidd.

Sēfer Maʿggālê ṣedeq : ke-šemô kēn hû-vô ketûbbā ḥaqûqā û-mevô'ārā, be-śāfā zakkā û-berûrā, darkê ṣedeq we-yôšer ôrēaḥ selûlā ... netîvôt ham-mišpāṭ darkê hat-tôrā ...

... Gavrî'ēl Ben-Ḥayyîm Miller

MeV ion beam lithography of biocompatible halogenated Parylenes using aperture masks

Parylenes are poly(p-xylylene) polymers that are widely used as moisture barriers and in biomedicine because of their good biocompatibility. We have investigated MeV ion beam lithography using 16O+ ions for writing defined patterns in Parylene-C, which is evaluated as a coating material for the Cochlear Implant (CI) electrode array, a neuroprosthesis to treat some forms of deafness. Parylene-C and -F on silicon and glass substrates as well as 50 μm thick PTFE were irradiated to different fluences (1×1013-1×10161×1013-1×1016 1 MeV 16O+ ions cm−2) through aperture masks under high vacuum and a low pressure (<10−3 mbar) oxygen atmosphere. Biocompatibility of the irradiated and unirradiated surfaces was tested by cell-counting to determine the proliferation of murine spiral ganglion cells. The results reveal that an oxygen ion beam can be used to pattern Parylene-C and -F without using a liquid solvent developer in a similar manner to PTFE but with a ∼25× smaller removal rate. Biocompatibility tests showed no difference in cell adhesion between irradiated and unirradiated areas or ion fluence dependence. Coating the Parylene surface with an adhesion-promoting protein mixture had a much greater effect on cell proliferation.

Detection efficiency of microchannel plates for e(-) and pi(-) in the momentum range from 17.5 to 345 MeV/c

High-energy e(-) and pi(-) were measured by the multichannel plate (MCP) detector at the PiM1 beam line of the High Intensity Proton Accelerator Facilities located at the Paul Scherrer Institute, Villigen, Switzerland. The measurements provide the absolute detection efficiencies for these particles: 5.8% +/- 0.5% for electrons in the beam momenta range 17.5-300 MeV/c and 6.0% +/- 1.3% for pions in the beam momenta range 172-345 MeV/c. The pulse height distribution determined from the measurements is close to an exponential function with negative exponent, indicating that the particles penetrated the MCP material before producing the signal somewhere inside the channel. Low charge extraction and nominal gains of the MCP detector observed in this study are consistent with the proposed mechanism of the signal formation by penetrating radiation. A very similar MCP ion detector will be used in the Neutral Ion Mass (NIM) spectrometer designed for the JUICE mission of European Space Agency (ESA) to the Jupiter system, to perform measurements of the chemical composition of the Galilean moon exospheres. The detection efficiency for penetrating radiation determined in the present studies is important for the optimisation of the radiation shielding of the NIM detector against the high-rate and high-energy electrons trapped in Jupiter's magnetic field. Furthermore, the current studies indicate that MCP detectors can be useful to measure high-energy particle beams at high temporal resolution. (C) 2015 AIP Publishing LLC.

Study of the radioactivity induced in air by a 15-MeV proton beam.

Radioactivity induced by a 15-MeV proton beam extracted into air was studied at the beam transport line of the 18-MeV cyclotron at the Bern University Hospital (Inselspital). The produced radioactivity was calculated and measured by means of proportional counters located at the main exhaust of the laboratory. These devices were designed for precise assessment of air contamination for radiation protection purposes. The main produced isotopes were 11C, 13N and 14O. Both measurements and calculations correspond to two different irradiation conditions. In the former, protons were allowed to travel for their full range in air. In the latter, they were stopped at the distance of 1.5 m by a beam dump. Radioactivity was measured continuously in the exhausted air starting from 2 min after the end of irradiation. For this reason, the short-lived 14O isotope gave a negligible contribution to the measured activity. Good agreement was found between the measurements and the calculations within the estimated uncertainties. Currents in the range of 120–370 nA were extracted in air for 10–30 s producing activities of 9–22 MBq of 11C and 13N. The total activities for 11C and 13N per beam current and irradiation time for the former and the latter irradiation conditions were measured to be (3.60 ± 0.48) × 10−3 MBq (nA s)−1 and (2.89 ± 0.37) × 10−3 MBq (nA s)−1, respectively.

Electronic damage in quartz (c-SiO2) by MeV ion irradiations: Potentiality for optical waveguiding applications

The damage induced on quartz (c-SiO2) by heavy ions (F, O, Br) at MeV energies, where electronic stopping is dominant, has been investigated by RBS/C and optical methods. The two techniques indicate the formation of amorphous layers with an isotropic refractive index (n = 1.475) at fluences around 1014 cm−2 that are associated to electronic mechanisms. The kinetics of the process can be described as the superposition of linear (possibly initial Poisson curve) and sigmoidal (Avrami-type) contributions. The coexistence of the two kinetic regimes may be associated to the differential roles of the amorphous track cores and preamorphous halos. By using ions and energies whose maximum stopping power lies inside the crystal (O at 13 MeV, F at 15 MeV and F at 30 MeV) buried amorphous layer are formed and optical waveguides at the sample surface have been generated.

UPM Activities on the STLs processing (Task 6.2) and the generation of DPA cross section library up to 150 MeV (Task 4.1)

Generation of a complete damage energy and dpa cross section library up to 150 MeVbased on JEFF- 3.1.1 and suitable approximations (UPM) Postprocessing of photonuclear libraries (by CCFE) and thermal scattering  tables (by UPM) at the backend of the calculational system (CCFE/UPM)

In-situ and Ex-situ characterization of III-V semiconductor materials and solar cells upon 10 MEV proton irradiation

In this work we present the results and analysis of a 10 MeV proton irradiation experiment performed on III-V semiconductor materials and solar cells. A set of representative devices including lattice-matched InGaP/GaInAs/Ge triple junction solar cells and single junction GaAs and InGaP component solar cells and a Ge diode were irradiated for different doses. The devices were studied in-situ before and after each exposure at dark and 1 sun AM0 illumination conditions, using a solar simulator connected to the irradiation chamber through a borosilicate glass window. Ex-situ characterization techniques included dark and 1 sun AM0 illumination I-V measurements. Furthermore, numerical simulation of the devices using D-AMPS-1D code together with calculations based on the TRIM software were performed in order to gain physical insight on the experimental results. The experiment also included the proton irradiation of an unprocessed Ge solar cell structure as well as the irradiation of a bare Ge(100) substrate. Ex-situ material characterization, after radioactive deactivation of the samples, includes Raman spectroscopy and spectral reflectivity.

Estudio de la evolución de las fases de hidratación de cementos con adición de cenizas de fondo mediante mediante caracterización eléctrica y DRX

La caracterización eléctrica de materiales polifásicos cuya composición evoluciona en el tiempo permite el estudio de los fenómenos implicados. Para obtener resultados adecuados con cambios rápidos es necesario establecer un compromiso entre el rango de frecuencias seleccionado y el tiempo de medida. Los cementos evolucionan muy rápidamente en los primeros minutos de hidratación, por tanto la caracterización de los productos formados requiere la utilización de técnicas versátiles con elevada sensibilidad. También, tanto la velocidad de hidratación como los productos formados se modifican cuando se sustituye parcialmente el clinker por adiciones, como las cenizas volantes o las escorias. En el presente trabajo se utiliza la caracterización eléctrica para evaluar el comportamiento durante la hidratación de cementos con sustitución parcial de cenizas de fondo, procedentes de centrales térmicas de carbón. Actualmente estos subproductos se envían mayoritariamente a vertederos, lo que hace muy interesante su valorización como constituyente del cemento. Distintos cementos, con adición parcial de cenizas de fondo, han sido analizados en comparación con cementos equivalentes con cenizas volantes y con un cemento sin adición. Por último, la caracterización eléctrica se ha complementado con el análisis evolutivo de los compuestos cristalinos mediante difracción de rayos X.