Untersuchung der Abbremsung von Schwerionen in Materie im Energiebereich (40 - 400) MeV / u

Abstract

Ziel dieser Doktorarbeit war es, die Energieverluste von Schwerionen im Energiebereich (40 - 400) MeV/u zu messen. Bei diesenStrahlenergien existieren bis jetzt kaum experimentelle Daten. Um die theoretischen Vorhersagen in diesem Energiebereich zuüberprüfen,braucht man präzise Meßergebnisse. Auch ein wesentlicher Teil der geplanten Experimente für die Erforschung der Kernstruktur soll mitabgebremsten Fragmentstrahlen durchgeführt werden. Die wichtigste Größe, die das Abbremsen der Ionen in Materie beschreibt ist der Energieverlust. In Rahmen dieser Arbeit wurde dieser fürGoldionen im Energiebereich (40 - 100) MeV/u in verschiedene Targetmaterialien (Z 2 = 4 - 79) gemessen. Die Besonderheit dabeibesteht in der großen Anzahl von Ladungszuständen bei den Wechselwirkungen, die wegen der Ionenumladung bei diesen Energienerzeugt werden (z.B. 10 signifikante Ladungszustände von Goldionen im Silbertarget bei 63 MeV/u). In diesem Energiebereich gibt eskeine Theorie, die hinreichend gut die Ladungsverteilung von schweren Ionen (wie Gold) vorhersagt. Weil der Energieverlust stark von derIonenladung abhängt, wurde die Ladungsverteilung genau vermessen. Der aus den Experimenten bestimmte Energieverlust wurde dannmit den Vorhersagen der herkömmlichen Theorien verglichen. Dabei wurden Abweichungen bis zu 25% festgestellt. Eine modifizierteTheorie, welche den als Summe der mit den gemessenen Ladungshäufigkeiten gewichteten Energieverlust nach der LS­Teorie für nackteProjektile berechnet, führt zu einer besseren Beschreibung. Neben dem Energieverlust spielt die Energieverluststreuung eine wichtigeRolle bei der Beschreibung des Abbremsens von Schwerionen in Materie. Die experimentellen Ergebnisse zeigten eine größereAbweichung dieser Streuung bedingt durch Stösse bei Energien unter 80 MeV/u. Das zeigt, daß in diesem Energiebereich die Streuungdurch Umladung überwiegt. Im Hinblick auf Anwendungen im GSI Zukunftsprojekt wurde die Reichweiteverteilung von 56 Ni Fragmentengemessen. Es wurde ein neues Verfahren zur vollständigen Abbremsung im Gas ausprobiert und konnte gezeigt werden, daß dieReichweitestreuung von 56 Ni Fragmenten um den Faktor 4.4 reduziert werden kann. Diese Ergebnisse werden eine wichtige Rolle spielenbei der Auslegung zukünftiger Anlagen (Super-FRS). Die Beschreibung des Ionentransports im Gas bei hohen Drücken ist dabei wichtig inBezug auf den Entwurf einer gasgefüllten Zelle als Ionenfängers. Mit Hilfe von zwei Simulationsprogrammen wurde qualitativ derIonentransport in einer solchen Zelle untersucht. Die Ergebnisse sind ermutigend in Bezug auf zukünftige Experimente mit kurzlebigenNukliden.