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Das polarisierte interne Gas-Target an ANKE

Seit 2005 besitzt das ANKE-Spektrometer auch ein polarisiertes internes Target. PIT besteht aus einer polarisierten Atomstrahlquelle nach dem Stern-Gerlach-Prinzip zur Erzeugung eines polarisierten Atomstrahls, einer großen Targetkammer mit einer Speicherzelle und einem Lambshift-Polarimeter zur Optimierung der Polarisation. Somit sind an ANKE nun doppelt-polarisierte Experimente, d.h. mit polarisiertem Strahl und Target in der Kern- und Hadronenphysik möglich und erlauben die Messung von Spin-Korrelations-Koeffizienten.

PITCopyright: ANKE Collaboration

Das polarisierte interne Gas-Target an ANKE besteht aus 3 Elementen:

  • Eine Atomstrahlquelle (ABS), die einen intensiven Wasserstoff- oder Deuterium-Atomstrahl mit einer hohen Polarisation erzeugt.
  • Die Targetkammer, die eine auffahrbare Speicherzelle und Halbleiterdetektoren enthält.
  • Ein Lambshift-Polarimeter, das zur schnellen und präzisen Bestimmung der Polarisation dient, wodurch wiederum die „Übergangseinheiten“ der ABS in der Nähe des starken D2 Magneten an ANKE eingestellt werden können.

Molekulares Wasserstoff- und Deuteriumgas wird zunächst im Hochfrequenzfeld des Dissoziators in seine atomaren Bestandteile zerlegt. Anschließend wird aus den Atomen mit Hilfe einer Düse und zweier Blenden ein Strahl geformt. Dessen Atome werden in einem inhomogenen Magnetfeld, produziert durch Sextupolmagnete, ähnlich dem berühmten Stern-Gerlach-Experiment nach ihrem Elektronenspin gefiltert. So werden nur Atome mit dem Elektronenspin mJ= + 1/2 auf die Strahlachse fokussiert. Die folgende „Übergangseinheit“ wird dann benutzt um die Besetzungszahlen verschiedener Hyperfeinstruktur-Zustände durch Einkopplung einer Hochfrequenz zu vertauschen und so z.B. den Elektronenspin eines Zustandes umzudrehen. Ein weiteres inhomogenes Magnetfeld kann somit diesen Hyperfeinstruktur-Zustand erneut herausfiltern, sodaß am Ende nur Atome in einem Zustand mit festgelegtem Kern- und Elektronenspin im Strahl verbleiben. Mit Hilfe einer weiteren „Übergangseinheit“ können diese verbliebenen Atome nun in jeden anderen Hyperfeinstruktur-Zustand überführt werden.

Wenn die polarisierten Atome der ABS den COSY-Strahl kreuzen kann der Einfluss des Kernspins auf die Kernkräfte untersucht werden. Aber die Intensität des polarisierten Atomstrahls ist relativ klein, sodaß nur eine geringe Targetdichte erreicht wird (~1011a/cm2). Deshalb kann eine T-förmige Speicherzelle zur Speicherung der polarisierten Atome verwendet werden. Dadurch kann die Targetdichte um mehr als einen Faktor 100 erhöht werden, da die Atome zwischen den Stößen mit der Zellenwand immer wieder den COSY-Strahl kreuzen. Aber gleichzeitig wächst die Länge des Bereichs, in dem Target und Strahl interagieren, von wenigen Millimetern auf 37 cm.

Ein Lambshift-Polarimeter ist in der Lage die Wasserstoff- oder Deuteriumatome nach ihren verschiedenen Elektronen- und Kernspins zu filtern. So kann die Anzahl der Atome mit den Kernspins +1/2 oder -1/2 für Wasserstoff, bzw. +1, 0 oder -1 für Deuterium einzeln gemessen werden. Auf diese Weise kann die Polarisation der Atome mit einer Präzession von ± 0.5 % innerhalb weniger Sekunden gemessen werden.

Die Parameter des polarisierten internen Targets (PIT) an ANKE


Atomstrahlquelle (ABS)

  • Targetgas: Wasserstoff oder Deuterium
  • Strahlintensität: 7.6 • 1016Atome/s (Wasserstoff in 2 Hyperfeinstruktur-Zuständen)
  • Strahldurchmesser am Kreuzungspunkt: σ= 2.85 ± 0.42 mm
  • Polarisation:

WasserstoffDeuterium

Pz= + 0.89

Pz= - 0.96

Pz=+0.88

Pz=-0.91

Pzz=+0.90

Pzz=-1.71

Lambshift-Polarimeter

  • Polarisationsmessung von: H, D, H2, D2
  • Präzession: ± 0.5 %
  • Empfindlichkeit: ~1014 Atome/s
  • Messzeit: 2 s < t < 1 min

Targetkammer

  • Auch benutzbar für das Clustertarget und Festkörpertargets
  • Starkes differentielles Pumpsystem; p = 10-7mbar trotz des einströmenden ABS-Strahls
  • Großes Volumen zur Montage der auffahrbaren Speicherzelle und der Halbleiterdetektoren


Zusatzinformationen

Kontaktpersonen im IKP-2:

Dr. Ralf Engels


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