Experimental Storage Ring E max = 420 MeV/u, 10 Tm, electron-, stochastic-, and laser cooling
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MP-41 Teil 2: Physik exotischer Kerne, SS-2011 Experimental Storage Ring E max = 420 MeV/u, 10 Tm, electron-, stochastic-, and laser cooling Experimental Storage Ring E max = 420 MeV/u, 10 Tm, electron-, stochastic-, and laser cooling
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MP-41 Teil 2: Physik exotischer Kerne, SS-2011
Experimental Storage RingEmax = 420 MeV/u, 10 Tm, electron-, stochastic-, and laser cooling
Experimental Storage RingEmax = 420 MeV/u, 10 Tm, electron-, stochastic-, and laser cooling
MP-41 Teil 2: Physik exotischer Kerne, SS-2011
Fast Injection
e- coolerI = 10...500 mA
Six 600 dipolesBρ ≤ 10 T· m
Schottky pick-ups
Re-injectionto SIS
Extraction
L = 108 m =1/2 LSIS p = 2· 10-11 mbar E = 3...420 MeV/u f ≈ 1...2 MHz β = 0.08...0.73 Qh,v ≈ 2.65
Particle detectors
Two 5 kV rf-cavities
Gas jet
│
Specifications of the ESR
MP-41 Teil 2: Physik exotischer Kerne, SS-2011
Strahlkühlung im ESR
Was ist Kühlung? Was ist Temperatur?
2
2
1
2
3
vmTk
= =
v ist die Geschwindigkeit relativ zu einem Referenz-Teilchen, das sich mit einer mittleren Ionengeschwindigkeit bewegt.Die Temperatur ist ein Maß für die ungeordnete Bewegung.
In einem Beschleuniger
222 / ppcMT =
VH
cMT
11222
Warum Strahlkühlung?
Verbessert die Strahlqualität• kleinere Strahlgröße und Verringerung der Emittanz• Energieverbreiterung• bessere Strahlintensität, Akkumulation• Lebensdauer des Strahls
Kühlmethoden
• Stochastische Kühlung• Laserkühlung• Elektronkühlung
MakroskopischeEmittanz
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Stochastic cooling is in particular efficient for hot ion beams
Stochastische Kühlung am ESR
Combiner-Station
long. Pick-up
transv. Pick-up
long. Kicker
transv. Kicker
1. Plattenpaar misst Position des Teilchenstrahls1. Plattenpaar misst Position des Teilchenstrahls2. Bei Abweichung: Signal an Kicker2. Bei Abweichung: Signal an Kicker3. Teilchen werden am Kicker auf richtige Bahn gebracht,3. Teilchen werden am Kicker auf richtige Bahn gebracht, ABER: Die Teilchen auf der richtigen Bahn werdenABER: Die Teilchen auf der richtigen Bahn werden falsch abgelenktfalsch abgelenkt4. Kein Problem: Nach der mittleren Zeit τ ~ N/B besitzt4. Kein Problem: Nach der mittleren Zeit τ ~ N/B besitzt der Strahl nur noch eine Impulsunschärfe vonder Strahl nur noch eine Impulsunschärfe von Δp/p ≈ 10Δp/p ≈ 10-3-3
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Laserkühlung: Mechanische Lichtkräfteein zwei Stufen Modell
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Electron cooling: G. Budker, 1967 Novosibirsk
“Cooling”: enhancing the phase space density
Impulsaustausch- dem Ionenstrahl wird ein paralleler Elektronenstrahl überlagert- Ionengeschwindigkeit passt sich immer mehr an die Elektronengeschwindigkeit an.→ energiescharfer Ionenstrahl mit sehr geringer Divergenz
MP-41 Teil 2: Physik exotischer Kerne, SS-2011D. Boutin
Kühlung
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Kühlung im ESR
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time
Schottky-Mass-Spectroscopy
4 particles with different m/q
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Sin(1)
Sin(2)
Sin(3)
Sin(4)
1234
time
Fast Fourier Transform
Schottky-Mass-Spectroscopy
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0 1 0 . 0 2 0 . 0 3 0 . 0 4 0 . 0 5 0 . 0 6 0 . 0 7 0 . 0 8 0 . 00
5
1 0
8 0 . 0 9 0 . 0 1 0 0 . 0 1 1 0 . 0 1 2 0 . 0 1 3 0 . 0 1 4 0 . 0 1 5 0 . 0 1 6 0 . 0
1 6 0 . 0 1 7 0 . 0 1 8 0 . 0 1 9 0 . 0 2 0 0 . 0 2 1 0 . 0 2 2 0 . 0 2 3 0 . 0 2 4 0 . 0
240.0 250.0 260.0 270.0 280.0 290.0 300.0 310.0 320.0
know n m asses A q+X unknow n m asses
N um ber of channels 216
R ecord ing tim e 30 sec
188 78+Pt
0
5
10
0
5
10
0
5
10
Frequency / kHz
Inte
nsity
/ ar
b. u
nits
201 84+
194 81+Tl
182 76+Pt182 76+
182 76+
189 79+
Ir
O s
Po
Hg
189 79+Au
177 74+W
196 82+Bi
196 82+Pb
184 77+Pt
184 77+Ir198 83+Bi
191 80+Tl
191 80+Hg
194 81+Au
200 83+Bi
183 76+Ir
183 76+O s
195 81+Tl195 81+PbPb
188 78+ 178 74+Re
190 79+Au
197 82+Bi
197 82+Pb
185 77+Ir
185 77+Pt192 80+Tl
192 80+Hg
199 83+Bi187 78+Pt
187 78+Au
Pb
190 79+Hg
IrAu 181 75+
198 82+Pb
193 80+Tl
193 80+Hg
194 80+Tl194 80+
189 78+
Tl191 79+Hg
187 77+
199 82+ Pb
Hg
196 81+
204 84+
Pt
Pb
Pt Ir186 77+
Po
187 77+Au
BiPbPb
182 75+Ir
194 80+Hg 189 78+Au189 78+
201 83+Po
201 83+Bi184 76+
184 76+O s
191 79+Au
203 84+Po
186 77+Pt
186 77+Ir181 75+R e198 82+Bi
193 80+Pb199 82+
O s181 75+
200 82+Bi
195 80+Tl
197 81+Pb
197 81+Bi 192 79+Hg
192 79+Au
198 81+Bi
198 81+Pb193 79+Tl
193 79+Hg
188 77+Au 205 84+Po
200 82+Pb200 82+Po195 80+Pb
190 78+Hg
190 78+Au
185 76+Pt
202 83+Po
202 83+Bi 197 81+Tl198 81+Pb
188 77+Pt
A q+X
15
0m
,g
6
5+
Dy
150
65
+
Tb
143
6
2+
143
m,g
6
2+
Eu S
m
157
68+
Er
127
55+
Cs
157
6
8+T
m
173
7
5+
166
72
+1
66
72+
180
78
+P
t
Re
Hf
Ta
152
6
6+
152
6
6+
Ho
Dy
159
6
9+
159
6
9+
13
6
59+
Tm
Yb
Pr
W
164
71+
171
74
Lu
16
4
71+
Hf
14
5
6
3+
122
53+
Gd
I
175
7
6+
161
70
+
138
6
0+161
70
+
16
8
7
3+16
8
73+
Os
TaW
Yb
Nd
Lu
14
9
65+
Tb
156
68
+
156
6
8+
Er
Tm
154
67+
154
67+
HoEr
163
71+
147
64
+
14
7
6
4+
147
6
4+
Dy
Tb
Gd
Lu
165
72
+1
65
7
2+
17
2
7
5+
163
7
1+
170
74
+
Hf
TaRe
W
Hf
10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 100000
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Frequency / H z
Inte
nsity
/ ar
b. u
nits
m ass know n m ass unknow n
Small-band Schottky frequency spectra
