Dissertation / PhD Thesis

GSI-2014-01561

http://join2-wiki.gsi.de/foswiki/pub/Main/Artwork/join2_logo100x88.png Resonant pickups for non-destructive single-particle detection in heavy-ion storage rings and first experimental results

Sanjari, M. S. (Corresponding Author)GSI*

2013

Please use a persistent id in citations: urn:nbn:de:hebis:30:3-299022

Abstract: In der nuklearen Astrophysik sind Experimente mit hochgeladenen Radionukliden von großer Bedeutung. Diese exotischen Nuklide können in Schwerionenbeschleunigeranlagen hergestellt und in Speicherringen gespeichert werden. Momentan existieren weltweit zwei Anlagen, die solche Experimente ermöglichen: das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH in Darmstadt und das Institut für moderne Physik (IMP) in Lanzhou, China. Da die Ausbeute dieser Nuklide gering ist, werden zerstörungsfreie Nachweismethoden in den Speicherringen verwendet. Diese machen von den Methoden der Spektralanalyse Gebrauch. Nicht nur die geringe Ausbeute, sondern auch die kurze Lebensdauer dieser Nuklide stellen hohe Anforderungen an die Sensitivität und Geschwindigkeit dieser Detektoren. Eine übliche Methode ist die Verwendung kapazitiver Schottky-Sonden. Eine solche Sonde ist seit 1991 an der GSI im Speicherring ESR im Einsatz. Um die Empfindlichkeit zu erhöhen, kann man Mikrowellenkavitäten als resonante Pickups verwenden. Die von den Teilchen induzierten elektromagnetischen Felder können resonante Moden im Resonator anregen. Die Geometrie des Pickups und das verwendete Material spielen eine wesentliche Rolle in der Gestaltung der Feldbilder. Die resultierenden Signale, auch Schottky Signale genannt, werden mittels einer Antenne ausgekoppelt und anschliessend an einen Spektrumanalysator angeschlossen. Für die Analyse der gespeicherten Daten können verschiedene Methoden der Spektralschätzung wie z.B. das Multi-Taper angewendet werden. Nachdem eine externe Kalibrierung durchgeführt worden ist, kann das Pickup auch als ein Stromsensor verwendet werden. Diese Arbeit befasst sich mit der Theorie, dem Aufbau und ersten Anwendungen eines neuen resonanten Pickups, das im Jahr 2010 in den Speicherring ESR eingebaut und in mehreren Experimenten erfolgreich eingesetzt wurde. Ein ähnliches Pickup wurde im Jahr 2011 in den CSRe im IMP Lanzhou eingebaut. Einzelne Schwerionen mit 400 MeV pro Nukleon wurden erfolgreich mit dem GSI-Pickup nachgewiesen. Das Pickup wird regelmässig in Speicherringexperimenten eingesetzt. Ähnliche Experimente sind für CSRe in Lanzhou geplant. \\Nuclear astrophysics studies on highly charged radionuclides benefit from accelerator facilitieswith storage rings, where exotic nuclides produced with small yields can be efficiently investigated. Currently there are two accelerator facilities capable of storing highly charged heavy ions, GSI in Darmstadt and IMP in Lanzhou. Non-destructive detection methods are often used for in-flight measurements based on frequency analysis. The sensitivity of such detection systems are of primary importance specially when number of stored ions is small. Furthermore, since the exotic nuclides of interest are as a rule short-lived, the detectors must be fast. One common form of such detectors are parallel plate SCHOTTKY monitors, on which particles induce a mirror charge at each passage. This method has been successfully used at ESR experimental storage ring of GSI since 1991 [Sch91]. In this work we describe a newresonant SCHOTTKY pickup operating as a high sensitive cavity current monitor which was mounted and commissioned in the ESR early 2010. It was successfully used in severalstorage ring experiments. A very similar pickup was mounted in CSRe at IMP Lanzhou in 2011. First in-ring tests have been performed and new experimental results are pending. The spectral analysis of acquired signals by the new detector has enabled a broad range of new physics experiments. The theory of operation and first experimental results and futureperspectives will be presented in this thesis.

Keyword(s): Dissertation

Note: Auszeichnungen und Preise für diese Arbeit: GSI-Doktorandenpreis 2013 für Mohammad Shahab Sanjari und Horst-Klein-Gedächtnispreis 2013 für Mohammad Shahab Sanjari
Note: Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt, Diss., 2013

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Contributing Institute(s):

1. Speicherringe (STR)
2. Atomphysik (ATP)

Research Program(s):

1. 54G - Accelerator facilities at GSI (POF2-54G31) (POF2-54G31)
2. HIC4FAIR - HIC for FAIR - Helmholtz International Center for FAIR - Data Analysis, Theory and Simulations (LandHessen-LOEWE-HIC4FAIR) (LandHessen-LOEWE-HIC4FAIR)
3. HGF-IVF-VH-GS-201 - HGS-HIRe : (HGF-IVF-VH-GS-201) (HGF-IVF-VH-GS-201)

Appears in the scientific report 2013

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