Das Clusterjet-Target

Für Experimente mit Beschleunigerstrahlen benötigen interne Targets Dichten von 1014 - 1015 Atomen/cm2. Clusterjet-Strahlen stellen eine elegante Art dar, solche Targets zu erzeugen.

Unter Cluster versteht man Gebilde aus n Atomen oder Molekülen, die durch die van-der-Waals Kraft zusammengehalten werden. Zur Produktion der hier erzeugten Clusterjets wird in der Regel Wasserstoffgas eingesetzt. Dieses wird mit einem Druck von etwa 18bar durch eine Lavaldüse gepresst. Sowohl die Lavaldüse als auch das Gas werden auf Temperaturen um etwa 20-30K
heruntergekühlt. Temperatur, Druck und die Bauform der Düse sind verantwortlich für die Bildung der Cluster. Da sich jedoch nur ein Teil des Wasserstoffgases zu Clustern ausbildet, wird der Clusterstrahl mit einer Blende, dem sogenannten Skimmer vom Restgas getrennt. Die endgültige Form des Clusterstrahls wird durch eine zweite Blende, den Kollimator definiert.

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Die Münsteraner Clusterjet-Targets lassen sich in drei Hauptteile gliedern. Im ersten Teil, der Clusterquelle, befinden sich die Düse, der Skimmer und der Kollimator. Die Streukammer stellt den späteren Wechselwirkungspunkt mit einem Beschleunigerstrahl dar. Genau an dieser Stelle sollte der Clusterstrahl eine möglichst hohe Dichte besitzen. Am Ende des Aufbaus trifft der Clusterstrahl auf einen Auffänger. Dort brechen die Cluster auseinander und werden abgesaugt, damit sie nicht wieder in die Streukammer zurückreflektiert werden.

Die Diplomanden/Doktoranden, die an den Münsteraner Clusterjet-Targets mitarbeiten, beschäftigten sich nicht nur mit der Konstruktion und dem Aufbau der Targets, sondern arbeiten an der ständigen Optimierung des gesamten Systems. Darunter zählen die Optimierung des Aufbaus, des Vakuumsystems, der Beschaffenheit des Clusterstrahls sowie die Ausarbeitung verschiedenster Programme zur Analyse der Eigenschaften des Clusterstrahls.

Die Untersuchung der Eigenschaften des Clusterstrahls, insbesondere die Dichte in der Streukammer, ist besonders wichtig für den Einsatz an Beschleunigerexperimenten. Zur Bestimmung der Dichte, werden wichtige Größen wie die Breite und die Geschwindigkeit des Clusterstrahls gemessen. Um die Clustergeschwindigkeit bestimmen zu können, werden die Cluster durch eine gepulste Elektronenkanone ionisiert und am Ende des Auffängers detektiert. Die Zeit zwischen Ionisation und Detektion wird gemessen, so dass bei bekannter Flugstrecke die Geschwindigkeit des Clusterstrahls berechnet werden kann.

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Folgender Link führt zum aktuellen Status des Prototypen des Münsteraner Clusterjet-Targets
für das PANDA-Experiment: MCT2