Das Cluster-Jet Target

Für aktuelle Experimente mit Beschleunigerstrahlen, welche hohe Ereignisraten und präzise Messungen der entstehenden Teilchen und Detektorantworten benötigen sind Cluster-Jet Targets als interne Targets mit Dichten von 1014 - 1015 Atomen/cm2 bestens geeignet. Ein Beispiel dafür wären die kommenden Experiemente am PANDA Experiment oder das MAGIX Experiment, an welchen die AG Khoukaz vertreten ist.

Unter Cluster versteht man Gebilde aus mehreren zehn bis tausend Atomen oder Molekülen, die durch die van-der-Waals Kraft zusammengehalten werden. Zur Produktion der hier erzeugten Cluster-Jets wird in der Regel Wasserstoffgas eingesetzt, um so effektiv ein Protonentarget für verschiedenste Experimente zur Verfügung zu stellen. 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 Skimmer, vom Restgas getrennt. Die endgültige Form des Clusterstrahls wird durch eine zweite Blende, dem Kollimator, definiert.

© WWU Münster

Die Münsteraner Cluster-Jet 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 Bachelor-/Masterstudierenden und Promovierenden, die an den Münsteraner Cluster-Jet 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. Zum Teil finden diese Arbeiten an verschiedenen Teilchenbeschleunigern statt.

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 Ausdehnung 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.