Filament und Droplet Targets
Moderne Teilchenbeschleunigerexperimente wie das PANDA oder MAGIX-Experiment stellen höchste Ansprüche an die verwendeten Targets. So sollen die Targetdichten groß sein, um hohe Ereignisraten zu garantieren und die Vertexpunktrekonstruktion soll so genau wie möglich sein, um den physikalischen Untergrund effektiv minimieren zu können. Neben dem Münsteraner Cluster-Jet Target ist eine weitere Möglichkeit, ein solches Target bereitzustellen, ein Filament oder Droplet Target, welche in unserer Arbeitsgruppe betrieben werden.
Wie beim Münsteraner Cluster-Jet Target können diese beiden Targettypen mit Wasserstoff als effektives Protonentarget arbeiten. Dazu wird der Wasserstoff auf 16K heruntergekühlt und im flüssigen Zustand mit geringem Druck von etwa 1bar durch eine feine Düse mit 10µm Durchmesser gepresst. Nach dem Austreten aus der Düse bildet sich ein Filament aus Wasserstoff aus, welches im umgebenen Vakuum gefriert. Um ein Droplet Target zu erhalten, kann die Düse mithilfe eines Piezoelements Oszillationen ausgesetzt werden, sodass das Filament zu einem Strahl aus gleichförmigen Tropfen („Droplets“) aufgebrochen wird. Neben Wasserstoff können je nach Experimentanforderungen aber auch andere Gase verwendet werden.
Für bestimmte Experimente (z.B. PANDA) kann es notwendig sein, dass das Filament Entfernungen von bis zu mehreren Metern zwischen der Düse und dem Interaktionspunkt zurücklegen muss. Darüber hinaus ist es wünschenswert, das Filament stabil am Interaktionspunkt bewegen zu können, um stets Überlapp mit dem Beschleunigerstrahl zu gewährleisten. Zu diesem Zweck hat unsere Arbeitsgruppe mehrere Methoden zur Manipulation und Stabilisierung von Filamenten entwickelt.
Bei dem „Cryobending“-Verfahren werden die Filamente mit Gas aus Korrekturdüsen abgelenkt, sodass die Trajektorien um mehrere Grad gebogen werden können. Mit dem von uns patentierten „VapoStab“-Verfahren (Anmeldenr. 10 2026 124 275.8) können die Filamente im Vakuum berührungslos stabilisiert werden. Dazu propagieren sie durch ein zylindrisches Rohr. Da die Filamente im Vakuum zu einem kleinen Teil verdampfen, bildet sich im Rohr ein stabilisierendes Gaspolster aus. Durch Verschieben des Rohres wird außerdem eine berührungslose Feinjustage des Filaments ermöglicht.
Bei dem Betrieb des Filament/Droplet Targets in Münster gibt es immer aktuelle Aufgaben, mit denen sich Bachelor-/Masterstudierende sowie Promovierende befassen können. Dazu gehört z.B. das Weiterentwickeln bestehender Komponenten für die verschiedenen Manipulationssysteme. Aber auch ganz neue Ideen werden von Studierenden kontinuierlich in die Tat umgesetzt und getestet. Außerdem besteht regelmäßig die Möglichkeit, neben den Arbeiten im Institut für Kernphysik, das Filament oder Droplet Target in Einsätzen an externen Teilchenbeschleunigern oder Hochleistungslasern einzusetzen.
