Verbund: 05P2021 (ErUM-FSP T07) - Aufbau von NUSTAR bei FAIR; Thema: NUSTAR.GI-3 - Massenspektrometrie-Entwicklungen für NUSTAR bei FAIR

Abstract

Präzisionsexperimente mit thermalisierten exotischen Kernen werden am supraleitenden Fragmentseparator Super-FRS der Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR) in den Phasen "Early Science2 und "First Science" an der Fokalebene FHF1 (vor dem Hochenergiezweig) und zu einem späteren Zeitpunkt auch am Niederenergiezweig möglich sein. Diese Experimente werden im Rahmen der Super-FRS-Experiment-Kollaboration sowie der Kollaborationen MATS und LaSpec durchgeführt werden. Exotische Kerne werden im Flug erzeugt, im Super-FRS separiert und in einer gasgefüllten Stoppzelle abgestoppt, thermalisiert, extrahiert und den Experimenten zugeführt. Die Stoppzelle ist somit ein Schlüsselelement für diese Experimente; ihre Leistungsfähigkeit wird maßgeblich bestimmen, welche Nuklide für die Experimente zur Verfügung stehen und mit ihnen untersucht werden können werden. Im Rahmen dieses Vorhabens wurde mit dem Aufbau der Stoppzelle begonnen werden, der sich über zwei Förderperioden erstrecken wird. Die detaillierten technischen Spezifikationen der Stoppzelle wurden gemäß den Kommentaren der Gutachter überarbeitet und vom Technischen Koordinator von NUSTAR genehmigt. Das digitale Modell (digital mock-up) der Stoppzelle wurde aktualisiert und fertiggestellt. Für die RF-Carpets der Stoppzelle wurden umfangreiche Arbeiten durchgeführt; unter anderem wurden Prototypen hergestellt und ein Teststand aufgebaut. Das Design des Kryosystems wurde erstellt; die Kryokühler wurden ausgeschrieben und inzwischen bestellt. Die Helium-Rückgewinnungsanlage für die Stoppzelle befindet sich im Aufbau. Ein Labor an der JLU Gießen, in dem die Stoppzelle zusammengebaut und offline getestet werden soll, wurde vorbereitet und eingerichtet. Schließlich wurde ein Experimentprogramm für Experimente mit der Stoppzelle in den Phasen "Early Science" und "First Science" erarbeitet und die technische Integration der Stoppzelle am Experimentierplatz vor dem Hochenergiezweig geplant und vorbereitet. Ferner wurden Arbeiten zu Massenmessung von Atomkernen an der N=Z-Line mit dem FRS-Ion-Catcher ausgeführt. Die Messungen sollen Schlüsselinformationen liefern zur Struktur exotischer Kerne, zu den in Atomkernen wirkenden fundamentalen Kräften und zur nuklearen Astrophysik. Mit diesen Arbeiten kann gleichzeitig das Multireflexions-Flugzeitmassenspektrometer für das Experiment MATS und der Prototyp für die kryogene Stoppzelle für den Super-FRS weiter erprobt werden. Die Datenanalyse zu zwei Experimenten wurde durchgeführt. Daraus resultieren bisher drei Publikationen, von denen eine bereits veröffentlich wurde, eine weitere zur Veröffentlichung eingereicht wurde und sich eine dritte in Vorbereitung befindet. Ein Nachfolge-Strahlzeitantrag zur Massenmessung exotischer Nuklide an der N=Z-Linie mit dem FRS-Ion-Catcher wurde erarbeitet, eingereicht und genehmigt. Dieses Experiment wurde inzwischen in den Strahlzeitplan aufgenommen und soll im Jahr 2025 durchgeführt werden. Mit der Vorbereitung des Experiments wurde bereits begonnen.