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Cooling of highly charged ions in a Penning trap for HITRAP

Maero, Giancarlo

German Title: Kühlung hochgeladener Ionen in einer Penningfalle für HITRAP

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Abstract

The HITRAP (Highly charged Ions Trap) facility is being set up at GSI, Darmstadt. It will enable high-precision atomic physics investigations on heavy, highly charged ions at extremely low energies. Species up to U^92+ as well as radioactive nuclides will be produced at the GSI accelerator complex by stripping of all or nearly all electrons from relativistic ions. Injected into the Experimental Storage Ring (ESR), they will be electron-cooled and decelerated to 4 MeV/u. Bunches of 10^5 ions will be further decelerated in the HITRAP linear decelerator down to 6 keV/u and injected in a Penning trap. In this so-called Cooler Trap they will be cooled to 4 K via electron and resistive cooling before being sent to the experimental set-ups. The physical and technical design of the Cooler Trap has been conceived and optimized for this purpose. Moreover, the cooling processes for a high number of highly charged ions, and in particular the resistive cooling technique, have been systematically investigated in extensive simulations for the first time in order to gain sufficient information both for a general understanding and the design of the Cooler Trap.

Translation of abstract (German)

Die HITRAP (Highly charged Ions Trap - Falle für hochgeladene Ionen)-Anlage wird an der GSI, Darmstadt, aufgebaut. HITRAP ermöglicht sehr präzise atomphysikalische Untersuchungen an hochgeladenen Ionen bei extrem niedrigen Energien. Sowohl die stabilen Ionen bis hin zu U^92+ als auch radioaktive Nuklide werden im GSI Beschleunigerkomplex produziert. Die Erzeugung hochgeladenes Ionen erfolgt bei relativistischen Geschwindigkeiten mit Hilfe der Strippertechnik. Danach werden die Ionen im Experimentspeicherring (ESR) eingefangen und unter Elektronenkühlung auf 4 MeV/u abgebremst. Bündel von 10^5 Ionen werden in den HITRAP Entschleuniger ausgeschossen, dort auf 6 keV/u abgebremst und dann in einer Penningfalle, der so genannten Kühlerfalle, gefangen. Hier werden sie mittels Elektronen- und Widerstandskühlen bis auf 4 K abgekühlt bevor sie zu den Experimenten geschickt werden. Die Kühlerfalle wurde zu diesem Zweck entwickelt und ihr physikalisches und technisches Eigenschaften darauf hin optimiert. Erstmalig wurden die Kühlprozesse - insbesondere das Widerstandskühlen - für eine große Zahl hochgeladener Ionen mit Hilfe umfangreicher Simulationen untersucht. Die Simulationen lieferten sowohl ein generelles Verständnis der Prozesse in der Falle als auch wichtige Informationen für das Fallendesign.

Item Type: Dissertation
Supervisor: H.-Jürgen (Prof. Dr.), Kluge
Date of thesis defense: 12 November 2008
Date Deposited: 27 Nov 2008 10:56
Date: 2008
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Institute of Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Penning-Käfig, Atomphysik, Mehrfach geladenes Ion
Uncontrolled Keywords: Penning traps , atomic physics , highly charged ions , resistive cooling
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