Z6 – eine einzigartige Anlage für kombinierte Ionen- und Laserstrahlexperimente
Technischer Kontakt: Abel Blazevic
Z6 ist ein Experimentierbereich in der Niederenergiehalle des UNILAC, in dem üblicherweise die Plasmaphysik der GSI ihre Experimente durchführt. Er bietet weltweit einzigartige Experimentiermöglichkeiten, da außerhalb der GSI keine anderen Beschleunigeranlagen existieren, an denen intensive Ionenstrahlen und hochenergetische, intensive Laserstrahlen gleichzeitig in einer Targetkammer für Experimente angeboten werden.
Für solche Laser-Ionen kombinierte Experimente stehen an Z6 zwei Lasersysteme zur Verfügung. Zum einen nhelix (nanosecond high energy laser for heavy ion experiments), der sowohl zum Plasmaheizen als auch als Diagnoseinstrument dient, zum anderen PHELIX (Petawatt Hoch- Energie Laser für SchwerIoneneXperimente), der wahlweise Pulse in einer Langpulsoption (ns) bei der frequenzverdoppelten Wellenlänge (grün) oder als Kurzpuls (fs) in der fundamentaler Wellenlänge (infrarot) liefern kann. Die genauen Laserparameter können aus den folgenden Tabellen entnommen werden.
Als Z6 Messplatz steht zusätzlich als Ionenstrahl alle Elemente, die der UNILAC beschleunigen kann, in einem Energiebereich von 3,8 MeV/u bis 13 MeV/u zur Verfügung. Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über die Parameter der Großgeräte.
Neben diesen drei Großgeräten bietet die Plasmaphysik ihren Nutzern eine Vielzahl von Diagnostikgeräten an. Darunter ist ein im Vergleich zu den beiden anderen Lasern ein kleiner Laser, der bei 355 nm Wellenlänge einen 500 ps langen Puls mit einer Energie von 1 mJ liefert. Dieser wird für Interferometriemessungen verwendet, mit denen z.B. die Elektronendichte in Plasmen bestimmt werden kann. Darüber hinaus stehen zwei Schmierbildkameras (auf eng. Streak Cameras) zur Verfügung, um z.B. zeitaufgelöste Temperaturdiagnosen von Plasmen durchführen zu können. Ebenfalls stehen verschiedene Kameras und bildgebende Diagnostiken, sowie Ionenstrahldiagnostiken zur Verfügung.
Die Vielfalt der verfügbaren Geräte erlaubt die Realisierung unterschiedlichster Experimente zur Erforschung aktueller Themen, z.B. in der Fusionsforschung oder zur planetaren Astrophysik. Die an Z6 durchgeführten Experimente umfassen Untersuchungen zur Wechselwirkung von Ionenstrahlen mit dichten Plasmen, Schockexperimente, Hohlraumexperimente sowie Experimente zur Laserionenbeschleunigung.
In diesem Kontext ist insbesondere das LIGHT-Projekt zu nennen, dessen Realisierung ohne die Nutzung der Beschleunigerinfrastruktur nicht möglich wäre. Im Rahmen dieses Projektes erfolgt eine Kombination neuartiger, laserbasierter Ansätze der Ionenbeschleunigung mit etablierter Ionenbeschleunigertechnik, um Ionenstrahlen mit neuen Eigenschaften zu generieren. Darüber hinaus trägt das LIGHT-Projekt zur Entwicklung neuer und moderner Beschleunigerstrukturen bei.
Parameter UNILAC | Wert |
|---|---|
Ionenspezies | 3 ≤ Z ≤ 92 |
Energie | 3,8 - 13 MeV/u |
Microbunchstruktur | f = 36/108 MHz; tmicrobunch = 3 ns |
Makrobunchstruktur | f = 5 Hz; tmax = 3 ms |
Parameter PHELIX | Wert |
|---|---|
Langpuls Pulslänge | 1,5 - 20 ns |
Langpuls Energie | bis zu 250 J |
Langpuls Wellenlänge | 527 nm |
Kurzpuls Pulslänge | 500 fs |
Kurzpuls Energie | 50 J |
Kurzpuls Wellenlänge | 1053 nm |
Parameter nhelix | Wert |
|---|---|
Pulslänge | 7 ns |
Energie | 120 J/60 J bei 2ω |
Wellenlänge | 1053/527 nm |
