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• Laserspektroskopische Vermessung von Atomradien
• Dresdner Tochterfirma DREEBIT GmbH liefert die dafür benötigte Ionenstrahlanlage
• Innovative Vakuumapparatur
  

Von der Technischen Universität Darmstadt hat Pfeiffer Vacuum einen Großauftrag für die Lieferung einer DREEBIT Ionenstrahlanlage erhalten, die an der TU Darmstadt im Institut für Kernphysik eingesetzt werden soll. Die Darmstädter Forscher der Arbeitsgruppe LaserSpHERe führen dort Präzisionsexperimente im Grenzbereich der Atom-, Kern- und Teilchenphysik durch. Forschungsschwerpunkte sind Laserspektroskopie an hochgeladenen Ionen und an exotischen kurzlebigen Isotopen.

Ende 2014 begann der Aufbau des Forschungsgroßgerätes „Kollineare Apparatur für Laserspektroskopie und angewandte Physik“ (KOALA) im Institut für Kernphysik an der TU Darmstadt, in dem die beauftragte Ionenstrahlanlage zum Einsatz kommen wird. Die verwendete Ionenquelle des Typs EBIS-A erzeugt für das Experiment elektrisch geladene Ionen leichter chemischer Elemente, die in die Strahlführung der KOALA-Apparatur eingekoppelt werden. Damit sich die Teilchen in den Strahlführungsrohren möglichst ungehindert bewegen können, ist ein sauberes Ultrahochvakuum unerlässlich. Um einen derart niedrigen Druck aufrechtzuerhalten, benötigt man eine ausgesprochen leistungsfähige und zuverlässige Vakuumerzeugung. Dies gilt noch stärker für die neue Ionenquelle, in der sich die Ionen viel länger aufhalten und bei der alle Vakuumkomponenten aus dem Pfeiffer Vacuum Konzern stammen.

Jedes Element emittiert und absorbiert das Licht bestimmter, sehr genau definierter Wellenlängen, die vom menschlichen Auge mit einer Farbe wahrgenommen werden. Diese Eigenschaft ist auch die Grundlage der Farberscheinungen eines Feuerwerks. Die Farbe hängt vom chemischen Element ab und welchen Ladungszustand das Atom besitzt. Aus einer sehr genauen Messung der Wellenlänge kann man nicht nur Aufschluss über das chemische Element und seinem Ladungszustand erhalten, durch Vergleich mit hochpräzisen theoretischen Rechnungen ist es sogar möglich, die Größe des Atomkerns zu bestimmen.

Prof. Dr. Wilfried Nörtershäuser, Leiter der Arbeitsgruppe an der TU Darmstadt, erläutert die technischen Vorteile der KOALA-Strahllinie: „Bis heute wurde die spektroskopische Vermessung der Atomradien nur an wasserstoffartigen Systemen mit einem einzelnen Elektron durchgeführt, denn nur dafür ist die Theorie ausreichend genau. Diese einfachen Atomsysteme besitzen experimentell aber den Nachteil, dass die zu verwendenden Wellenlängen weit im ultravioletten Bereich des optischen Spektrums liegen und dadurch nur schwer mit heutigen Lasersystemen zugänglich sind. Gegenwärtig gibt es aber erfolgversprechende Bestrebungen, die erforderliche Genauigkeit auch für komplexere, heliumartige Systeme mit zwei Elektronen zu erreichen. Deren Wellenlängen sind mit Lasersystemen wesentlich besser zugänglich, und so können die Radien der Atomkerne von Helium bis Stickstoff künftig deutlich präziser bestimmt werden als derzeit möglich. Die KOALA-Apparatur bietet dafür die idealen Voraussetzungen, sobald die DREEBIT Ionenstrahlanlage mit der Ionenquelle EBIS-A installiert ist.“

Seit Gründung der DREEBIT GmbH im Jahr 2006 hat der Unternehmensteil „Ion Beam Technology“ verschiedene Ionenquellentypen wie EBIS und ECRIS entwickelt und zur Marktreife gebracht, die hauptsächlich in Teilchenbeschleunigern für die Forschung und für medizinische Anwendungen wie Ionenstrahltherapie zum Einsatz kommen. Die DREEBIT GmbH ist seit 2017 Teil des Pfeiffer Vacuum Konzerns mit den Schwerpunkten Entwicklung von Sonderanlagen und Service von Vakuumprodukten. An den Standorten Dresden und Großröhrsdorf sind derzeit rund 70 Mitarbeiter beschäftigt.

Das Forschungsvorhaben wird von der DFG im Rahmen des Sonderforschungsbereichs SFB 1245 unterstützt.