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Abstract:
Das Fünf-Penningfallen-Massenspektrometer Pentatrap ist
ein neues Hochpräzisions-Experiment, welches am Max-Planck-Institut für Kernphysik
in Heidelberg ansässig ist. Das Ziel von Pentatrap ist es Massenverhältnisse
von langlebigen und hochgeladenen Nukliden bis hin zu Uran mit einer Genauigkeit
von bis zu einigen 10−12 zu bestimmen. Die physikalischen Anwendungsgebiete
umfassen Messungen des Q-Wertes von relevanten β-Übergängen in der Neutrinophysik,
zwingende Tests der Quantenelektrodynamik in starken elektromagnetischen
Feldern und ein Test der speziellen Relativitätstheorie. Dank des Mehrfallenaufbaus
können verschiedene Messschemata, die gleichzeitige Frequenzmessungen umfassen,
angewendet werden. Weitere Hauptmerkmale von Pentatrap sind hochsensitive,
kryogene, nichtdestruktive Detektionssysteme und der Zugang zu hochgeladenen
Ionen über die kleine Pentatrap-EBIT und die Heidelberg-EBIT.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit startete der Aufbau dieser weltweit einzigartigen
Anlage und wurde wesentlich vorangebracht. Der Ionentransport und der Einfang
in die Penningfallen wurde simuliert und eine Vielzahl von Funktionstests, wie
z.B. die Untersuchung des Magnetfeldes des supraleitenden Magneten, durchgeführt.
Ein Magnetfeldkompensationssystem und die technologisch anspruchsvolle kryogene
Justagevorrichtung wurden aufgebaut und charakterisiert. Darüber hinaus wurden
die hoch tolerierten Penningfallen konstruiert, hergestellt und aufgebaut. Die Montage
des gesamten kryogenen Aufbaus, welche die Verkabelung der Penningfallen
beinhaltete, ermöglichte ein erstes Abkühlen des Experiments. Abschließend konnte
die Pentatrap-EBIT erfolgreich in Betrieb genommen und die erste Produktion
von hochgeladenen Rhenium- und Osmium-Ionen, die für Q-Wert-Messungen von
Interesse sind, demonstriert werden.
