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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.