Die Beschleunigeranlagen

Das Zyklotron ist der primäre Beschleuniger der Anlage, welcher die kinetische Energie der injizierten Teilchen um 7 bis 14 MeV pro Nukleon erhöht. Bei dem Zyklotron handelt es sich um ein Isochron-Zyklotron mit drei Hochfrequenz-Duanten zur Teilchenbeschleunigung. Die Strahlfokussierung wird mittels alternierendem Magnetfeldgradienten in einer dreifachen "Hill and Valley"-Polschuhform sichergestellt. Nach etwa 130 Umläufen wird der Strahl mittels elektrostatischem Septum zu einem magnetisch-kompensierten Kanal ausgelenkt und anschließend aus dem Zyklotron extrahiert.

Es stehen fünf Experimentierplätze zur Verfügung, an denen der Strahl für physikalische Experimente an Luft oder im Vakuum verwendet werden kann. In Strahlenhärtetests wird beispielsweise ein Protonenstrahl benutzt um kontrolliert Strahlenschäden in Silizium-Halbleiterdetektoren zu erzeugen. Die so gewonnen Erkenntnisse dienen der Entwicklung von strahlenresistenteren Detektoren für z.B. die Experimente ATLAS und LHCb am CERN.

Mit dem Bonner Radioisotopen-Separator und -Implanter werden, z.B. am Zyklotron-Hochstromplatz erzeugte unreine Radioisotope, aufbereitet und veredelt. Hierbei werden die Isotope in einem Quellenofen thermisch desorbiert, ionisiert und in einem kollimierten Partikelstrahl in Richtung des Separatormagneten beschleunigt. Dort trennen sich die einzelnen Isotope entsprechend ihrer Masse in räumlich getrennte Strahlen auf. Der selektierte Strahl, mit dem Isotop gewünschter Masse, wird anschließend mit einer Energie von 1 bis 160 keV in ein Target implantiert.

Zur Erzeugung eines Strahls elektrisch geladener Teilchen wird eine externe, zwei-stufige Electron Cyclotron Resonance-Quelle verwendet. In dieser wird eingelassenes, elektrisch neutrales Gas in einem eingeschlossen Plasma ionisiert. Die resultierenden geladenen Teilchen werden anschließend durch eine Hochspannungselektrode aus dem Plasma gezogen, beschleunigt und durch eine Injektionsstrahlführung zum Zyklotron geleitet. Dort wird der Teilchenstrahl vertikal ins Zentrum des Zyklotrons mittels elektrostatischem Inflektor injiziert und dann weiter beschleunigt. Je nach Art des eingelassenen Gases können Protonen, Deuteronen oder Alpha-Teilchen als Strahl erzeugt werden.

Die Hochenergie-Strahlführung ermöglicht den Transport des Strahls zu den einzelnen Experimentierplätzen. Je nach verwendeter Strahlführung und magnetischer Optik kann die Energieschärfe des Strahls auf Kosten der Transmission verbessert werden.