Johannes Gutenberg Universität Mainz > Fachbereich 08 > Physik > Physikforschung > Institute & Forschungseinrichtungen > Institut für Kernphysik > Beschleuniger MAMI & Experimente
Das wichtigste Werkzeug für unsere Forschung ist der Elektronenbeschleuniger MAMI, den wir seit den 1980er Jahren zuverlässig betreiben und weiterentwickeln. MAMI ist baulich weltweit einzigartig und liefert uns hochpräzise Elektronen bei moderaten Strahlenergien, mit denen wir die Struktur von Atomkernen, ihren Bestandteilen, sowie deren Wechselwirkungen untersuchen können.
In Teilchenbeschleunigern werden elektrisch geladene Teilchen, wie z.B. Elektronen, mittels elektrischer Felder beschleunigt. Das einfachste Prinzip ist die Verwendung einer hohen Gleichspannung, zur Erzeugung des elektrischen Feldes. Allerdings kann das so erzeugte elektrische Feld nur bis einige 100 kV angelegter Spannung stabil aufrechterhalten bleiben, wodurch die erreichbare Elektronenenergie auf einige 100 keV beschränkt wird.
Zum Erreichen höherer Elektronenenergien bis einige hundert oder tausend MeV, müssen mehrere beschleunigende elektrische Felder sequentiell von den Elektronen durchlaufen werden. Die Felder werden in speziellen Beschleunigereinheiten mittels hochfrequenter Mikrowellenstrahlung erzeugt, wodurch die Elektronen pro Meter wenige MeV an Energie gewinnen können. In einem klassischen sequentiell linearen Aufbau (Linearbeschleuniger) wäre aber zum Erreichen der für unsere Experimente notwendigen Elektronenenergien (einige hundert bis tausend MeV) eine kilometerlange Beschleunigerstrecke notwendig.
In dem bei MAMI (Mainzer Mikrotron) realisierten Konzept werden die beschleunigten Elektronen deshalb durch zwei Magnete so umgelenkt und zurückgeführt, dass eine Beschleunigungsstrecke mehrfach durchlaufen wird. Hiermit kann der gleiche Energiegewinn in einem wesentlich kompakteren Design realisiert werden. Da die Bahnen der Elektronen wie die Rennbahnen einer antiken Arena aussehen, wird dieses Konzept als Rennbahn-Mikrotron (Racetrack-Microtron bzw. RTM) bezeichnet.
Bei MAMI wenden wir das Konzept des Rennbahn-Mikrotrons sequentiell an, wobei bis zum Erreichen der Beschleunigungsstufe MAMI B drei Mikrotrons zunehmender Größe hintereinander durchlaufen werden. Das letzte dieser drei Mikrotrons erreicht die mechanisch beschränkte Baugröße (jeder der beiden Magnete des Mikrotrons ist 5 m breit und 450 t schwer !) und ist somit das weltweit größte realisierte Mikrotron. MAMI B erreicht Elektronenenergien bis zu 855 MeV.
Durch Zuschalten einer weiteren Beschleunigerstufe (MAMI C) kann die Elektronenenergie bis auf etwa 1,5 GeV gesteigert werden. In MAMI C wurde dabei erstmals das Konzept eines Harmonischen Doppelseitigen Mikrotrons (HDSM) umgesetzt. Zur Rückführung werden hierbei anders als beim Rennbahn-Mikrotron vier Magnete zur Umlenkung genutzt und pro Umlauf zwei Beschleunigungsstrecken durchlaufen. Die mechanischen Limitierungen wie sie bei MAMI B auftreten, werden damit umgangen.
| MAMI B | MAMI C | |
| Endenergie | 855,1 MeV | 1508 MeV |
| Umläufe | 90 | 43 |
| Mikrowellenfrequenz | 2,45 GHz | 2,45 / 4,90 GHz |
| Mikrowellenleistung | 102 kW | 117 / 128 kW |
| Magnetfeld (Umlenkmagnete) | 1,28 T | 0,95 – 1,53 T |
| Masse (Umlenkmagnete) | 2x 450 t | 4x 250 t |
| Von den Umlenkmagnete eingeschlossene Fläche (L x B) | 21 m x 10 m | 30 m x 15 m |
| Länge Linearbeschleuniger | 8,9 m | 8,6 / 10,1 m |
Den MAMI Jahreskalender mit allen geplanten Strahlzeiten finden Sie hier
Der Beschleuniger MAMI und die damit betriebenen Experimente können von Schulklassen und anderen Gruppen besichtigt werden, wenn die Anlage ausgeschaltet ist. Dies ist an Wartungstagen, zumeist montags, möglich.
Eine Besichtigung dauert im Allgemeinen etwa 2 Stunden. Sie beginnt mit einer Einführung in die Grundlagen des Beschleunigers und der Experimente im Hörsaal des Instituts. Anschießend werden die Beschleunigerhallen, die Strahlführung und die Experimentierhallen besichtigt.
Zur Anfrage nutzen Sie bitte unser Kontaktformular. Beachten Sie zudem unsere Sicherheitshinweise.
Details
Da der Platz in den Räumen beschränkt ist und teilweise ein deutlicher Geräuschpegel herrscht,
ist die Gruppengröße während der Führung typischerweise auf 11 Personen beschränkt. Größere Gruppen teilen wir in entsprechende Untergruppen auf, die dann zeitgleich mit anderer Wegführung durch die Anlage geführt werden. Bitte haben Sie Verständnis, dass wir auf Grund des erhöhten Personalbedarfs, sowie der Platzverhältnisse im Beschleuniger auch in der Zahl der möglichen Untergruppen beschränkt sind. Typischerweise sollte die Gesamtgrupppengröße daher 30 nicht übersteigen.
Alle Führungen werden im Einzelfall geplant und können nur nach vorheriger Absprache und Zusage durchgeführt werden. Führungen für Einzelpersonen sind nicht möglich. Nach Anfrage können interessierte Einzelpersonen jedoch bei bereits geplanten Führungen teilnehmen, sofern dies die Gruppengröße noch zulässt.
Kontakt:
Kontaktformular zur Anfrage von Führungen
Kathrin Anciger
E-Mail
+49 6131 39-28468
Am Experiment A1 werden Elektronen-Streuexperimente durchgeführt um beispielsweise die räumliche Struktur von Atomkernen oder Kernbausteinen zu untersuchen. Hierzu wird eine Probe mit dem vo MAMI erzeugten Elektronenstrahl beschossen, und sowohl die an der Probe (Festkörpern, gekühlte oder verflüssigte Gase) gestreuten Elektronen, als auch gegebenenfalls neu erzeugte Teilchen mit Hilfe von magnetischen Spektrometern nachgewiesen. Die Spektrometer sind um ein gemeinsames Drehzentrum beweglich montiert, so dass die gestreuten Teilchen in verschiedene Richtungen gemessen werden können.
- Drei hochauflösende magnetische Spektrometer
| Höhe | ca. 15 m |
| Gewicht | mehr als 200 t |
| Impulsauflösung | besser 0,01% |
| Genauigkeit der Laufzeitbestimmung | 0,5 ns |
| abgedeckten Raumwinkel | bis zu ΔΩ=28 msr |
- Ein Spektrometer zur Messung sehr hoher Impulse bei kurzer Fluglänge („KAOS-Spektrometer“)
- Ein Short-Orbit-Spektrometer (zum Nachweis von Pionen bei niedrigen Energien)
- Großflächige Flugzeitwände sowie stark abgeschirmte, segmentierte Szintillator-Detektoren (für den Nachweis von Neutronen)
| Strahlstrom | bis zu 100 µA |
| Luminositäten | bis zu 10 MHz/μbarn |
| Polarisation | unpolarisiert/polarisiert |
Mehr Informationen zur Forschung bei A1 finden Sie auf der Website der A1-Kollaboration
Am Experiment A2 werden mittels Bremsstrahlung sehr hochenergetische Photonen erzeugt. Absorbiert ein Proton ein derart hochenergetisches Photon, so werden in Folge neue stark wechselwirkende Teilchen erzeugt. Das Kräftespiel dieser Prozesse im Detail zu verstehen, ist das Hauptziel der Experimente. Durch eine spezielle Anlage – den sogenannten Tagger – kann die Energie der Photonen dabei bis auf wenige Promille genau bestimmt werden, wodurch eine hochpräzise Interpretation der experimentellen Ergebnisse ermöglicht wird. Zentrale Komponenten des Detektorsystems sind der Crystal-Ball und der TAPS Detektor, durch die es möglich ist, die entstandenen Teilchen im nahezu vollständigen Raumwinkel nachzuweisen.
- Crystall-Ball: Kalorimeter aus 672 NaI-Kristallen
- TAPS-Vorwärtsdetektor: 352 BaFl-Kristalle
- Vieldrahtproportionalitätskammern
- Polarisierbares Festkörpertarget (Frozen-Spin Target)
- Tieftemperaturtargets (Wasserstoff 20K, Deuterium 24K, 4Helium 4K, 3Helium 3K)
Erzeugter Photonenstrahl:
| Photonenenergie | 180-1500 MeV |
| Energieauflösung versch. Photonen | 2-4 MeV |
| Strahlstrom | bis zu 108 Photonen pro Sekunde |
| Polarisation | linear oder zirkular |
Mehr Informationen zur Forschung bei A2 finden Sie auf der Website der A2-Kollaboration
