Speicherringe werden zur Speicherung von Ionen bis zu den höchstmöglichen Strömen verwendet. Aber was zeichnet einen Speicherring eigentlich aus? Hier gibt es mehrere wichtige Parameter. Zuerst die Brillanz. Eine hohe Brillanz der zirkulierenden Ionenstrahlen bedeutet, dass diese sehr kleine Durchmesser haben und wenig "zur Seite rausschwappt" (fachlich sagt man, dass es geringe Winkeldivergenzen gibt). Zusätzlich ist es wichtig, dass die Geschwindigkeitsverteilung sehr klein ist, sprich, dass die Teilchen im Teilchenstrahl eine sehr homogene Geschwindigkeit haben. Hierfür werden spezielle Techniken wie Elektronen- oder Laserkühlung genutzt.
Der Experimentelle Speicherring (ESR) an der GSI ist weltweit der einzige Speicherring, der dies für alle Ionen von Helium mit der Kernladung Z = 2 bis hin zu blankem Uran mit Z = 92 bei Ionengeschwindigkeiten von unter 10% bis fast 90% der Lichtgeschwindigkeit erfüllt. Daher bietet der ESR einzigartige Möglichkeiten insbesondere für Experimente mit den schwersten verfügbaren Ionen.
Der ESR hat einen Umfang von knapp 110 m und eine magnetische Steifigkeit von 10 Tm. Dies ist ein Maß dafür, auf welche Bahn sich geladene Teilchen magnetisch "biegen" lassen. Mit diesen Parametern ist es möglich, Uran-Ionen mit hohen Geschwindigkeiten zu speichern. Die Experimente werden in der Regel bei ca. 65 % der Lichtgeschwindigkeit durchgeführt. Das bedeutet, dass die Teilchen ca. 2000000 pro Sekunde durch den Speicherring fliegen. Wichtig ist es hier, dass die gespeicherten Teilchen nicht mit anderen Teilchen zusammenstoßen. Dafür ist es wichtig, dass man die Luft und damit natürlich die Moleküle aus dem Speicherring pumpt. Im Speicherring herrscht ein Hochvakuum von einem Druck von 10^(-11) bar, das heisst ein Hundert Milliardstel des üblichen Luftdrucks. Damit kann man die Zahl der Zusammenstöße zwischen den gespeicherten Ionen und den Atomen des Restgases so gering wie möglich halten. Solche Kollisionen könnten den Ladungszustand der Ionen verändern und zu drastischen Intensitätsverlusten der gespeicherten Strahlen führen.
Ein zusätzliches Problem ist die gegenseitige Abstoßung der Ionen untereinander. Diese geschieht aufgrund der Coulomb-Wechselwirkung, das heißt der elektrischen Abstoßung von gleichgeladenen Teilchen. Dies führt dazu, daß die Teilchen "auffächern", sprich die Brillanz geringer wird.
Dies kann man durch die sogenannte Elektronenkühlung verhindern.
Durch gezielte Kollisionen von Ionen mit gleichschnellen Elektronen können die Ionen besser auf die Bahn gebracht werden. Für diese Idee wurde vor einigen Jahren auch ein Nobelpreis verliehen. Hierzu aber an anderer Stelle mehr.
Der ESR ist auf jeden Fall ein Arbeitstier für die Forscherinnen und Forscher der Helmholtz Forschungsakademie Hessen für FAIR - die stete Weiterentwicklung der Anlage und die Einbindung in die kommende FAIR-Anlage ist somit extrem wichtig und wird noch für die eine oder andere wissenschaftliche Erkenntnis sorgen.