Physikerinnen und Physiker lieben Abkürzungen. So auch diese Woche. Aber wofür steht RFQ denn eigentlich? Es handelt sich um einen Radiofrequenz-Quadrupol und was dieser kann, klären wir in diesem kurzen Artikel.
Eines der zentralen Werkzeuge von Beschleunigerphysikerinnen und -physikern an der GSI- und FAIR-Anlage ist der RFQ-Beschleuniger, ein technologisches Wunderwerk, das es ermöglicht, Ionen auf extrem hohe Geschwindigkeiten zu beschleunigen.
Was ist ein RFQ-Beschleuniger?
RFQ steht wie oben geschrieben für "Radiofrequenz-Quadrupol". Es handelt sich um eine spezielle Art von Ionenbeschleuniger, der Ionen mithilfe von elektromagnetischen Feldern, die bei Radiofrequenzen betrieben werden, auf hohe Geschwindigkeiten bringt. Der Quadrupol-Teil des Namens bezieht sich auf die spezielle Anordnung von vier Metallstäben (oder Elektroden), die das elektrische Feld erzeugen, das die Ionen beschleunigt.
Wie funktioniert der RFQ-Beschleuniger?
Das Grundprinzip hinter dem RFQ-Beschleuniger ist recht einfach: Er fängt Ionen in einem sehr niedrigen Energiezustand ein und erhöht ihre kinetische Energie drastisch. Die Ionen werden durch ein elektrisches Feld geleitet, das bei Radiofrequenzen oszilliert. Diese Oszillationen sorgen dafür, dass die Ionen in einem geordneten, gebündelten Strom beschleunigt werden.
Der Clou an diesem System ist die Fähigkeit, Ionenstrahlen mit sehr geringer Energieaufnahme extrem effizient zu beschleunigen, was ihn ideal für den Start in größere Beschleunigungsanlagen macht. Von daher ist er auch am Anfang von vielen großen Beschleunigeranlagen zu finden.
Die Bedeutung des RFQ-Beschleunigers für die GSI
An der GSI spielt der RFQ-Beschleuniger eine entscheidende Rolle. Er ist oft der erste Schritt im Prozess, der Ionen auf die unglaublich hohen Geschwindigkeiten bringt, die für vielen Experimente erforderlich sind. Nachdem sie den RFQ durchlaufen haben, werden die Ionen in größere Beschleunigungsstrukturen wie den UNILAC und dann das SIS18 eingespeist, wo sie weiter beschleunigt werden, bevor sie für Experimente verwendet werden.
Die GSI verwendet den RFQ-Beschleuniger als Start für eine Vielzahl von Forschungsprojekten, von der Untersuchung der Eigenschaften von Atomkernen bis hin zur Erforschung der Bedingungen, die unmittelbar nach dem Urknall herrschten.
Man kann durchaus sagen, dass der RFQ-Beschleuniger ein technologisches Meisterwerk ist und ein Schlüsselwerkzeug in der modernen Kern- und Teilchenphysikforschung. Hier zeigt sich auch wieder, dass bei einer solch großen Anlage die kleinsten Teile ineinandergreifen müssen, um sicherzustellen, dass das große Ganze funktioniert.