Atomstrahlquelle (ABS)

Polarisierte Atomstrahlquellen sind eine moderne Version der Rabi-Apparatur zur Bestimmung der Energieunterschiede der Hyperfeinzustände in Abhängigkeit von einem äußeren Magnetfeld. Ihre Intensität von etwa 10¹⁷ Atomen/s hat inzwischen eine Grenze erreicht, da die Intra-Beam-Streuung einen höheren Fluss verhindert. Die Werte der Kernpolarisation liegen über 0,9, d.h. mehr als 95% aller Atome haben die bevorzugte Projektion des Kernspins, entweder m_I=+1/2 oder -1/2. Bei Wasserstoff ist es möglich, einen Strahl von Atomen in einem oder in zwei Hyperfein-Unterzuständen zu erzeugen und bei Deuterium sind immer zwei Subzustände im Strahl zu finden.

Das Prinzip einer ABS

Molekulares Wasserstoff- oder Deuterium-Gas wird im hochfrequenz-induzierten Plasma des Dissoziators (magenta) in Atome dissoziiert. Nach dem Passieren der Strahlformungselemente (gekühlte Düse (türkis) und Skimmer) werden die Atome, wie im Stern-Gerlach Experiment, durch ein stark inhomogenes Magnetfeld einer Gruppe von Sextupolmagneten (blau) entsprechend ihres Elektronenspins gefiltert. So werden nur Atome in den Hyperfeinzuständen mit m_J=+1/2 auf die Achse fokussiert. Eine folgende "Radiofrequenz-Übergangseinheit" (rot) sorgt für die notwendigen Übergänge zwischen Hyperfeinzuständen mit unterschiedlichen Projektionen des Kernspins. Die anschließende Filterung durch ein starkes inhomogenes Magnetfeld einer zweiten Gruppe von Sextupolmagneten (blau) liefert einen fokussierten Strahl von Atomen in den ausgewählten Hyperfeinzuständen mit festgelegten Elektronen- und Kernspins. Eine weitere Radiofrequenz-Übergangseinheit (rot) ermöglicht es nun, diese Atome in jeden anderen Hyperfeinzustand zu überführen.