Quelltext der Seite ISOLDE

{{Dieser Artikel|behandelt die Einrichtung zur Erzeugung von radioaktiven Ionenstrahlen am CERN. Zu dem weiblichen Vornamen siehe [[Isolde]].}}

[[Datei:ISOLDE_Schema.png|mini|hochkant=1.5|Schematische Darstellung des {{lang|en|''Isotope Separator On Line DEvice''}} (ISOLDE) am [[CERN]]. Der Protonenstrahl des [[Proton Synchrotron Booster]]s (PSB) erzeugt in den ''Targets'' radioaktive [[Nuklid]]e. Diese werden in den [[Ionenquelle]]n ionisiert, beschleunigt und mit den [[Ablenkmagnet]]en des GPS (''General Purpose Separator'') oder HRS (''High Resolution Separator'') aufgrund ihrer unterschiedlichen Massen getrennt. Der Austausch einer Einheit „Target + Ionenquelle“ erfolgt wegen der erzeugten Radioaktivität mittels mobiler [[Industrieroboter]].]]

'''ISOLDE''' ({{enS|'''''I'''sotope '''S'''eparator '''O'''n '''L'''ine '''DE'''vice''}}) ist eine seit 1967 betriebene Einrichtung zur Erzeugung [[Radioaktivität|radioaktiver]] [[Ionenstrahl]]en, die seit 1992 am [[Proton Synchrotron Booster]] (PSB) des [[CERN]] beheimatet ist. Mit dem [[Proton]]enstrahl des PSB können in speziellen erhitzten Materialien ([[Target (Physik)|Targets]]) eine Vielzahl radioaktiver [[Nuklid]]e von 70 [[Chemisches Element|chemischen Elementen]] erzeugt werden. Diese werden – nachdem sie aus den ''Targets'' austreten – auf unterschiedliche Weise [[Ionisation|ionisiert]], beschleunigt und mittels Magneten aufgrund ihrer unterschiedlichen Massen getrennt. Über 700 unterschiedliche Ionenstrahlen mit teilweise über 1000 Ionen pro Sekunde können so erzeugt und mehreren Experimenten der [[Atomphysik|Atom-]] und [[Kernphysik]] sowie der [[Materialwissenschaften|Material-]] und [[Biowissenschaften]] zur Verfügung gestellt werden.<ref>Björn Jonson, Karsten Riisager: [http://www.scholarpedia.org/article/The_ISOLDE_facility ''The ISOLDE facility.''] Scholarpedia, 2010, {{doi|10.4249/scholarpedia.9742}}, abgerufen am 5. Oktober 2014.</ref>

ISOLDE war die erste Anlage dieser Art und Prototyp für weitere, die nach dem verwendeten Prinzip als ISOL-Einrichtungen bezeichnet werden. Zu den bedeutenden Ergebnissen während ihres nahezu 50-jährigen Betriebes zählen Erweiterungen der [[Nuklidkarte]]. Mit einer Vielzahl von Experimenten wurde das Verständnis der Atom- und Kerneigenschaften erweitert, [[Halokern]]e und exotische Zerfälle untersucht und Beiträge zur Nuklearen [[Astrophysik]], [[Festkörperphysik]] und [[Nuklearmedizin]] erbracht.

== Zeitliche Entwicklung ==
=== Erste Anlage am Synchro-Zyklotron (SC) ===
Erste erfolgreiche Experimente zur kontinuierlichen Erzeugung und Trennung kurzlebiger radioaktiver Nuklide wurden Anfang der 1950er-Jahre am [[Niels-Bohr-Institut]] in [[Kopenhagen]] unter [[Otto Kofoed-Hansen]] durchgeführt. Dabei wurde ein [[Zyklotron]] mit einem Isotopen-Separator kombiniert. Diese Technik eröffnete neue Forschungsmöglichkeiten und motivierte europäische Kernphysiker Anfang der 1960er-Jahre, die Errichtung einer Anlage am [[Synchro-Zyklotron (CERN)|Synchro-Zyklotron]] (SC) des CERN vorzuschlagen. Nach Abschluss der Planungen und der endgültigen Genehmigung durch den damaligen CERN-Generaldirektor [[Victor Weisskopf]] Ende 1964 wurde im Folgejahr der Bau begonnen. Dabei wurden die unterirdische Anlage am CERN und der Isotopen-Separator an der [[Universität Aarhus]] gebaut. Am 16. Oktober 1967 konnte das erste Experiment an der ISOLDE genannten Einrichtung durchgeführt werden. In den ersten Jahren konnten mehrere neue Isotope der Elemente [[Krypton]], [[Xenon]], [[Quecksilber]] und [[Radon]] identifiziert werden; eine erste Veröffentlichung erschien 1969.<ref name="Jonson2000">B. Jonson, A. Richter: ''More than three decades of ISOLDE physics.'' In: ''Hyperfine Interactions.'' Vol. 129, Nr. 1–4, 2000, S. 1–22, {{doi|10.1023/A:1012689128103}}.</ref>

Zwischen 1972 und 1974 waren durch die Erhöhung der Intensität des 600&nbsp;[[Elektronenvolt|MeV]]-Protonenstrahls des SC erste größere Veränderungen bei ISOLDE nötig. Nun wurde mit der 100-fach größeren Intensität des Protonenstrahls an den ''Targets'' gearbeitet, wodurch die Anzahl und Intensität der Ionenstrahlen erhöht werden konnte. Anfang der 1980er-Jahre erhielt ISOLDE ein weiteres ''Target'' mit Separationsmagnet, wegen der begrenzten Räumlichkeiten wurde der Ionenstrahl in die Halle des SC geleitet, wo ein weiterer Experimentierbereich für ISOLDE entstand.<ref name="Jonson2000"/>

=== Anlage am Proton Synchrotron Booster (PSB) ===
[[Datei:Cern-accelerator-complex.svg|mini|hochkant=1.7|Position von ''ISOLDE'' am Proton Synchrotron Booster (PSB, hier als ''BOOSTER'' markiert) am [[CERN]]. Mit dem [[Linearbeschleuniger]] ''LINAC 2'' auf 50 MeV beschleunigte Protonen (blaue Pfeile) werden in den PSB eingespeist und auf bis zu 1,4 GeV beschleunigt.]]
Mit der absehbaren Stilllegung des SC wurde Ende der 1980er-Jahre über eine Verlegung von ISOLDE zu einem anderen [[Teilchenbeschleuniger]] nachgedacht; 1990 wurde entschieden, einen neuen Gebäudekomplex am [[Proton Synchrotron Booster]] (PSB) des CERN zu errichten. Der SC lieferte seinen letzten Strahl im Dezember 1990, im Mai 1992 wurde der neue Standort von ISOLDE eingeweiht; am 26. Juni 1992 konnte das erste Experiment mit dem 1&nbsp;GeV Strahl des Proton Synchrotron Booster durchgeführt werden.<ref name="Jonson2000"/>

Seit 1994 kommt zur selektiven Ionisation das [[#Lasersystem RILIS|Lasersystem RILIS]] zum Einsatz, mit dessen Hilfe die gewünschten chemischen Elemente gezielt ionisiert werden können. Dies ermöglicht die Trennung von [[Isobar (Kernphysik)|isobaren]] Nukliden, was aufgrund der gleichen Masse durch den Separations-Magneten nicht möglich wäre.<ref>B. A. Marsh et al.: [http://www.researchgate.net/publication/41385781_The_ISOLDE_RILIS_pump_laser_upgrade_and_the_LARIS_Laboratory/file/d912f5113b185acb3e.pdf ''The ISOLDE RILIS pump laser upgrade and the LARIS Laboratory.''] In: ''Hyperfine Interactions.'' Vol. 196, Nr. 1–3, 2010, S. 129–141, {{doi|10.1007/s10751-010-0168-5}}.</ref> Ende 2001 wurde mit REX-ISOLDE ein Nachbeschleuniger für die von ISOLDE mit einer maximalen Energie von 60&nbsp;keV bereitgestellten Ionenstrahlen in Betrieb genommen, welcher die Ionen auf Energien von bis zu 2,2&nbsp;MeV beschleunigte.<ref>D. Voulot et al.: [http://nuclear.fis.ucm.es/webgrupo_2007/publicaciones/PDFS%20PUBLICACIONES%202008/SIN%20UDIAS/Nuc-Inst-Meth-B-266-2008.pdf ''Radioactive beams at REX–ISOLDE: Present status and latest developments.''] (PDF; 491&nbsp;kB) In: ''Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B.'' Vol. 266, Nr. 19–20, 2008, S. 4103–4107, {{DOI|10.1016/j.nimb.2008.05.129}}.</ref> Die Energien konnten später auf bis zu 3,1&nbsp;MeV erhöht werden und nach einem weiteren Umbau wurden 2017 Energien von bis zu 7,5&nbsp;MeV erreicht. Diese als HIE-ISOLDE bezeichnete Ausbaustufe soll voraussichtlich bis 2018{{Zukunft|2018}} Energien von über 10&nbsp;MeV liefern.<ref name="update2017">Harriet Kim Jarlett: [https://home.cern/about/updates/2017/07/hie-isolde-nuclear-physics-gets-further-energy-boost ''HIE-ISOLDE: Nuclear physics gets further energy boost.''] CERN updates, 17. Juli 2017, CERN Accelerating science, abgerufen am 19. August 2017.</ref><ref>[http://isolde.web.cern.ch/rex-isolde ''REX-ISOLDE.''] ISOLDE – The Radioactive Ion Beam facility, CERN Accelerating science, abgerufen am 28. September 2014.</ref> Hauptnutzer dieser hochenergetischen Ionenstrahlen ist das Experiment [[#MINIBALL|MINIBALL]].<ref name="Borge2014"/> Für eine weitere Erhöhung der Energien und der [[Luminosität]] wird seit 2012 über die Installation eines [[Schwerion]]en-[[Speicherring]]s nachgedacht und der Umzug des ''Test Storage Ring'' (TSR) des [[Max-Planck-Institut für Kernphysik]] von [[Heidelberg]] zu ISOLDE empfohlen, da dieser zukünftig durch den ''Cryogenic Storage Ring'' (CSR) ersetzt wird.<ref>Barbara Warmbein: [http://home.web.cern.ch/about/updates/2014/02/test-storage-ring-could-find-new-life-isolde ''Test Storage Ring could find new life at ISOLDE.''] CERN updates, 25. Februar 2014, CERN Accelerating science, abgerufen am 28. September 2014.</ref>

=== Prototyp für weitere Anlagen ===
ISOLDE war die erste Anlage zur kontinuierlichen Erzeugung, Beschleunigung und Trennung kurzlebiger radioaktiver Nuklide. Sie war der Prototyp für weitere Anlagen, die nach dem verwendeten Prinzip als ISOL-Einrichtungen bezeichnet werden.<ref>Hans Geissel, Mark Huyse, Gottfried Münzenberg, Piet Van Duppen: ''Exotic Nuclear Beam Facilities.'' In: Reinhard Stock (Hrsg.): ''Encyclopedia of Nuclear Physics and its Applications.'' 2. Auflage, John Wiley & Sons, 2013, S. 159–212, hier S. 196 ff.</ref> So entstanden unter anderem mit SPIRAL am [[Grand Accélérateur National d’Ions Lourds]] (GANIL) in Frankreich oder EXCYT am [[Istituto Nazionale di Fisica Nucleare]] (INFN) in Italien weitere Anlagen in Europa sowie in Nordamerika ISAC am [[TRIUMF]] und HRIBF am [[Oak Ridge National Laboratory]]. Seit Ende der 1990er-Jahre liegt der Fokus zunehmend auf der Erhöhung der Energie und Intensität der erzeugten Ionenstrahlen und somit auch auf immer leistungsstärkerer Nachbeschleunigung. Vorreiter war hier die RIB-Einrichtung im belgischen [[Louvain-la-Neuve]], gefolgt unter anderem von REX-ISOLDE, SPIRAL-II (zukünftiger Ausbau zu EURISOL) oder ISAC-II.<ref>M. Lindroos: [http://accelconf.web.cern.ch/AccelConf/e04/PAPERS/TUXCH01.PDF ''Review of ISOL-type Radioactive Beam Facilities.''] In: ''Proc. of EPAC.'' Lucerne, Switzerland, 2004, S. 45–49.</ref> Die Alternative zu den ISOL-Einrichtungen sind die sogenannten ''In-Flight-Anlagen'', bei denen dünne Targets mit [[Schwerion]]en aus entsprechenden Beschleunigeranlagen beschossen werden, an die sich die Separatoren direkt anschließen. Diese Technik ist besonders für sehr kurzlebige Nuklide geeignet, da die Schwerionen ihre Energie auf die erzeugten radioaktiven Ionen übertragen und diese die Separatoren in weniger als einer Mikrosekunde durchlaufen.<ref>Hans Geissel, Mark Huyse, Gottfried Münzenberg, Piet Van Duppen: ''Exotic Nuclear Beam Facilities.'' In: Reinhard Stock (Hrsg.): ''Encyclopedia of Nuclear Physics and its Applications.'' 2. Auflage, John Wiley & Sons, 2013, S. 159–212, hier S. 189–196.</ref>

== Betrieb ==
=== ISOL-Prozess ===
<div class="float-right" style="margin-top: 0">
{| class="wikitable" style="margin-top: 0"
|+ Beispiele typischer Target-Materialien und daraus erzeugter Nuklide (Auswahl)<ref name="Köster2001">U. Köster: [http://cds.cern.ch/record/526080/files/open-2001-075.pdf ''ISOLDE target and ion source chemistry.''] (PDF; 189&nbsp;kB) In: ''Radiochimica Acta.'' Vol. 89, Nr. 11–12, 2001, S. 77777–77785, {{doi|10.1524/ract.2001.89.11-12.749}}.</ref>
|-
!Target || T<sub>Schmelz</sub><br />in °C || T<sub>Betrieb</sub><br />in °C (max.) || Nuklide
|- class="hintergrundfarbe6"
!colspan="4" | Flüssige [[Metalle]]
|-
|[[Germanium|Ge]] || 937 || 1100 || <sup>60–74</sup>[[Zink|Zn]],<sup>64–75</sup>[[Gallium|Ga]]
|-
|[[Zinn|Sn]] || 232 || 1200 || <sup>97–122</sup>[[Cadmium|Cd]]
|-
|[[Lanthan|La]] || 920 || 1400 || <sup>115–128</sup>[[Iod|I]],<sup>115–133</sup>[[Xenon|Xe]] u. a.
|-
|[[Blei|Pb]] || 937 || 1100 || <sup>177–207</sup>[[Quecksilber|Hg]]
|- class="hintergrundfarbe6"
!colspan="4" | Feste Metalle
|-
|[[Titan (Element)|Ti]] || 1675 || 1600 || <sup>37–46</sup>[[Calcium|Ca]],<sup>42–48</sup>[[Scandium|Sc]]
|-
|[[Niob|Nb]] || 2470 || 2050 || <sup>70–85</sup>[[Brom|Br]],<sup>74–86</sup>[[Rubidium|Rb]] u. a.
|-
|[[Tantal|Ta]] || 2996 || 2200 || viele
|-
|[[Wolfram|W]] || 3410 || 2200 || <sup>8–10</sup>[[Lithium|Li]]
|- class="hintergrundfarbe6"
!colspan="4" | [[Kohlenstoff]] und [[Carbide]]
|-
|[[Kohlenstoff|C]] || >3600 || 1800 || <sup>7, 10, 11</sup>[[Beryllium|Be]]
|-
|[[Aluminiumcarbid|Al<sub>4</sub>C<sub>3</sub>]] || (1400){{FN|*}} || 1200 || <sup>20–24</sup>[[Natrium|Na]]
|-
|[[Siliziumcarbid|SiC]] || (2300){{FN|*}} || 1200 || <sup>17–23</sup>[[Fluor|F]],<sup>22–28</sup>[[Magnesium|Mg]] u. a.
|-
|ThC<sub>2</sub> u. UC<sub>2</sub> || 2450 || 2200 || viele
|- class="hintergrundfarbe6"
!colspan="4" | [[Oxide]]
|-
|[[Magnesiumoxid|MgO]] || 2800 || 1500 || <sup>17–24</sup>[[Neon|Ne]]
|-
|[[Strontiumoxid|SrO]] || 2450 || 1500 || <sup>72–81</sup>[[Krypton|Kr]]
|-
|[[Zirconium(IV)-oxid|ZrO<sub>2</sub>]] || 2700 || 1850 || <sup>56–71</sup>[[Kupfer|Cu]],<sup>62–74</sup>[[Gallium|Ga]] u. a.
|-
|[[Cer(IV)-oxid|CeO<sub>2</sub>]] || 2600 || 1300 || <sup>112–125</sup>[[Xenon|Xe]] u. a.
|}
<small>{{FNZ|*|Zersetzung des Target-Materials bei dieser Temperatur}}</small>
</div>

Die radioaktiven Nuklide werden mit dem Protonenstrahl des PSB – mit Energien von 1,0 oder 1,4&nbsp;GeV – durch [[Kernspaltung]] beziehungsweise [[Spallation]] in einem mit dem Target-Material gefüllten Container erzeugt. Der Container ist typischerweise ein aus [[Tantal]] bestehender Zylinder mit 20&nbsp;cm Länge und 2&nbsp;cm Durchmesser, dessen [[Längsachse]] horizontal entlang der Achse des Protonenstrahls ausgerichtet ist. Die in den Container eingebrachten Materialien wie feste (in Pulver- oder Folienform) und flüssige [[Metalle]], [[Carbide]] oder [[Oxide]], werden elektrisch auf bis zu 2500&nbsp;°C erhitzt, um so ein effizientes und schnelles [[Diffusion|Diffundieren]] der erzeugten Nuklide aus dem Targetmaterial und anschließendem Austreten aus einer oben am Container angebrachten Öffnung zu gewährleisteten (in Abhängigkeit vom verwendeten Targetmaterial dauert dies circa 1 bis 30&nbsp;s<ref name="Targets">[http://isolde.web.cern.ch/targets-and-separators ''Targets and Separators.''] ISOLDE – The Radioactive Ion Beam facility, CERN Accelerating science, abgerufen am 5. Oktober 2014.</ref>).<ref name="Köster2001"/>

Die Öffnung ist durch einen Kanal ''(transfer line)'' mit der sogenannten [[Ionenquelle]] ''(ion source)'' verbunden. Der ebenfalls erhitzte Kanal besteht aus Materialien wie zum Beispiel Tantal, [[Kupfer]] oder [[Quarzglas]], mit denen die erzeugten Nuklide nicht reagieren oder an ihnen haften bleiben. Nach dem Austritt werden die Nuklide in den Ionenquellen entweder durch den Kontakt mit heißen Metalloberflächen (Oberflächenionisation), durch Stoßionisation in einem [[Plasma (Physik)|Plasma]] (Plasmaionisation) oder den Beschuss mit [[Photon]]en (resonante Laser-Ionisation) ionisiert.<ref name="Köster2001"/><ref name="Targets"/>

Die Ionen werden dann mittels [[Magnet#Ablenkmagnet|Ablenkmagneten]] aufgrund ihrer unterschiedlichen Massen getrennt. Dem Grundprinzip nach entspricht das dem [[Massenspektrometrie#Arten_von_Analysatoren|Analysator eines Massenspektrometers]]. Den Experimenten können ohne Nachbeschleunigung somit vier Ionenstrahlen hoher Reinheit mit Energien von bis zu 60&nbsp;keV zur Verfügung gestellt werden (mit [[#REX- und HIE-ISOLDE|REX-ISOLDE]] Energien von größer 3&nbsp;MeV). Dabei kommen zwei Separatoren mit jeweils eigener ''Target-Zone'' zum Einsatz; der ''General Purpose Separator'' (GPS) welcher einen Ablenkmagneten besitzt und drei getrennte Ionenstrahlen liefert sowie der ''High Resolution Separator'' (HRS) mit zwei Ablenkmagneten, welcher nur einen Ionenstrahl generiert.<ref name="Köster2001"/><ref name="Targets"/> Die aus Target und Ionenquelle bestehenden Einheiten sind in einem besonders abgeschirmten und gesicherten Bereich ''(Target-Zone)'' untergebracht und werden aufgrund der erzeugten Radioaktivität durch mobile [[Industrieroboter]] gewechselt. Die benutzten Einheiten werden bis zum Abklingen der [[Strahlendosis]] auf ungefährliche Werte (circa ein Jahr) hinter Abschirmungen in den Zufahrtsgängen der Roboter zwischengelagert und während der Wartungsperioden entsorgt.<ref>A. H. Sullivan: [http://cds.cern.ch/record/253013/files/CERN-TIS-93-13-RP.pdf?version=1 ''Radiation safety at ISOLDE.''] CERN Technical Inspection and Safety Commission (TIS), 1993 (CERN/TIS/RP/93-13).</ref><ref>Joachim Vollaire: [http://www.hep.princeton.edu/mumu/target/Vollaire/vollaire_050411.pdf ''Calculations of the radiological environment for handling of ISOLDE targets.''] (PDF; 6,4&nbsp;MB) CERN's occupational Health & Safety and Environmental protection Unit (HSE), 4th High Power Targetry Workshop, Malmö, Sweden, 2.–6. Mai 2011.</ref>

=== Lasersystem RILIS ===
Das Lasersystem RILIS ({{lang|en|'''''R'''esonance '''I'''onization '''L'''aser '''I'''on '''S'''ource''}}) dient der selektiven Ionisation von chemischen Elementen. Es besteht aus jeweils drei [[Durchstimmbarkeit|durchstimmbaren]] [[Pulslaser|gepulsten]] [[Farbstofflaser]]n und [[Titan:Saphir-Laser]]n, die durch [[Nd:YAG-Laser]] gepumpt werden. Mittels [[Frequenzverdopplung|Frequenzvervielfachung]] (SHG, THG, FHG) steht ein kontinuierlicher [[Wellenlänge]]nbereich von 210&nbsp;nm bis 950&nbsp;nm zur Verfügung. Die Pulsdauern liegen im Bereich von 7–35&nbsp;ns, bei einer Frequenz von 10&nbsp;kHz, wobei eine durchschnittliche optische Leistung von einigen Watt an den Ionenquellen erreicht wird, die sowohl zum ''General Purpose Separator'' (GPS), als auch zum ''High Resolution Separator'' (HRS) geleitet werden kann.<ref>[http://rilis.web.cern.ch/lasers ''RILIS laser setup.''] RILIS at ISOLDE, CERN Accelerating science, abgerufen am 28. September 2014.</ref>

Die aus dem Transfer-Kanal austretenden Nuklide werden durch den Beschuss mit [[Photon]]en genau abgestimmter Wellenlänge in mehreren Stufen ionisiert. Dabei werden die äußeren Elektronen in angeregte [[Rydberg-Zustand|Rydbergzustände]] gehoben und schließlich entfernt. Die Verweildauer der Nuklide in der Ionenquelle liegt bei circa 100&nbsp;µs, worauf die Wiederholfrequenz der gepulsten Laser von 10&nbsp;kHz abgestimmt ist. Durch die für jedes Element charakteristischen [[Energieniveau]]s ist es möglich, nur gewünschte Elemente zu ionisieren – somit auch [[Isobar (Kernphysik)|isobare]] Nuklide gezielt zu trennen – und daraus Ionenstrahlen hoher Reinheit zu erzeugen.<ref>[http://rilis.web.cern.ch/motivation-rilis ''Motivation for RILIS.''] RILIS at ISOLDE, CERN Accelerating science, abgerufen am 28. September 2014.</ref>

=== REX- und HIE-ISOLDE ===
[[Datei:Main elements of the ISOLDE facility.png|mini|hochkant=1.5|Position der [[Strahllinie]]n und des Nachbeschleunigers REX-ISOLDE an der ISOLDE-Einrichtung des CERN]]
Der seit 2001 installierte Nachbeschleuniger REX-ISOLDE ''('''R'''adioactive Beam '''EX'''periment)'' erhöht die Energie der Ionenstrahlen von 60&nbsp;keV auf bis zu 3,1&nbsp;MeV. Die Ionen werden zuerst in einer [[Penning-Falle]] gesammelt und zu Paketen ''(bunches)'' zusammengefasst. Dann werden sie durch einen sogenannten ''charge breeder'' (dt. 'Ladungsbrüter') geleitet, in dem die einfach positiv geladenen Ionen durch Elektronenbeschuss auf ein [[Masse-zu-Ladung-Verhältnis]] von kleiner 4,5 weiter ionisiert werden. Die Ionenpakete werden dann im Hauptteil der Anlage, einem mehrstufigen normalleitenden [[Linearbeschleuniger]] ''(LINAC)'' von 11&nbsp;Meter Länge, beschleunigt. Der LINAC besteht aus einem [[Linearbeschleuniger#Hochfrequenzquadrupol-Beschleuniger|Hochfrequenzquadrupol-Resonator]], der die Ionen auf 300&nbsp;keV bringt, und mehreren nachgeschalteten Driftröhren-Kavitäten vom ''Interdigital H-type'', die eine einstellbare Endenergie zwischen 1,2 und 3,1&nbsp;MeV ermöglichen.<ref>[http://rex-isolde.web.cern.ch/ ''About.''] REX-ISOLDE, CERN Accelerating science, abgerufen am 28. September 2014.</ref>

Die Ausbaustufe HIE-ISOLDE ''('''H'''igh '''I'''ntensity and '''E'''nergy)'' ist ein [[Supraleiter|supraleitender]] LINAC, bestehend aus sechs Helium-gekühlten Modulen mit mehreren Quarter-Wave-[[Hohlraumresonator]]en, wobei auch die Driftröhren-Kavitäten von REX-ISOLDE später durch diese ersetzt werden sollen. Die ersten zwei Module wurden 2016 in Betrieb genommen und liefern Ionenstrahlen mit Energien von bis zu 5,5&nbsp;MeV. Mit der Fertigstellung von HIE-ISOLDE soll 2018{{Zukunft|2018}} dann eine Energie von über 10&nbsp;MeV zur Verfügung stehen.<ref name="update2017"/> Der gesamte LINAC-Komplex (REX- und HIE-ISOLDE) wird sich durch den Ausbau auf über 25&nbsp;Meter verlängern,<ref>D. Voulot et al.: [http://199.190.250.75/prepress/THPPP050.PDF ''HIE-ISOLDE SC linac: operational aspects and commissioning preparation.''] In: ''Proc. of the 3rd International Particle Accelerator Conference.'' New Orleans, USA, 20.–25. Mai 2012, S. 3853–3855.</ref> was auch bedingt durch die höheren Energien einen Aus- und Umbau der nachfolgenden – die Experimente versorgenden – [[Strahllinie]]n erfordert.<ref name="Borge2014">María José G. Borge: [http://www.epj-conferences.org/articles/epjconf/pdf/2014/03/epjconf_inpc2013_11005.pdf ''ISOLDE highlights and the HIE – ISOLDE project.''] In: ''EPJ Web of Conferences.'' Vol. 66, 2014, S. 11005-p.1–11005-p.8, {{DOI|10.1051/epjconf/20146611005}}.</ref>

== Experimente ==
Neben einigen dauerhaft installierten Versuchsaufbauten gibt es jährlich viele kleinere Experimente, die auf die Vielzahl der möglichen radioaktiven Strahlen der ISOLDE-Einrichtung zurückgreifen. Diese werden kurz vor der Verfügbarkeit der entsprechenden Strahlen aufgebaut und später wieder demontiert. Jährlich finden über 50 unterschiedliche Experimente statt.<ref>[http://isolde.web.cern.ch/experiments-isolde ''Experiments.''] ISOLDE – The Radioactive Ion Beam facility, CERN Accelerating science, abgerufen am 5. Oktober 2014.</ref> Die permanenten Experimente sind:<ref>[http://isolde.web.cern.ch/experimental-setups ''Experimental Setups.''] ISOLDE – The Radioactive Ion Beam facility, CERN Accelerating science, abgerufen am 5. Oktober 2014.</ref>

=== ASPIC ===
ASPIC ''('''A'''pparatus for '''S'''urface '''P'''hysics and '''I'''nterfaces at '''C'''ern)'' ist eine [[Ultrahochvakuum]]-Apparatur zur Untersuchung der elektronischen und magnetischen Eigenschaften dünner Schichten – in der Größenordnung weniger Atomlagen – mittels der von [[Hans Frauenfelder]] entwickelten Methode der [[Perturbed Angular Correlation]] (PAC) zur [[Spektroskopie]] von Gamma-Strahlern in Festkörpern (PAC-Spektroskopie).<ref>[http://isolde.web.cern.ch/experiments/aspic ''ASPIC.''] ISOLDE – The Radioactive Ion Beam facility, CERN Accelerating science, abgerufen am 3. Oktober 2014.</ref> Diese auch als ''Gestörte γγ-Winkelkorrelation'' bezeichnete Methode misst die Abstrahlcharakteristik zweier [[Korrelation|korrelierter]] Gammaquanten, die von einem auf die dünnen Schichten aufgebrachten radioaktiven Ion bei dessen Zerfall ausgesendet werden und deren Winkel zueinander von der [[Hyperfeinstruktur]] des Atomkerns abhängt. Die Hyperfeinstruktur kann von den [[Elektrodynamik|elektromagnetischen Feldern]] der zu untersuchenden Schichten beeinflusst und deren Eigenschaften durch die Bestimmung des Winkels somit untersucht werden.<ref>Yuriy Manzhur: [http://www.diss.fu-berlin.de/diss/receive/FUDISS_thesis_000000002078 ''Untersuchung magnetischer Eigenschaften von Ni-Einkristalloberflächen, Ni-Dünnschichtoberflächen und Ni/Pd-Grenzflächen mit der PAC-Methode.''] Dissertation, [[Freie Universität Berlin]] 2006, S. 21–31 (Kapitel 2: [http://www.diss.fu-berlin.de/diss/servlets/MCRFileNodeServlet/FUDISS_derivate_000000002078/03_meth.pdf?hosts= ''Meßmethode Gestörte γγ-Winkelkorrelation (Perturbed Angular Correlation)'']).</ref><ref>James Gillies: [http://cerncourier.com/cws/article/cern/27881 ''Nuclei as secret agents.''] CERN Courier, 24. September 1998, abgerufen am 3. Oktober 2014.</ref>

=== COLLAPS ===
Beim Experiment COLLAPS ''('''COL'''linear '''LA'''ser '''SP'''ectroscopy)'' werden mittels [[Kollineare Laserspektroskopie|kollinearer Laserspektroskopie]] seit Ende der 1970er-Jahre – beginnend am [[Forschungsreaktor Mainz]] 1978 und ab 1980 am jeweiligen Standort von ISOLDE – die Grundzustandseigenschaften kurzlebiger [[Nuklid]]e bestimmt, wie [[Spin]], [[Magnetisches Moment|magnetische]] und [[Elektrisches Dipolmoment|elektrische Momente]] und Ladungsradius. Der Ionenstrahl wird hierzu mit einem Laserstrahl [[Kollinearität|kollinear]] überlagert, der [[Elektronischer Übergang|elektronische Übergänge]] der radioaktiven Nuklide anregt und das beim Übergang in den Grundzustand emittierte Photon registriert. Aus den Wellenlängen der Laserphotonen und [[Fluoreszenz]]photonen lassen sich dann Aussagen über die Energieniveaus und Rückschlüsse auf die Kernstruktur treffen.<ref>[http://collaps.web.cern.ch/collaps/ ''COLlinear LAser SPectroscopy @ ISOLDE-CERN.''] Webseite von COLLAPS am CERN (siehe dort unter ''Experiments''), 2006, abgerufen am 4. Oktober 2014.</ref><ref>[[Wilfried Nörtershäuser]]: [https://espace.cern.ch/ISOLDE-SSP/HFI/HFI2010/N%C3%B6rterh%C3%A4user%20Preprint%20Hyperfine%20Interactions%20198%20%282010%29%2073-83.pdf ''Recent developments in collinear laser spectroscopy at COLLAPS/ISOLDE.''] In: ''Hyperfine Interactions.'' Vol. 198, Nr. 1–3, 2010, S. 73–83, {{DOI|10.1007/s10751-010-0230-3}}.</ref>

=== CRIS ===
Beim Experiment CRIS ''('''C'''ollinear '''R'''esonant '''I'''onization '''S'''pectroscopy)'' wird die kollineare Laserspektroskopie kombiniert mit der Resonanzionisations-Spektroskopie. Diese in den 1980er-Jahren entwickelte Methode erlaubt neben der Untersuchung der Kerngrundzustandseigenschaften kurzlebiger exotischer Nuklide auch die Erzeugung von radioaktiven Ionenstrahlen hoher [[Isomer (Kernphysik)|isomerer]] Reinheit. Die derzeitige Ultrahochvakuum-Apparatur wurde zwischen 2008 und 2011 aufgebaut und getestet, und konnte seit 2012 zu ersten umfangreichen Messungen an [[Francium]]-[[Isotop]]en eingesetzt werden.<ref>Kieran Flanagan: [http://www.nupecc.org/npn/npn232.pdf ''CRIS: A New Sensitive Device for Laser Spectroscopy of Exotic Nuclei.''] (PDF; 4,4&nbsp;MB) In: ''Nuclear Physics News.'' Vol. 23, Nr. 2, 2013, S. 24–26, {{DOI|10.1080/10619127.2013.793094}}.</ref>

=== ISOLTRAP ===
ISOLTRAP ist ein auf dem Prinzip der [[Penning-Falle]] beruhendes hochpräzises [[Ionenfallen-Massenspektrometer]]. Seit den 1980er-Jahren konnten bisher die Massen von über 400 kurzlebigen Nukliden bestimmt werden, mit einer relativen Genauigkeit von etwa 5·10<sup>−8</sup>. Durch weitere Verbesserungen konnte die Genauigkeit auf etwa 1·10<sup>−8</sup> verbessert und die Messung auf Ionen mit [[Halbwertszeit#Radioaktive Zerfälle|Halbwertszeiten]] bis hinunter zu 50&nbsp;ms erweitert werden.<ref>[http://isoltrap.web.cern.ch/isoltrap/ ''About ISOLTRAP.''] Webseite der ISOLTRAP Collaboration am CERN, 2008, abgerufen am 5. Oktober 2014.</ref><ref>[[Klaus Blaum]], Frank Herfurth, Alban Kellerbauer: [http://www.mpi-hd.mpg.de/kellerbauer/en/projects/Blaum_PhysUnsererZeit_36_%282005%29_222.pdf ''Eine Waage für exotische Kerne: Massenbestimmung von Atomkernen mit Isoltrap.''] (PDF; 688&nbsp;kB) In: ''Physik in unserer Zeit.'' Nr. 5, 36. Jahrgang, 2005, S. 222–228, {{DOI|10.1002/piuz.200501074}}.</ref>

=== LUCRECIA ===
[[Datei:Lucrecia TAS detector at ISOLDE hall at CERN.png|mini|Das Experiment LUCRECIA ''(Total-Absorption-Gammaspectrometer)'' mit geöffneter Abschirmung]]
LUCRECIA ist ein ''Total-Absorption-[[Gammaspektroskopie|(Gamma-)Spectrometer]]'' (TAS) zur Bestimmung der [[Gammastrahlung]] von Tochternukliden in [[Angeregter Zustand|angeregten Zuständen]] nach einem Beta-Zerfall. Ziel ist die genaue Bestimmung des meist in Kaskaden stattfindenden Übergangs der Tochternuklide in den [[Grundzustand]]. Hauptbestandteil des Spektrometers ist ein zylindrischer mit [[Thallium]] dotierter [[Natriumiodid]]-[[Szintillator|Szintillationskristall]] von 38&nbsp;cm Länge und 38&nbsp;cm Durchmesser. Die zu untersuchenden Nuklide werden durch eine senkrecht zur Längsachse des Zylinders angebrachten 7,5&nbsp;cm großen Öffnung geleitet und je vier großflächige [[Photomultiplier]] an den Endflächen registrieren die in Kristall entstehenden Photonen. Ein Vorteil des Aufbaus ist die Vermeidung des bei anderen Gammaspektrometern – mit [[Germanium]]-[[Einkristall]]en und hoher Energieauflösung, aber geringer Detektionseffizienz – auftretenden [[Pandemonium-Effekt]]s (Nichtregistrierung seltener hochenergetischer Gammastrahlung), der eine genaue Bestimmung der Energiezustände der Tochternuklide nicht zulässt.<ref>[http://isolde.web.cern.ch/experiments/lucrecia ''LUCRECIA.''] ISOLDE – The Radioactive Ion Beam facility, CERN Accelerating science, abgerufen am 4. Oktober 2014.</ref><ref>A. Algora et al.: [http://rmf.smf.mx/pdf/rmf-s/50/2/50_2_5.pdf ''Beta-decay studies using total absorption techniques: some recent results.''] (PDF; 975&nbsp;kB) In: ''Rev. Mex. Fis.'' 50, 2 (2004) S. 5–10.</ref>

=== MINIBALL ===
[[Datei:MINIBALL at ISOLDE.jpg|mini|Das Experiment MINIBALL ''(Gammaspektrometer aus hochreinen Germanium-Einkristallen)'']]
MINIBALL ist ein seit 2002 betriebenes hochauflösendes [[Gammaspektroskopie|Gammaspektrometer]] und besteht aus 24 hochreinen [[Germanium]]-[[Einkristall]]en, welche kugelförmig um die Kollisionszone angeordnet und zur Erhöhung der Ortsauflösung elektrisch in sechs Segmente unterteilt sind. Dabei sind jeweils drei der Kristalle in einem [[Kryostat]]en zu einem Detektor zusammengefasst. Diese können an einem speziellen Gestell in variabler Anzahl und flexibel an unterschiedlichen Position angebracht werden.<ref>Dirk Werner Weißhaar: [http://d-nb.info/967342147/34 ''MINIBALL. Ein neuartiges Gamma-Spektrometer mit ortsauflösenden Germaniumdetektoren.''] Dissertation, [[Universität zu Köln]] 2003, S. 5–22 u. 63–71.</ref> Zur Untersuchung der Eigenschaften exotischer Nuklide werden die mittels des Linearbeschleunigers [[#REX- und HIE-ISOLDE|REX-ISOLDE]] auf bis zu 3&nbsp;MeV beschleunigten Ionen (mit HIE-ISOLDE sind ab 2015 noch höhere Energien möglich) auf ein [[Target (Physik)|Target]] geschossen. Durch inelastische Stöße kommt es zu einer elektromagnetischen [[Coulomb-Anregung]] der Atomkerne und die bei der Abregung emittierte Gammastrahlung wird vom Spektrometer registriert und analysiert.<ref>T. Kroll: [http://cds.cern.ch/record/1537362/files/p395.pdf ''Spectroscopy of neutron rich nuclei at REX ISOLDE with MINIBALL.''] (PDF; 331&nbsp;kB) In: ''13th International Conference on Nuclear Reaction Mechanisms.'' Varenna, Italien, 11.–15. Juni 2012, S. 395–399.</ref>

=== NICOLE ===
Das Experiment NICOLE ''('''N'''uclear '''I'''mplantation into '''C'''old '''O'''n '''L'''ine '''E'''quipment)'' besteht aus einem großen [[3He-4He-Mischungskühlung|<sup>3</sup>He-<sup>4</sup>He]]-[[Mischungskryostat|Verdünnungskryostaten]], in dem [[Ferromagnetismus|ferromagnetische]] Folien auf bis zu 10&nbsp;[[Kelvin|Millikelvin]] abgekühlt und auf welche dann die Ionenstrahlen gelenkt werden. Dabei erfahren die implantierten radioaktiven Ionen eine [[Spinpolarisation]] mit [[Spin-Gitter-Relaxation]]szeiten zwischen Stunden und Millisekunden. Bei diesem seit 1988 laufenden Experiment wird neben Untersuchungen mittels [[Kernspinresonanzspektroskopie]] auch die Winkelverteilung der beim Zerfall emittierten Teilchen in Abhängigkeit von der induzierten Kernpolarisation bestimmt und so zum Beispiel die [[Paritätsverletzung]] beim Beta-Zerfall untersucht.<ref>[http://isolde.web.cern.ch/experiments/nicole ''NICOLE.''] ISOLDE – The Radioactive Ion Beam facility, CERN Accelerating science, abgerufen am 5. Oktober 2014.</ref><ref>K. Schlösser et al.: [http://cds.cern.ch/record/192639/files/198812055.pdf?version=1 ''Nuclear orientation at ISOLDE/CERN.''] In: ''Hyperfine Interactions.'' Vol. 43, Nr. 1–4, 1988, S. 139–149.</ref>

=== WITCH ===
WITCH ''('''W'''eak '''I'''nteraction '''T'''rap for '''CH'''arged particles)'' ist ein Experiment zur Untersuchung von Eigenschaften der [[Elektroschwache Wechselwirkung|elektroschwachen Wechselwirkung]]. Hauptanliegen ist die Bestimmung der Rückstoßenergien von Tochternukliden beim Beta-Zerfall, welche Rückschlüsse auf die ''Beta-Neutrino-Korrelation'' erlauben. Dazu werden die von ISOLDE generierten radioaktiven Ionen mittels mehrerer Penning-Fallen abgekühlt und zerfallen in der letzten Falle ''(decay trap)''. Die Verteilung der Rückstoßenergien der Tochternuklide wird dann mit einem nachgeschalteten Spektrometer ''(retardation spectrometer)'' aufgezeichnet. 2004 wurde mit dem Aufbau des Experiments begonnen und nach einigen Rückschlägen konnten ab 2009 erste Ergebnisse erzielt werden.<ref>D. Zakoucky: [http://pos.sissa.it/archive/conferences/103/025/BORMIO2010_025.pdf ''Experimental Tests of the Standard Model of Weak Interactions.''] (PDF; 219&nbsp;kB) In: ''XLVIII International Winter Meeting on Nuclear Physics.'' Bormio, Italien, 25.–29. Januar 2010, S. 1–5 (PoS(BORMIO2010)025).</ref>

== Forschungsgebiete und Ergebnisse ==
=== Erweiterung der Nuklidkarte und Atom(kern)eigenschaften ===
[[Datei:Isotopentabelle Segre.svg|miniatur|hochkant=1.5|[[Nuklidkarte]] mit Angabe der radioaktiven Zerfallsart. Farbig gezeichnete Nuklide sind instabil, schwarz gezeichnete stabil. Die diagonale Gerade zeigt die Positionen von Nukliden mit gleich vielen Protonen und Neutronen. Spontaner Zerfall sehr instabiler Kerne durch Neutronenemission an der <span style="color:#70B">''neutron drip line''</span> sind <span style="color:#70B">lila</span> und durch Protonenemission an der <span style="color:#E00">''proton drip line''</span> sind <span style="color:#E00">rot</span> dargestellt.]]
Besonders in den Anfangsjahren ab 1967 wurde mit ISOLDE die [[Nuklidkarte]] der bekannten Isotope und die Kenntnis von deren Eigenschaften und [[Zerfallsreihe]]n erheblich erweitert.<ref>[[Walter Kranzer]]: ''Isolde.'' In: ''Physikalische Blätter.'' Band 23, Nr. 8, 1967, S. 374 f. {{doi|10.1002/phbl.19670230810}} (freier Volltext)</ref> Während 1967 nur Isotope von vier Elementen systematisch erzeugt wurden, waren dies Ende der 1990er-Jahre schon Isotope von über der Hälfte der Elemente des [[Periodensystem]]s.<ref name="30years">[http://cds.cern.ch/record/1732766/files/vol38-issue2-p004-e.pdf ''Thirty years of ISOLDE.''] CERN Courier, März 1998, S. 4–7. Abgerufen am 15. Oktober 2014.</ref>

Ein weiterer Schwerpunkt war die genaue [[Kernmasse]]n<nowiki/>bestimmung mit [[#ISOLTRAP|ISOLTRAP]]. [[Heinz-Jürgen Kluge]], der am [[GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung|GSI]] in Darmstadt und bei ISOLDE forschte, erhielt hierfür 2006 den [[Lise-Meitner-Preis]]. Bei der Untersuchung der Kernradien-Systematik wurden anomal große Sprünge zwischen Isotopen gerader und ungerader Neutronenzahl ''(odd even stagggering, shape staggering)'' gefunden, zum Beispiel bei neutronenreichen [[Quecksilber]]isotopen, deren Radien bei ungerader Neutronenzahl größer sind. Sie entsprechen Änderungen der Form des Atomkerns mit und ohne starke Deformation ([[Rotationsellipsoid]]-Formen) im Grundzustand.<ref>Ernst W. Otten: ''Atomspektroskopie und Kernstruktur: Wie man Atomkerne mit Lasern ausleuchtet.'' In: ''Physikalische Blätter.'' Band 43, Nr. 8, 1987, S. 340–346. {{doi|10.1002/phbl.19870430810}} (freier Volltext)</ref><ref>Andrey Andreyev, Jürgen Kluge: [http://cerncourier.com/cws/article/cern/31189 ''Exotic lead nuclei get into shape at ISOLDE.''] CERN Courier, 19. September 2007, abgerufen am 16. Oktober 2014.</ref> Energetisch benachbarte [[Isomer (Kernphysik)|Isomere]], die sich in der Form des Kerns unterscheiden (Form-Koexistenz), wurden bei ISOLDE Anfang der 1970er-Jahre entdeckt. Weitere Untersuchungen zur Kernstruktur dienten dem Studium langlebiger angeregter Kernzustände und dem Nachweis von [[Multipol|Oktupol]]-Deformationen (in Birnen-Form) von Kernen im Grundzustand, wie zum Beispiel bei [[Radon]]-Isotopen.<ref>Hamish Johnston: [http://physicsworld.com/cws/article/news/2013/may/08/nuclear-physics-goes-pear-shaped ''Nuclear physics goes pear-shaped.''] Physics World, 8. Mai 2013, abgerufen am 16. Oktober 2014.</ref>

In der Atomphysik wurde 2013 bei ISOLDE die [[Ionisierungsenergie]] des langlebigsten [[Astat]]-Isotops <sup>210</sup>At bestimmt. Astat ist eines der seltensten chemischen Elemente und war das letzte, bei dem das Ionisierungspotential des langlebigsten Isotops noch nicht bekannt war.<ref>[http://cerncourier.com/cws/article/cern/54016 ''ISOLDE experiments: from a new magic number to the rarest element.''] CERN Courier, 19. Juli 2013, abgerufen am 15. Oktober 2014.</ref>

=== Halokerne und exotische Zerfälle ===
[[Datei:Table of nuclides with Halo nucleus.png|miniatur|hochkant=1.5|Ausschnitt aus der Nuklidkarte mit [[Halokern]]en und [[Magische Zahl (Physik)|Magischen Zahlen]] (2, 8, 20 und 28; in rot)]]
ISOLDE und ähnliche Anlagen ermöglichten es erstmals, eine Vielfalt neuer instabiler und „exotischer“ Kerne und Zerfälle zu untersuchen. Darunter fanden [[Halokern]]e – Nuklide mit einzelnen weit vom Rest des Kerns entfernten [[Nukleon]]en – besondere Aufmerksamkeit. Zum Beispiel gelang die erstmalige genaue Vermessung des 1-Neutron-Halos in <sup>11</sup>[[Beryllium|Be]].<ref>[http://www.uni-mainz.de/presse/27972.php ''Atomkern mit Heiligenschein: Wissenschaftler vermessen erstmals Ein-Neutron-Halo mit Lasern.''] Pressemitteilung der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, 16. Februar 2009, abgerufen am 15. Oktober 2014.</ref> Beim 2-Neutron-Halo von <sup>11</sup>[[Lithium|Li]], bei dem ein an sich instabiles [[Dineutron]] durch den nahen Atomkern stabilisiert wird (2-Neutron-Halokerne werden auch ''[[Borromäische Ringe|borromäische]]'' Halokerne genannt),<ref>B. Jonson, A. Richter: ''Halokerne: Professor Peter Brix zu seinem 80. Geburtstag gewidmet.'' In: ''Physikalische Blätter.'' Band 54, Nr. 12, 1998, S. 1121–1125. {{doi|10.1002/phbl.19980541212}} (freier Volltext)</ref> erfolgte 1987 eine genaue Kernradienbestimmung des Halokerns mit laserspektroskopischen Methoden durch [[Ernst-Wilhelm Otten]] und seine Kollegen.<ref>H. J. Gils, H. Rebel: ''Evidenz für einen Neutronenhalo im Kern Lithium-11.'' In: ''Physikalische Blätter.'' Band 45, Nr. 2, 1989, S. 58–59. {{doi|10.1002/phbl.19890450207}} (freier Volltext)</ref> Der Neutronenhalo des <sup>11</sup>Li war zwei Jahre zuvor am [[Lawrence Berkeley National Laboratory|LBNL]] entdeckt worden. Das Studium von <sup>11</sup>Li lieferte auch Informationen über die [[starke Wechselwirkung]] zwischen zwei Neutronen und das quantenmechanische [[Dreikörperproblem]]. Auch die Struktur weiterer Halokerne wurde an ISOLDE untersucht.<ref name="Nilsson">Thomas Nilsson: [http://cerncourier.com/cws/article/cern/28139 ''Radioactive beams drive physics forward.''] CERN Courier, 29. November 1999, abgerufen am 15. Oktober 2015.</ref>

Zu den bei ISOLDE untersuchten exotischen Zerfällen gehört die ''beta-delayed multi-particle emission'' (ein [[Betazerfall]] gefolgt von der Emission von zwei oder drei Neutronen, [[Deuterium]] oder [[Tritium]]), die gut bei <sup>11</sup>Li untersucht werden konnte, und der [[Clusterzerfall]].

=== Nukleare Astrophysik ===
Halokerne sind ein Beispiel für sehr instabile Kerne nahe oder jenseits der ''drip line'' (dt. in etwa ‘Abtropfkante’) für spontanem Zerfall durch Neutronenemission ''(neutron drip line)''. Die Untersuchung der Kerne nahe der ''drip line'' für Protonenemission ''(proton drip line)'' hat auch Bedeutung für das Verständnis der astrophysikalischen [[Nukleosynthese]] ([[P-Kerne#Schnelle_Protoneneinfänge|schneller Protoneneinfang]]). Bei ISOLDE wurden dazu zum Beispiel die relevanten Prozesse des [[Drei-Alpha-Prozess]]es und des [[r-Prozess]]es bei Massenzahlen von etwa 130 untersucht.<ref>E. Dreisigacker: ''r-Prozess auf den waiting-point gebracht: Neue Erkenntnisse zur Nukleosynthese.'' In: ''Physikalische Blätter.'' Band 42, Nr. 12, 1986, S. 412. {{doi|10.1002/phbl.19860421206}} (freier Volltext)</ref> Messungen mit ISOLDE an <sup>7</sup>[[Beryllium|Be]] sind außerdem wichtig für das Verständnis des [[Neutrinooszillation#Solares Neutrinodefizit|Solaren Neutrinoproblems]], da das Isotop bei Protoneneinfang eine Quelle solarer Neutrinos ist.

=== Schalenmodell und Magische Zahlen ===
ISOLDE und ähnliche Anlagen eröffneten eine neue Ära der Erweiterung des [[Schalenmodell (Kernphysik)|Schalenmodell]]s der Atomkerne – ursprünglich für relativ stabile Kerne entwickelt – auf sehr instabile Kerne. Hier zeigten sich neue und nicht von der Theorie vorhergesagte Phänomene, wie neue [[Magische Zahl (Physik)|Magische Zahlen]] oder „Inseln der Inversion“ ''(islands of inversion)''. Diese Regionen in der Nuklidkarte mit Abweichung der Kernniveaus von der üblichen aus dem Schalenmodell vorhergesagten Ordnung wurden zuerst 1975 entdeckt und es sind heute fünf solche Inseln bekannt, von denen bei ISOLDE besonders diejenigen bei Natrium- und Magnesium-Isotopen untersucht wurden.<ref>Thorsten Kröll, Kathrin Wimmer: [http://cerncourier.com/cws/article/cern/46874 ''ISOLDE explores the Island of Inversion.''] CERN Courier, 26. August 2011, abgerufen am 15. Oktober 2014.</ref> Die neue magische Zahl 32 wurde bei ISOLDE bei der systematischen Untersuchung von Calcium-Isotopen 2013 entdeckt.<ref>F. Wienholtz et al.: ''Masses of exotic calcium isotopes pin down nuclear forces.'' In: ''Nature.'' Vol. 498, 2013, S. 346, {{doi|10.1038/nature12226}}.</ref>

=== Physik jenseits des Standardmodells ===
ISOLDE trug auch zu einer der Hauptforschungsrichtungen des CERN bei, der Suche nach der [[Standardmodell#Physik jenseits des Standardmodells|Physik jenseits des Standardmodells]] ''(beyond standard model)'', wobei an ISOLDE, komplementär zu den großen Kollaborationen in der Hochenergiephysik am CERN, der Niedrigenergiesektor untersucht wurde. Insbesondere wurden mögliche neue Beiträge einer Physik jenseits des Standardmodells bei der [[Schwache Wechselwirkung|schwachen Wechselwirkung]] untersucht, wie sie zum Beispiel aufgrund der Kopplung hypothetischer [[Leptoquark]]s und skalarer [[Boson]]en vorhergesagt wurden. Sie sollten sich beispielsweise in Elektron-[[Neutrino]]-Winkelkorrelationen im [[Betazerfall]] äußern. Da das Neutrino schwer nachzuweisen ist, zieht man Rückschlüsse aus dem Rückstoß des Atomkerns beim Betazerfall mit laserspektroskopischen Methoden, speziell bei Zerfällen, in denen der Rückstoß durch anschließende Protonenemission verstärkt wird (wie z.&nbsp;B. bei <sup>32</sup>[[Argon|Ar]]). Das lieferte Ende der 1990er-Jahre neue Schranken für mögliche Abweichungen vom Standardmodell.<ref name="Nilsson"/> Auch die Suche nach [[Paritätsverletzung]]<ref name="30years"/> und die sehr genaue Kernmassenbestimmung durch ISOLTRAP dient der Überprüfung des Standardmodells (Überprüfung der Unitarität der [[CKM-Matrix]]).<ref>[http://cerncourier.com/cws/article/cern/29212 ''High-precision masses test the Standard Model at ISOLTRAP.''] CERN Courier, 24. November 2004, abgerufen am 15. Oktober 2014.</ref>

=== Festkörperphysik und Nuklearmedizin ===
Die mit ISOLDE erzeugten radioaktive Isotope dienen auch Forschern in der [[Festkörperphysik]], da durch die gezielte Implantierung in Metallen, Legierungen, [[Halbleiter]]n oder [[Hochtemperatursupraleiter]]n deren Struktur, Störstellen oder Dotierungen sowie Oberflächeneffekte, zum Beispiel durch die Analyse der Veränderungen in der magnetischen [[Hyperfeinstruktur]] der Isotope mit [[#ASPIC|ASPIC]], untersucht werden können.<ref>H. H. Bertschat et al.: [http://ssp.web.cern.ch/ssp/Data/2002/Report/Solid_State_Physics_at_ISOLDE_January_2002_low_res.pdf ''Solid State Physics at ISOLDE.''] Solid State Physics Community at ISOLDE, CERN 2002, abgerufen am 18. Oktober 2014.</ref>

Für die [[Nuklearmedizin]] werden neue Methoden der Krebstherapie und Krebsdiagnose unter anderem in Zusammenarbeit mit dem [[Hôpitaux universitaires de Genève]] untersucht, wie Techniken und Isotope für die [[Positronen-Emissions-Tomographie]] (PET) oder die [[Einzelphotonen-Emissionscomputertomographie]] (SPECT). Ende der 1970er-Jahre erwies sich so zum Beispiel ein mit ISOLDE erzeugtes [[Thulium]]-Isotop erstmal als erfolgreich bei der Krebsbekämpfung im Maus-Experiment<ref>Gerd J. Beyer et al.: [http://cds.cern.ch/record/297279/files/B00005433.pdf ''Use of radioactive ion beams for bio-medical research.''] In: ''Proposal to the ISOLDE Committee, 2: in vivo dosimetry using positron emitting rare earth isotopes with the rotating PET scanner at the Geneva Cantonal Hospital.'' 1993, CERN-ISC-93-14; ISC-P-48.</ref> und in den 2010er-Jahren wurden zu diesem Zweck zum Beispiel [[Terbium]]-Isotope mit ISOLDE erzeugt, wobei für die Diagnose mit PET <sup>152</sup>[[Terbium|Tb]] und für SPECT <sup>155</sup>Tb untersucht wurden sowie <sup>149</sup>Tb für die Therapie mit Alphateilchen.<ref>[http://cerncourier.com/cws/article/cern/52022 ''Terbium: a new ‘Swiss army knife’ for nuclear medicine.''] CERN Courier, 28. Januar 2013, abgerufen am 15. Oktober 2014.</ref>

== Literatur ==
* Hans Geissel, Mark Huyse, Gottfried Münzenberg, Piet Van Duppen: ''Exotic Nuclear Beam Facilities.'' In: Reinhard Stock (Hrsg.): ''Encyclopedia of Nuclear Physics and its Applications.'' 2. Auflage, John Wiley & Sons, 2013, ISBN 978-3-527-64927-3, S. 159–212.
* Gregers Hansen: ''The SC: ISOLDE and Nuclear Structure.'' In: J. Krige (Hrsg.): ''History of CERN.'' Volume III. Elsevier Science B. V., Amsterdam 1996, ISBN 0-444-89655-4, S. 327–414.
* B. Jonson, A. Richter: ''More than three decades of ISOLDE physics.'' In: ''Hyperfine Interactions.'' Vol. 129, Nr. 1–4, 2000, S. 1–22, {{doi|10.1023/A:1012689128103}}.

== Weblinks ==
* [http://isolde.web.cern.ch ''ISOLDE.''] The Radioactive Ion Beam facility, CERN Accelerating science.
* Björn Jonson, Karsten Riisager: [http://www.scholarpedia.org/article/The_ISOLDE_facility ''The ISOLDE facility.''] Scholarpedia, 2010, {{doi|10.4249/scholarpedia.9742}}.
* [http://cds.cern.ch/search?ln=de&p=ISOLDE&action_search=Suchen&op1=a&m1=a&p1=&f1=&c=CERN+PhotoLab&c=&sf=&so=d&rm=&rg=25&sc=1&of=hb ''Photos von ISOLDE.''] Auf dem CERN Document Server (CERN Photo Lab).

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Lesenswert|22. Oktober 2014|135101306}}

[[Kategorie:Teilchenphysik]]
[[Kategorie:CERN]]
[[Kategorie:Abkürzung]]