Summary
In heavy-ion atomic physics, fast beams, with energies ranging from keV up to the relativistic regime, are widely used. A new generation of atomic physics experiments with fast-ion beams has become possible at heavy-ion stor age rings, machines similar to synchrotron accelerators, but mostly used for ring internal experiments at fixed, moderate ion energies. At these storage rings, a central role is played by phase-space cooling techniques, such as electron cooling and laser cooling, ensuring low divergence, low momentum spread, and a small size of the circulating beam. The possibility of ion-beam accumulation by phase-space cooling also brings a large gain in beam intensity and makes feasible new types of experiments in areas such as ion-electron and ion-laser interactions. The chapter discusses the principles of ion storage rings with emphasis on cooling techniques and on the performance of these machines in atomic physics experiments. Existing heavy-ion storage rings are presented and the typical instrumentation for some classes of atomic physics experiments at these devices is discussed.
Access this chapter
Tax calculation will be finalised at checkout
Purchases are for personal use only
Preview
Unable to display preview. Download preview PDF.
References
K. Johnsen: Nucl. Instrum. Methods. 108, 205 (1973)
S. van der Meer: Rev. Mod. Phys. 57, 689 (1985)
G. I. Budker, A. N. Skrinsky: Sov. Phys. Usp. 21, 277 (1978)
G. I. Budker, N. S. Dikansky, V. I. Kudelainen, I. N. Meshkov, V. V. Parkhomchuk, A. N. Skrinsky, B. N. Sukhina: Part. Accel. 7, 197 (1976)
M. Bell, J. Chaney, H. Herr, F. Krienen, P. MØller-Petersen: Nucl. Instrum. Methods 190, 237 (1981)
T. Ellison, W. Kells, V. Kerner, F. Mills, R. Peters, T. Rathbun, D. Young, P. Mclntyre: IEEE Trans. Nucl. Sci. 30, 2636 (1983)
S. Baird, M. Chanel, D. Möhl, G. Tranquille: Part. Accel. 26, 223 (1990)
H. O. Meyer: Annu. Rev. Nucl. Part. Sci. 47, 235 (1997)
R. E. Pollock: IEEE Trans. Nucl. Sci. 30, 2056 (1983)
E. Jaeschke, G. Bisoffi, M. Blum, A. Friedrich, C. Geyer, M. Grieser, B. Hölzer, H. W. Heyng, D. Habs, M. Jung, D. Krämer, A. Noda, W. Ott, R. E. Pollock, R. Repnow, F. Schmitt, M. Steck: Part. Accel. 32, 97 (1990)
S. Kullander, C. Ekström, A. Johansson, D. Reistad, L. Westerberg: Phys. Scr. T32, 221 (1996)
T. Tanabe, T. Watanabe: Nucl. Instrum. Methods A278, 241 (1989); A. Noda, Y. Hattori, A. Itano, M. Kanazawa, T. Katayama, M. Kodaira, M. Mutoro, S. Sasaki, N. Takahashi, M. Takanaka, T. Tanabe, N. Tokuda, M. Yoshzawa, Y. Hirao: IEEE Trans. Nucl. Sci. 32, 2684 (1985)
S. P. Møller: in Conference Record of the 1991 IEEE Particle Accelerator Conference, San Francisco, 1991, L. Lizana, J. Chew, eds. IEEE Catalog No. 91CH3030-7 (IEEE, New York, 1991), p. 1741
B. Franzke, K. Beckert, F. Bosch, H. Eickhoff, B. Franczak, A. Gruber, O. Klepper, F. Nolden, P. Raabe, H. Reich, P. Spädtke, M. Steck, J. Struckmeier: in Proceedings of the 1993 Particle Accelerator Conference, Washington DC, 1993, ed. by S. T. Corneliussen, IEEE Catalog No. 93CH3279-7 (IEEE, Piscataway, 1993), p. 1645
K. Abrahamsson, G. Andler, L. Bagge, E. Beebe, P. Carié, H. Danared, S. Egnell, K. Ehrstén, M. Engström, C. J. Herrlander, J. Hilke, J. Jeansson, A. Källberg, S. Leontein, L. Liljeby, A. Nilsson, A. Paál, K.-G. Rensfelt, U. Rosengård, A. Simonsson, A. Soltan, J. Starker, M. af Ugglas: Nucl. Instrum. Methods. B 79, 269 (1993)
R. Mayer et al.: in Proceedings of the Fourth European Particle Accelerator Conference, London, 1994, ed. by V. Suller and Ch. Petit-Jean-Genaz (World Scientific Publishers, Singapore, 1994), p. 165
H. Geissel, P. Armbruster, K. H. Behr, A. Brü, K. Burkhard, M. Chen, H. Folger, B. Franczak, H. Keller, O. Klepper, B. Langenbeck, F. Nickel, E. Pfend, M. Pfützner, R. Roeckl, K. Rykaczewski, I. Schall, D. Schardt, C. Scheiden-berger, K.-H. Schmidt, A. Schöter, T. Schwab, K. Sümmerer, M. Weber, G. Münzenberg, T. Brohm, H.-G. Clerc, M. Fauerbach, J.-J. Gaimard, A. Grewe, E. Hanelt, B. Knödler, M. Steinder, B. Vossm, J. Weckenmann, C. Ziegler, A. Magel, H. Wollnik, J. P. Dufour, Y. Fujita, D. J. Vieira, B. Sherrill: Nucl. Instrum. Methods. B 70, 286 (1992)
L. H. Andersen, T. Andersen, P. Hvelplund: Adv. At. Mol. Phys. 38 155 (1997)
S. P. Moller, Nucl. Instrum. Methods. A 394, 281 (1997)
D. Zajfman, O. Heber, L. Veijby-Christensen, I. Ben-Itzhake, M. Rappaport, R. Fishman, M. Dahan: Phys. Rev. A 55, R1577 (1997); M. Dahan, R. Fishman, O. Heber, M. Rappaport, N. Altstein, D. Zajfman, W.J. van der Zande: Rev. Sci. Instrum. 69, 76 (1998)
M. Grieser, D. Habs, R. v. Hahn, C. M. Kleffner, R. Repnow, M. Stampfer, E. Jaeschke, M. Steck: in same proceedings as Ref. [13], p. 2817
G. Kilgus, J. Berger, P. Blatt, M. Grieser, D. Habs, B. Hochadel, E. Jaeschke, D. Krämer, R. Neumann, G. Neureither, W. Ott, D. Schwalm, M. Steck, R. Stokstad, E. Szmola, A. Wolf, R. Schuch, A. Müller, M. Wagner: Phys. Rev. Lett. 64, 737 (1990)
F. Bosch: in The Physics of Electronic and Atomic Collisions, T. Andersen, B. Fastrup, F. Folkmann, H. Knudsen, N. Andersen, eds. (AIP Press, New York, 1993), p. 432
L. H. Andersen, D. Mathur, H. T. Schmidt, L. Vejby-Christensen: Phys. Rev. Lett. 74, 892 (1995)
M. Larsson, H. Danared, J. R. Mowat, P. Sigray, G. Sundström, L. Broström, A. Filewich, A. Källberg, S. Mannervik, K. G. Rensfeldt, S. Datz: Phys. Rev. Lett. 70, 430 (1993)
P. Hvelplund, in same proceedings as Ref. [23], p. 709
R. E. Pollock: Annu. Rev. Nucl. Part. Sci. 41, 357 (1991)
D. Habs, W. Baumann, J. Berger, P. Blatt, A. Faulstich, P. Krause, G. Kilgus, R. Neumann, W. Petrich, R. Stockstad, D. Schwalm, E. Szmola, K. Welti, A. Wolf, S. Zwickler, E. Jaeschke, D. Kramer, G. Bisofn, M. Blum, A. Friedrich, C. Geyer, M. Grieser, H.-W. Heyng, B. Holzer, R. Ihde, M. Jung, K. Matl, W. Ott, B. Povh, R. Repnow, M. Steck, E. Steffens, D. Dutta, T. Kühl, D. Marx, S. Schröder, M. Gerhard, R. Grieser, G. Huber, R. Klein, M. Krieg, N. Schmidt, R. Schuch, J.F. Babb, L. Spruch, W. Arnold, A. Noda: Nucl. Instrum. Methods. B 43, 390 (1989)
F. T. Cole, F. E. Mills: Annu. Rev. Nucl. Part. Sci. 31, 295 (1981)
D. Habs, R. Grimm: Annu. Rev. Nucl. Part. Sci. 45, 391 (1996)
H. Poth: Phys. Rep. 196, 135 (1990)
V. V. Parkhomchuk, A. N. Skrinsky: Rep. Prog. Phys. 54 919 (1991)
V.I. Kudelainen, V.A. Lebedev, I.N. Meshkov, V.V. Parkomchuk, B.N. Sukhina: Sov. Phys. JETP 56, 1191 (1982)
H. Danared, G. Andler, L. Bagge, C.J. Herrlander, J. Hilke, J. Jeansson, A. Källberg, A, Nilsson, A. Paál, K.-G. Rensfelt, U. Rosengârd, J. Starker, M. af Ugglas: Phys. Rev. Lett. 24, 3775 (1994)
S. Pastuszka, U. Schramm, M. Grieser, C. Broude, R. Grimm, D. Habs, J. Kenntner, H.-J. Miesner, T. Schüßler, D. Schwalm, A. Wolf: Nucl. Instrum. Methods. A369, 11 (1996)
S. Pastuszka, A. S. Terekhov, D. Kratzmann, D. Schwalm, A. Wolf: Appl. Phys. Lett. 71, 2967 (1997)
M. Steck, K. Beckert, H. Eickhoff, B. Franzke, F. Nolden, H. Reich, B. Schlitt, T. Winkler: Phys. Rev. Lett. 77, 3803 (1996)
D. Mühl, G. Petrucci, L. Thorndahl, S. van der Meer: Phys. Rep. 58, 73 (1980)
F. Nolden, G. Berthes, D. Bühne, B. Franzke, A. Schwinn: in Proceedings of the European Particle Accelerator Conference, Rome 1988, S. Tazzari, ed. (World Scientific Publishers, Singapore, 1989), p. 579
S. Schröder, R. Klein, N. Boos, M. Gerhard, R. Grieser, G. Huber, A. Karafil-lidis, M. Krieg, N. Schmidt, T. Kühl, R. Neumann, V. Balykin, M. Griser, D. Habs, E. Jaeschke, D. Krämer, M. Kristensen, M. Music, W. Petrich, D. Schwalm, P. Sigray, M. Steck, B. Wanner, A. Wolf: Phys. Rev. Lett. 64, 2901 (1990)
J. S. Hangst, M. Kristensen, J. S. Nielsen, O. Poulsen, J. P. Schiffer, P. Shi: Phys. Rev. Lett. 67, 1238 (1991)
W. Petrich, M. Grieser, R. Grimm, A. Gruber, D. Habs, H.-J. Miesner, D. Schwalm, B. Wanner, H. WernØe, A. Wolf, R. Grieser, G. Huber, R. Klein, T. Kühl, R. Neumann, S. Schröder: Phys. Rev. A 48, 2127 (1993)
J. S. Hangst, J. S. Nielsen, O. Poulsen, P. Shi, J. P. Schiffer: Phys. Rev. Lett. 74, 4432 (1995)
H.-J. Miesner, M. Grieser, R. Grimm, I. Lauer, V. Luger, P. Merz, A. Peters, U. Schramm, D. Schwalm, M. Stößel: Nucl. Instrum. Methods. A383, 634 (1996)
H.-J. Miesner, R. Grimm, M. Grieser, D. Habs, D. Schwalm, B. Wanner, A. Wolf: Phys. Rev. Lett. 77, 626 (1996)
G. Kilgus, D. Habs, D. Schwalm, A. Wolf, N. R. Badnell, A. Müller: Phys. Rev. A 46, 5730 (1992)
J. Linkemann, A. Müller, J. Kenntner, D. Habs, D. Schwalm, A. Wolf, N. R. Badnell, M. S. Pindzola: Phys. Rev. Lett. 74, 4173 (1995)
G. Miersch, D. Habs, J. Kenntner, D. Schwalm, A. Wolf: Nucl. Instrum. Methods A369, 277 (1996)
O. Klepper, F. Bosch, H. W. Daues, H. Eickhoff, B. Franczak, B. Pranzke, H. Geissel, O. Gustafsson, M. Jung, W. Koenig, C. Kozhuharov, A. Magel, G. Münzenberg, H. Stelzer, J. Szerypo, M. Wagner: Nucl. Instrum. Methods. B 70, 427 (1992)
A. Lampert, A. Wolf, D. Habs, J. Kenntner, G. Kilgus, D. Schwalm, M. S. Pindzola, N. R. Badnell: Phys. Rev. A 53, 1413 (1996)
M. Bell, J. S. Bell: Part. Accel. 12, 49 (1982)
W. Zong, R. Schuch, E. Lindroth, H. Gao, D. R. DeWitt, S. Asp, H. Danared: Phys. Rev. A 56, 386 (1997)
C. Brandau, F. Bosch, G. Dunn, B. Franzke, A. Hoffknecht, C. Kozhuharov, P. H. Mokier, A. Müller, F. Nolden, S. Schippers, Z. Stachura, M. Steck, T. Stölker, T. Winkler, A. Wolf: Hyp. Int. 114, 45 (1998)
A. Müller, A. Wolf: Hyp. Int. 109, 233 (1997)
H. F. Beyer, D. Liesen, K. D. Finlayson, F. Bosch, M. Jung, O. Klepper, R. Moshammer, K. Beckert, H. Eickhoff, B. Franzke, F. Nolden, P. Spädtke, M. Steck, G. Menzel, R. D. Deslattes: Phys. Lett. A 184, 435 (1994)
R. Neumann, H. Poth, A. Winnacker, A. Wolf: Z. Phys. A 313, 253 (1983)
U. Schramm, J. Berger, M. Grieser, D. Habs, E. Jaeschke, G. Kilgus, D. Schwalm, A. Wolf, R. Neumann and R. Schuch, Phys. Rev. Lett. 67, 22 (1991)
S. Asp, R. Schuch, D. R. DeWitt, C. Biedermann, Gao Hui, W. Zong, G. Andler, E. Justiniano: Nucl. Instrum. Methods. B 117, 31 (1996)
U. Schramm, A. Wolf, T. Schüßler, D. Habs, D. Schwalm, O. Uwira, J. Linke-mann, A. Müller: Hyp. Int. 108, 273 (1997)
Dissociative Recombination: Theory, Experiment and Applications III, ed. by D. Zajfman, J. B. A. Mitchell, D. Schwalm, B. R. Rowe (World Scientific, Singapore, 1996)
M. Larsson: Annu. Rev. Phys. Chem. 48, 151 (1997)
T. Andersen: Phys. Scr. T59, 230 (1995)
H. T. Schmidt, P. Forck, M. Grieser, D. Habs, J. Kenntner, G. Miersch, R. Repnow, U. Schramm, T. Schülssler, D. Schwalm, A. Wolf: Phys. Rev. Lett. 72, 1616 (1994)
I. Klaft, S. Borneis, T. Engel, B. Fricke, R. Grieser, G. Huber, T. Kühl, D. Marx, R. Neumann, S. Schroder, P. Seelig, L. Völker: Phys. Rev. Lett. 73, 2425 (1994)
S. Mannervik, L. Broström, J. Lidberg, L.-O. Norlin, P. Royen: Phys. Rev. Lett. 76, 3675 (1996)
J. Doerfert, E. Träbert, A. Wolf, D. Schwalm, O. Uwira: Phys. Rev. Lett. 78, 4355 (1997)
A. Gruber, W. Bourgeois, B. Franzke, A. Kritzer, C. Treffert: Nucl. Instrum. Methods A282, 87 (1989)
P. H. Mokier, T. Stöhlker: Adv. At. Mol. and Opt. Phys. 37, 297 (1997)
H. T. Schmidt, H. Cederquist, R. Schuch, L. Bagge, A. Kaellberg, J. Hilke, K. G. Rensfelt, V. Mergel, M. Achler, R. Doerner, L. Spielberger, O. Jagutzki, H. Schmidt-Boecking, J. Ullrich, H. Reich, M. Unverzagt, W. Schmitt, R. Moshammer: Hyp. Int. 108, 339 (1997)
M. Jung, F. Bosch, K. Beckert, H. Eickhoff, H. Folger, B. Franzke, A. Gruber, P. Kienle, O. Klepper, W. Koenig, C. Kozhuharov, R. Mann, R. Moshammer, F. Nolden, U. Schaaf, G. Soff, P. Spädtke, M. Steck, Th. Stöhlker, K. Sümmerer: Phys. Rev. Lett. 69, 2164 (1992)
U. Schuenemann, I. Manek, R. Grimm, D. Habs, D. Schwalm: Hyp. Int. 99, 127 (1996)
V. Luger, R. Grimm, priv. commun.
R. Grieser, R. Klein, G. Huber, S. Dickopf, I. Klaft, P. Knobloch, P. Merz, F. Albrecht, M. Grieser, D. Habs, D. Schwalm, T. Kühl: Appl. Phys. B 59, 127 (1994); R. Grieser, P. Merz, G.Huber, V. Sebastian, P. Seelig, M. Grieser, R. Grimm, I. Lauer, V. Luger, H. J. Miesner, D. Schwalm, A. Dax, T. Engel, M. Gerlach, T. Kühl, H. Winter: Hyp. Int. 108, 241 (1997)
T. Schüßler, U. Schramm, T. Rüter, C. Broude, M. Grieser, D. Habs, D. Schwalm, A. Wolf: Phys. Rev. Lett. 75, 802 (1995)
S. Borneis, F. Bosch, T. Engel, M. Jung, I. Klaft, T. Kühl, D. Marx R. Mosham-mer, R. Neumann, S. Schröpder, P. Seelig, L. Völker: Phys. Rev. Lett. 72, 207 (1994)
Editor information
Editors and Affiliations
Rights and permissions
Copyright information
© 1999 Springer-Verlag Berlin Heidelberg
About this chapter
Cite this chapter
Wolf, A. (1999). Heavy-Ion Storage Rings. In: Beyer, H.F., Shevelko, V.P. (eds) Atomic Physics with Heavy Ions. Springer Series on Atoms+Plasmas, vol 26. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-58580-7_1
Download citation
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-58580-7_1
Publisher Name: Springer, Berlin, Heidelberg
Print ISBN: 978-3-642-63656-1
Online ISBN: 978-3-642-58580-7
eBook Packages: Springer Book Archive