Arbeitsgruppe Norbert Pietralla

Nukleare Leveldichten stellen eine zentrale Größe in der Beschreibung statistischer Prozesse im Atomkern dar und spielen u.a. bei der Modellierung der Nukleosynthese eine wichtige Rolle.

Kürzlich wurde eine neue experimentelle Messmethode entwickelt und erstmals angewandt, die es erlaubt, nukleare Leveldichten in photonuklearen Reaktionen zu bestimmen. Hierzu wurde sich die Methode der nuklearen Selbstabsorption zunutze gemacht. Das Experiment fand an der High Intensity Gamma-ray Source an der Duke University in den USA am Nuklid Sr-88 statt.

Diese Masterarbeit fokussiert sich auf die Analyse der genommenen Daten und hat zum Ziel nukleare Leveldichten von Sr-88 zu bestimmen. Im Anschluss sollen existierende phÃänomenologische Modelle und mikroskopischen Rechnungen anhand der neuen Messdaten getestet werden. Mit dieser Arbeit trägt die Studentin bzw. Student maßgeblich zum Forschungsgebiet zur Untersuchung statistischer Kernprozesse bei und liefert potentiell neue bisher nicht vorhandenen Ergebnisse.

Inklusive Elektronenstreuung ist eine bewährte Methode, um die Struktur von Atomkernen durch die Messung von elektromagnetischen Formfaktoren im Detail zu studieren. Der bestehende experimentelle Aufbau am hauseigenen Elektronen-Spektrometer wurde kürzlich durch ein Gamma-Spektrometer bestehend aus sechs LaBr-Detektoren erweitert. Hierbei werden am Atomkern gestreute Elektronen zeitgleich zu emittierten γ-Quanten – (e,e'γ) Reaktionen – gemessen und erlauben sogenannte Elektron-Gamma-Koinzidenzexperimente. Kürzlich wurden die ersten (e,e'γ) Messungen weltweit seit über 40 Jahren erfolgreich durchgeführt, um das γ-Zerfallsverhalten vom Kern Ru-96 zu untersuchen.

Um Anregungswahrscheinlichkeiten von Kernresonanzen in Ru-96 und ihr γ-Zerfallsverhalten aus den experimentellen Daten bestimmen zu können, suchen wir motivierte Studierende, die sich intensiv mit der Analyse der Daten im Rahmen von Abschlussarbeiten beschäftigen möchten. Hierzu gehört u. a. die Kalibrierung der einzelnen Detektorsysteme und die anschliessende Bestimmung von Reaktions-Wirkungsquerschnitten.

Streuexperimente sind wertvolle Instrumente zur Untersuchung einer Vielzahl von Kernstrukturphänomenen. Inelastische Protonenstreuung bei extremen Vorwärtswinkeln mit relativistischen Protonen eignen sich hervorragend zur Untersuchung der sogenannten Dipolantwort von Atomkernen. Hierbei werden Kernresonanzen durch Coulomb-Anregung und hadronische Wechselwirkungen zwischen den auftreffenden Protonen und den Kernen angeregt. Die Dipolantwort und die damit verbundene Dipolpolarisierbarkeit sind wichtige Messgrößen, um Parameter der Zustandsgleichung der Kernmaterie zu bestimmen, die unter anderem eine zentrale Rolle in der Beschreibung von Neutronensternen spielt.

Die Daten, die in dieser Masterarbeit analysiert werden, stammen aus Messungen am Research Center for Nuclear Physics in Osaka, Japan. Die inelastisch gestreuten Protonen wurden mit dem magnetischen Spektrometer Grand Raiden nachgewiesen, wodurch Anregungsspektren von ⁶⁴Ni bei verschiedenen Protonenstreuwinkeln gemessen werden konnten. Diese Masterarbeit konzentriert sich auf die Analyse der Anregungsspektren von ⁶⁴Ni. Ziel ist es, die elektrische und magnetische Stärke bei Anregungsenergien von 5 MeV bis etwa 25 MeV experimentell zu bestimmen, um systematische Untersuchungen zur Dipolpolarisierbarkeit in der Nickel-Isotopenkette zu vervollständigen.

Die Strahlführung wird an einem Beschleuniger durch die Verwendung verschiedener Strahlführungselemente / Magnete realisiert. Ein Solenoid (Linse) zeichnet sich dadurch aus, dass er den Strahl zeitgleich in beiden Ebenen fokussieren kann. Typischerweise werden Solenoide in Niederenergie-Strahlführungen eingesetzt. Dabei ist das Design des Magneten sowie dessen Ausrichtung von großer Bedeutung, da der Strahl in diesem Bereich auf Grund seines noch sehr geringen Impulses sehr empfindlich gegenüber Störungen ist. Bei der Verwendung von Spin-polarisierten Elektronen müssen weitere Randbedingungen an solch eine Linse erfüllt werden.

Im Rahmen dieser Masterarbeit soll auf Basis der am S-DALINAC vorhandenen Linsen ein optimierter Solenoid entworfen und simuliert werden. Die Strahldynamik des existierenden S DALINAC Injektors sowie die Betrachtung eines generischen, optimierten Injektors stehen ebenso im Fokus. Die entworfene Linse soll gebaut und vermessen werden sowie am S DALINAC mit Strahl in Betrieb genommen werden.

In der Extraktionsstrahlführung des S-DALINAC befindet sich das Hochenergie-Scraper-System. Dieses besitzt verschiedene Schlitzsysteme, die zur Definition der Strahlenergie bzw. zur Reduktion des Strahlhalos / Untergrunds genutzt werden können. Die Hauptschlitze – die zur Energiedefinition eingesetzt werden – besitzen eine Strommessung. Über Stromänderungen auf den beiden Backen dieses Systems kann entsprechend der dort eingestellten sehr hohen Dispersion eine Energieveränderung des Strahls sehr feinaufgelöst detektiert werden. In wie weit Energieänderungen aus der Beschleunigerhalle in die Extraktionsstrahlführung transportiert werden können, hängt von der eingestellten Strahldynamik ab.

Im Rahmen dieser Masterarbeit soll die Strommessung auf dem Energie-definierenden Scraper-System zur Stabilisierung der Strahlenergie aufgebaut und in Betrieb genommen werden. Simulationen zur Strahldynamik und Messungen sollen die Unterschiede zwischen den verschiedenen Betriebsmodi mit der jeweiligen Strahldynamik und deren Auswirkungen auf die Stabilisierung untersuchen.

Ein Energie-rückgewinnenden Beschleuniger (ERL – Energy Recovery Linac) kombiniert die Möglichkeit einer sehr hohen Strahlintensität mit der sehr guten Strahlqualität eines Linearbeschleunigers. Mögliche Anwendungen bzw. Experimente für einen ERL dürfen nur minimalen Einfluss auf den Elektronenstrahl haben, da die Elektronen nach der Interaktion weitertransportiert und gebremst werden. Ein Freie-Elektronen-Laser (free-electron laser, FEL) würde diesen Anforderungen genügen. Mit der dabei entstehenden Strahlung können entweder direkt Experimente durchgeführt werden, oder diese könnte beispielsweise mit dem Elektronenstrahl in Kollision gebracht werden. Bei der Compton Rückstreuung erfahren die Photonen dabei einen deutlichen Boost in ihrer Energie und können als sehr intensive, monochromatische Quelle für kernphysikalische Experimente eingesetzt werden.

Im Rahmen dieser Masterarbeit soll ein grundlegendes Design für einen FEL erstellt werden, der in einem ERL eingesetzt werden wird. Dabei soll auch die Strahldynamik vor und nach dem FEL mituntersucht werden sowie mögliche experimentelle Aufbauten untersucht werden.

Für die am S-DALINAC durchgeführten Experimente ist die Stabilität des Strahls von hoher Bedeutung. An den beiden Elektronenstreuspektrometern QCLAM und LINTOTT sollen die Strahlposition und die Strahlphase überwacht sowie bei Bedarf korrigiert werden. Für die Überwachung der Strahlposition wäre ein so genanntes OTR-Target direkt nach dem Streutarget einsetzbar. Die Strahlphase kann zerstörungsfrei direkt vor dem Streutarget mit Hilfe eines so genannten Hochfrequenz-Monitors überwacht werden.

Im Rahmen dieser Masterarbeit sollen die Systeme zur Überwachung der Strahlposition und -phase aufgebaut und in Betrieb genommen werden. Dabei wird unter Zuhilfenahme einer Regelung die Stabilisierung aufgebaut. Auch die Unterstützung von Methoden des maschinellen Lernens sind denkbar. Testmessungen werden einen Vergleich zwischen aktivierter und nicht-aktivierter Strahlstabilisierung ermöglichen.

In einem rezirkulierenden Beschleuniger können durch geschickte Wahl der Phase, mit der die Elektronenpakete auf die Hochfrequenzbeschleunigung treffen, sowie der entsprechend eingestellten energieabhängigen Flugzeit in der Rezirkulation (longitudinale Dispersion) die Strahlqualität, -stabilität und vor allem die Impulsunschärfe optimiert werden. Dabei werden die Bögen der drei Rezirkulationen am S-DALINAC so eingestellt, dass die gewünschten Werte der longitudinalen Dispersion erreicht werden. Die bis zu vier Strahlen im Hauptbeschleuniger werden definiert auf die Flanke des Hochfrequenzfeldes gesetzt. Bei den Simulationen sind ebenso gegebene Randbedingungen wie definierte Impulsverhältnisse zwischen den verschiedenen Bahnen zu beachten, als die Einstellmöglichkeiten durch die gegebene Strahldiagnose.

Im Rahmen dieser Masterarbeit sollen Phasenlandschaften simuliert werden, die die verschiedenen Einstellmöglichkeiten der Phasen und longitudinalen Dispersionen abbilden. Dabei werden Ergebnisse und Erfahrungen der letzten Strahleinstellungen als zusätzliche Informationen verwendet. Die Stabilität der so erhaltenen Einstellungen soll untersucht werden.

Bei der Laser Compton Rückstreuung wird ein Laserstrahl an einem Elektronenstrahl gestreut und erfährt dabei eine deutliche Erhöhung seiner Energie. Am S-DALINAC wird solch ein Experiment in der Geraden der dritten Rezirkulation aufgebaut. Dort liegen Elektronenenergien von bis zu 100 MeV vor, die mit einem Laser mit einer Photonenenergie von ca. 1 eV kollidieren. Die dabei erzeugten rückgestreuten Photonen haben dann Energien von bis zu 180 keV. Dieser Aufbau soll in dieser Form als Machbarkeitsexperiment dienen und als zusätzliche Strahldiagnose für den Elektronenstrahl eingesetzt werden.

Im Rahmen dieser Masterarbeit soll der Laserstrahltransport zwischen dem Standort des Lasers und dem Kollisionspunkt mit dem Elektronenstrahl ausgelegt und aufgebaut werden. Die dafür benötigte Lasereinkoppel-Kammer sowie Interaktionskammer mit benötigter Diagnose von Laser- und Elektronenstrahl werden ebenfalls ausgelegt.

Inklusive Elektronenstreuung ist eine bewährte Methode, um die Struktur von Atomkernen durch die Messung von elektromagnetischen Formfaktoren im Detail zu studieren. Der bestehende experimentelle Aufbau am hauseigenen Elektronen-Spektrometer wurde kürzlich durch ein Gamma-Spektrometer bestehend aus sechs LaBr-Detektoren erweitert. Hierbei werden am Atomkern gestreute Elektronen zeitgleich zu emittierten γ-Quanten – (e,e'γ) Reaktionen – gemessen und erlauben sogenannte Elektron-Gamma-Koinzidenzexperimente. Kürzlich wurden die ersten (e,e'γ) Messungen weltweit seit über 40 Jahren erfolgreich durchgeführt, um das γ-Zerfallsverhalten vom Kern Ru-96 zu untersuchen.

Um Anregungswahrscheinlichkeiten von Kernresonanzen in Ru-96 und ihr γ-Zerfallsverhalten aus den experimentellen Daten bestimmen zu können, suchen wir motivierte Studierende, die sich intensiv mit der Analyse der Daten im Rahmen von Abschlussarbeiten beschäftigen möchten. Hierzu gehört u. a. die Kalibrierung der einzelnen Detektorsysteme und die anschliessende Bestimmung von Reaktions-Wirkungsquerschnitten.

In der Methode der Kernresonanzfluoreszenz werden intensive Photonenstrahlen genutzt, um photonukleare Reaktionen zu induzieren. Aus dem anschließenden γ-Zerfall der angeregten Zustände lassen sich Rückschlüsse auf die Eigenschaften der angeregten Zustände bzw. die Struktur des Kerns ziehen.

Kürzlich wurde ein Experiment an der High Intensity γ-ray Source (HIγS) an der renommierten Duke University in den USA erfolgreich durchgeführt, in dem das Anregungs- und Zerfallsverhalten von Mo-96 untersucht werden soll. Der Fokus des Experiments lag dabei auf der Niederenergieflanke der Dipol-Riesenresonanz, in der die bislang kaum verstandene Pygmy-Dipolresonanz vermutet wird. In dem Experiment ist es gelungen, eine Reihe von zuvor unbekannten Kernzuständen anzuregen und den anschließenden Zerfall zu beobachten.

Für diese Bachelorarbeit sollen die einzelnen Zustände identifiziert sowie deren Verteilung in Abhängigkeit von der Anregungsenergie untersucht werden. Des Weiteren soll der Photoabsorptionsprozess nachvollzogen werden.

In nuklearen Photonenstreuexperimenten werden hochenergetische Photonenstrahlen verwendet, um Kernzustände anzuregen, deren Zerfall in Form von γ-Strahlung anschließend mit geeigneten Detektoren gemessen werden kann. Um absolute Messgrößen bestimmen zu können, ist es notwendig, die Intensität des anregenden Photonenstrahls zu kennen.

Vor kurzem wurde ein Experiment an der High Intensity γ-ray Source (HIγS) an der renommierten Duke University in den USA durchgeführt. Die Anlage erzeugt einen monoenergetischen Photonenstrahl, der genutzt wurde, um Kernzustände bei unterschiedlichen Anregungsenergien zu bevölkern. Der Photonenfluss wurde hierbei auf drei verschiedene Arten gemessen:

1) durch Compton-Streuung des Strahls an einem wohl definierten Streuzentrum, 2) durch eine Uran-238-Spaltkammer, die im Pfad des Strahls platziert wurde, und 3) mit Hilfe eines Plastikszintillators, der ebenfalls im Strahl platziert wurde. Alle drei Messaufbauten bzw. Methoden liefern Informationen zur Intensität des Photonenstrahls.

In dieser Bachelorarbeit sollen die Daten der drei Aufbauten ausgewertet und qualitativ als auch quantitativ verglichen werden, um den Verlauf des Photonenflusses für die einzelnen Messreihen zu bestimmen. Die Resultate dieser Arbeit werden somit die Bestimmung von absoluten Reaktionswirkungsquerschnitten ermöglichen.

Lanthanbromid (LaBr) Szintillationsdetektoren eignen sich mit einer hohen Detektionseffizienz und einer kurzen Signalabklingzeit ideal zur Messung von γ-Spektren in kernphysikalischen Experimenten, wie beispielsweise in Kernresonanzfluoreszenz-Experimenten.

Um auf die Energie von γ-Quanten aus der Pulshöhe eines LaBr-Detektorsignals schließen zu können, muss dessen Energiekalibrierung präzise bestimmt werden. Diese ist mitunter nicht konstant, sondern hängt unter anderem von den Zählraten des Detektors ab, d.h. von der Anzahl der Ereignisse, die der Detektor innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne verarbeiten muss; üblicherweise 10^5 Ereignisse pro Sekunde.

Für ein kürzlich an der High Intensity γ-ray Source (HIγS) an der renommierten Duke University in den USA durchgeführtes Experiment ist eine genaue Energiekalibrierung der verwendeten LaBr-Detektoren jedoch von zentraler Bedeutung bei der Analyse der gemessenen Daten. Als Teil des Experiments wurden mehrere Messreihen mit dem Kern C-12 zur Bestimmung der Ratenabhängigkeit der Energiekalibrierung der LaBr-Detektoren durchgeführt. Im Rahmen dieser Bachelorarbeit sollen die C-12 Daten ausgewertet werden, um die beobachtete Ratenabhängigkeit qualitativ und quantitativ zu bestimmen. Die Ergebnisse dieser Arbeit sind essentiell für die genaue Auswertung der aufgenommenen experimentellen Daten.

Photonukleare Reaktionen spielen bei der Untersuchung der Struktur von Atomkernen eine zentrale Rolle. Hierzu beschießt man eine Probe mit einem intensiven und hochenergetischen Photonenstrahl und untersucht die dabei induzierten Kernreaktionen.

Kürzlich wurden Experimente an den Kernen Sm-154 und Ce-140 an der High Intensity γ-ray Source (HIγS) an der renommierten Duke University in den USA erfolgreich durchgeführt. Ziel ist es, die Zerfallseigenschaften der sogenannten Dipol-Riesenresonanz erstmals mit Hilfe von photonuklearen Reaktionen genauer zu untersuchen.

In dieser Bachelorarbeit sollen die aufgenommenen γ-Spektren auf diskrete Übergänge bei niedrigen γ-Energien hin ausgewertet werden. Die Ergebnisse dieser Arbeit werden dazu beitragen, unser Verständnis des Anregungs- und Zerfallsverhalten der Dipol-Riesenresonanz zu erweitern.

Streuexperimente sind wertvolle Instrumente zur Untersuchung einer Vielzahl von Kernstrukturphänomenen. Inelastische Protonenstreuung bei extremen Vorwärtswinkeln mit relativistischen Protonen eignen sich hervorragend zur Untersuchung der Dipolantwort von Atomkernen. Hierbei werden Kernresonanzen durch Coulomb-Anregung und hadronische Wechselwirkungen zwischen den auftreffenden Protonen und den Kernen angeregt. Damit ist es unter anderem möglich, die Feinstruktur der Dipolantwort zu vermessen und diese in ihre elektrischen und magnetischen Anteile zu zerlegen.

Die Daten, die in dieser Bachelorarbeit analysiert werden, stammen aus Messungen am Research Center for Nuclear Physics in Osaka, Japan. Die inelastisch gestreuten Protonen wurden mit dem Magnetspektrometer Grand Raiden detektiert, wodurch Anregungsspektren von ⁶⁴Ni bei verschiedenen Protonenstreuwinkeln gemessen werden konnten. Diese Bachelorarbeit konzentriert sich auf die Analyse der Anregungsspektren. Ziel ist es, die Anregungsenergie der einzelnen Kernresonanzen von ⁶⁴Ni zu bestimmen. Die Ergebnisse werden mit Daten aus Photonenstreu-Experimenten verglichen, um eine Trennung zwischen magnetischen und elektrischen Anregungen zu ermöglichen.

Für den Transport von Teilchen in einer Strahlführung muss diese evakuiert sein. Dies wird durch verschiedene Pumpen sichergestellt, so dass im Falle des S-DALINAC Druckbereiche von 10^-6 mbar bis hin zu 10^-9 mbar oder noch besser in der Strahlführung herrschen. Im Bereich der supraleitenden Kavitäten stellt der Druck und die Sauberkeit (z.B. Flussrichtung von Partikeln) ein sehr wichtiges Kriterium dar.

Im Rahmen dieser Bachelorarbeit soll ein Modell des kompletten Vakuumsystems am S-DALINAC erstellt werden. Mit diesem Modell soll der aktuelle Zustand simuliert und weiter optimiert werden (Anzahl, Art und Positionierung von Pumpen, verwendete Strahlrohrquerschnitte,…).

Jeder Magnet in der Strahlführung besitzt eine aus der Simulation kommende, definierte Position. In der Realität ist diese Positionierung oder auch die Ausrichtung im Raum allgemein nur im Rahmen gewisser Toleranzen möglich. Auch die magnetischen Felder in den Magneten unterliegen gewissen Toleranzen.

Im Rahmen dieser Bachelorarbeit soll mit Hilfe von Simulationen eine genaue Untersuchung der Toleranzen der Strahlführungselemente vorgenommen werden. Auf Basis dieser Simulationen soll untersucht werden, wie stark sich welche Änderung eines Strahlführungselements auf den Strahl auswirkt. Die hierbei erhaltenen Ergebnisse werden einen wertvollen Beitrag bei der Einstellung des Strahls am S-DALINAC liefern.

Ein Elektronenpaket wird durch einen 6-dimensionalen Phasenraum beschrieben. Die beiden Komponenten in longitudinaler Richtung (in Flugrichtung) beschreiben dabei die Länge und Impulsunschärfe des Elektronenpakets. Kurz nach der Erzeugung des Elektronenstrahls in der thermionischen Quelle des S-DALINAC besteht in einer vertikalen Diagnosestrahlführung die Möglichkeit, die Länge der Elektronenpakete mit 250 keV kinetischer Energie zu vermessen. Bis zu dieser Sektion befinden sich weitere Strahlführungselemente, die auf die Elektronenpaketlänge Einfluss nehmen können.

Im Rahmen dieser Bachelorarbeit sollen systematische Untersuchungen der Abhängigkeit von verschiedenen Einstellungen der Strahlführung auf die Elektronenpaketlänge erfolgen. Die für die im supraleitenden Injektor erfolgende Beschleunigung optimalen Einstellungen sollen dabei verifiziert werden.

Die Strahlführung eines Beschleunigers lässt sich in verschiedene Abschnitte wie Bögen, Geraden, etc. unterteilen. Je nach den Anforderungen an die Eigenschaften des Strahls stehen dabei verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung. So können beispielsweise besonders kurze Elektronenpakete erzeugt werden oder die Energieabhängigkeit der Strahlposition kann auf gezielte Werte eingestellt werden.

Im Rahmen dieser Bachelorarbeit sollen verschiedene Aufbauten von Bögen strahldynamisch untersucht und verglichen werden. Dabei liegt der Fokus auf dem Einsatz in einem so genannten Energie-rückgewinnenden Beschleuniger (ERL – Energy Recovery Linac).

Die Methode der Kernresonanzfluoreszenz eignet sich hervorragend zur Untersuchung von Quantenzuständen in Atomkernen. Hierzu regt man diese Quantenzustände – auch Kernresonanzen genannt – durch die Absorption von reellen Photonen an. Im Anschluss daran wird der γ-Zerfall der angeregten Zustände mit Hilfe von γ-Detektoren (vor allem mit hochreinen Germaniumdetektoren) beobachtet.

Ein kürzlich durchgeführtes Experiment an der High Intensity γ-ray Source (HIγS) an der renommierten Duke University in den USA dient zur Untersuchung von magnetischen und elektrischen Kernanregungen im Isotop Mo-96.

Das Ziel dieser Miniforschung ist die erstmalige Bestimmung von Resonanzenergien und Paritätsquantenzahlen einzelner Kernresonanzen in Mo-96, um magnetische und elektrische Beiträge modellunabhängig zu trennen.

Photonukleare Reaktionen spielen eine wichtige Rolle in der Untersuchung der Struktur von Atomkernen. Als eine der führenden Arbeitsgruppen in diesem Forschungsfeld untersuchen wir systematisch die Wahrscheinlichkeit zur Absorption von Photonen durch Atomkerne. Hierzu werden reelle Photonenstrahlen verwendet, um sogenannte Photoabsorptions-Wirkungsquerschnitte zu bestimmen.

In dieser Miniforschung sollen Daten aus Experimenten an der High Intensity γ-ray Source (HIγS) der renommierten Duke University in den USA ausgewertet werden. Ziel ist es, kontinuierliche Photoabsorptions-Wirkungsquerschnitte als Funktion der Anregungsenergie vom Kern Te-128 zu bestimmen.

Die Methode der γ-Spektroskopie, also die Untersuchung der von einem Atomkern in unterschiedlichsten Reaktionen emittierten γ-Strahlung, gestattet weitreichende Einblicke in die Struktur von Atomkernen. Für solche Untersuchungen muss unter anderem die sogenannte Detektionseffizienz der entsprechenden γ-Spektrometer kalibriert werden. Dazu werden üblicherweise radioaktive Präparate mit bereits genau bekanntem γ-Zerfallsverhalten und gemessener Aktivität verwendet. Eine in der γ-Spektroskopie standardmäßig verwendete radioaktive Quelle besteht aus Co-56, die über Elektroneneinfang in den Tochterkern Fe-56 zerfällt. Im Anschluss daran werden γ-Quanten unterschiedlicher Energie und Intensität emittiert, die zur Kalibrierung der γ-Spektrometer verwendet werden.

In dieser Miniforschung soll die Aktivität einer kürzlich erzeugten Co-56 Quelle relativ zu einer Co-60 Quelle mit bereits bekannter Aktivität ermittelt werden. Dazu sollen die γ-Spektren beider Quellen mit Halbleiterdetektoren aus hochreinem Germanium vermessen und anschließend analysiert werden.

Die spektrometrische Analyse von Elektronen aus Streuexperimenten, wie sie am S-DALINAC durchgeführt werden, erfordern den Betrieb von Dipolmagneten mit Strömen im Bereich von (150-300) A. Um einen ausreichenden Abtransport der dabei entstehenden Wärme zu gewährleisten, werden die Dipolmagnete mit Wasser gekühlt. Werden die Dipolmagnete nicht betrieben, muss die Kühlleistung herabgesetzt werden, damit sich kein Kondenswasser im Inneren der Netzteile bildet, das Korrosion und Kurzschlüsse verursachen würde. Zu diesem Zweck soll eine permanente Temperaturüberwachung des Kühlwassers und eine Überwachung des Schaltzustands des Netzteils implementiert werden, die dafür sorgen, dass die Kühlleistung entsprechend dem Schaltzustand des Netzteiles automatisch nachgeregelt wird. Das Überwachungssystem soll mit Datenaufnahmemodulen im Industriestandard aufgebaut und in das bestehende EPICS-Kontrollsystem des Beschleunigers integriert und in Betrieb genommen werden.

Lernziele: Digitalisierung von analogen Signalen eines Temperatursensors, netzwerkbasierte Auslese eines Geräteservers, Aufsetzen eines EPICS Input-/Output-Controllers, Erstellen einer graphischen Oberfläche mit Control-System Studio

Voraussetzung: Interesse am Messen, Steuern und Regeln

Der Betrieb des supraleitenden Elektronenlinearbeschleunigers S-DALINAC führt dazu, das Anlagenteile aktiviert werden und damit als radioaktive Stoffe im Sinne der Strahlenschutzverordnung behandelt werden müssen. Damit diese Anlagenteile nach dem Abklingen ihrer Aktivität wieder in den normalen Abfallwirtschaftskreislauf entlassen werden können, bedarf es der sogenannten Freigabe, deren Grundlage eine geeignete Messung (Freimessung) der Aktivität dieser Anlagenteile ist. Ziel der Miniforschung ist der Aufbau und die Inbetriebnahme eines Messplatzes, mit dessen Hilfe die Freimessungen durchgeführt werden können. Die Herausforderung besteht darin, geeignete Module für den angedachten Natrium-Jodid-Detektor zusammenzustellen, aufzubauen und in Betrieb zu nehmen. Daraufhin muss das Detektorsystem kalibriert und charakterisiert werden. Abschließend sollen erste Proben vermessen werden.

Lernziele: Digitalisierung von analogen Signalen eines Gamma-Detektors, Funktionsweise von Datenaufnahme-Modulen des NIM-Standards, Funktionsweise eines Natrium-Jodid-Detektors, Freigabeverfahren im Strahlenschutz

Voraussetzungen: Interesse an Messelektronik für kernphysikalische Messungen

Ein Hohlraumresonator besitzt eine so genannte Güte. Dies ist vereinfacht dargestellt ein Maß dafür, wie lange in diesem Hohlraumresonator nach einmaliger Anregung ein elektromagnetisches Feld schwingt. Supraleitende Hohlraumresonatoren (Kavitäten) zeichnen sich durch sehr hohe Güten aus. Eine Möglichkeit zur experimentellen Bestimmung der Güte liegt in der Messung der Abfallzeit des angeregten Felds.

Im Rahmen dieser Miniforschung sollen die Güten von Kavitäten des S-DALINAC gemessen und diskutiert werden. Die Güten der im Beschleuniger eingebauten Kavitäten werden regelmäßig gemessen, so dass Verschlechterungen im Laufe der Zeit untersucht werden können. Weitere Kavitäten können in einem vertikalen Testkryostat vermessen und charakterisiert werden.