Stellen und Abschlussarbeiten - AG Nörtershäuser

Offene Stellen

Für unsere Laserspektroskopie-Experimente an der TU Darmstadt, den Speicherringen und Fallenanlagen der GSI Darmstadt, an ISOLDE am CERN und in Argonne (USA) suchen wir jederzeit motivierte Mitarbeiter, die sich im Rahmen von Bachelor-, Master- und Doktorarbeiten an unserer Forschung beteiligen wollen. Auch Miniforschungsprojekte schlagen wir auf Nachfrage gerne vor. Eine kleine Einstimmung gibt es hier.

Die erfolgreich in unserer Arbeitsgruppe abgeschlossenen wissenschaftlichen Arbeiten finden Sie hier.
Den Vortrag aus der Attraktiven Physik im WS 17/18 finden Sie hier: pdf, 1.16 MB

Miniforschung

Auf Nachfrage versuchen wir gerne, Sie in unsere aktuelle Forschung einzubinden. Wir bieten eine Vielzahl unterschiedlicher Projekte an, die auch kurzfristig verfügbar sind.
Ansprechpartner:
Schwerpunkt Optik: Felix Sommer –
Schwerpunkt Atomphysik: Phillip Imgram –
Schwerpunkt Kernphysik: Bernhard Maaß –
sowie alle weiteren Mitglieder der Arbeitsgruppe.

Bachelorarbeiten

Analyse eines RF-Ion-guides

Projekt: KOALA

Ziel: Im Rahmen des Aufbaus einer vielseitigen Laser-Ablations Ionenquelle werden die Ionen durch Radiofrequenz-Elektroden auf der Strahlachse gehalten. Dazu existiert eine Schaltung die eine Frequenz von 5MHz und Amplituden von 30Vpp bereitstellt. Für die weitere Untersuchung der Ionenquelle soll eine neue Schaltung entwickelt werden mit der auch andere Frequenzen angelegt werden können. Anschließend kann die Schaltung an die Apparatur angeschlossen und Messungen an der Quelle durchgeführt werden.

Techniken: RF-Schaltungen, Vektor-Netzwerkanalysator, Platinendesign

Spezifikation biegsamer UV-Spiegel

Projekt: KOALA, BOR8

Ziel: In der Fluoreszenz-Detektionsregion sollen neue Spiegel eingesetzt werden, die eine hohe Reflektivität bis tief in den UV-Bereich garantieren. Um die gekrümmten Oberflächen der Region auszukleiden, sind diese auf dünnen, biegsamen Glassubstraten aufgedampft. Im Rahmen einer Bachelorarbeit soll zunächst mit verschiedenen Lasersystemen die spektrale Reflektivität der Spiegel vermessen werden. Darauf aufbauend kann ein System entwickelt werden, um diese Spiegel in der gewünschten ovalen Form zu montieren. In der (für die Zukunft geplanten) Nachweisregion werden im Vakuum hohe Temperaturgradienten (LN2) und hohe Spannungen angelegt. Die Spiegel sollen in den entwickelten Haltern testweise auch solchen Bedingungen ausgesetzt werden, um ihre Tauglichkeit zu überprüfen.

Techniken: CAD (Basics), Feinmechanik, Laser, LN2, mechanische Experimente

Ansprechpartner: Bernhard Maaß (), Tim Lellinger ()

Ionen-Strahldiagnose

Projekt: KOALA

Ziel: Aufbau eines Messgeräts zur Ionenstrahlanalyse. Um die Form eines Ionenstrahls untersuchen zu können gibt es verschiedene Methoden. Im Rahmen dieser Arbeit soll eine Apparatur gebaut werden die das Ionensignal mit einem MCP verstärkt und dann das Optische Signal auf einem Phosphorschirm mit einer Kamera auswertet.

Techniken: Vakuumtechnik, CAD, Konstruktion, Kameraansteuerung, Auswertesoftware, Ionennachweis

Simulationen zur Ionentransmission

Projekt: KOALA

Ziel: Der Ionentransport durch verschiedene Bauteile in einem Beschleuniger ist oft schwierig nachzuvollziehen, da man den Strahl nicht an beliebigen Positionen beobachten kann. Eine große Hilfe ist deshalb die Simulation des Ionenstrahls, um besser zu verstehen wie die einzelnen Bauteile und deren Justage den Strahl beeinflussen. Durch die Simulationen können Bauteile neu designed werden oder deren Justage optimiert werden. Im Rahmen der Arbeit kann ein Bauteil der Beamline vermessen werden, die Transmission durch Simulationen untersucht werden, ein neues Bauteil entworfen werden oder eine neue Justagetechnik. Anschließend können die Simulationen durch Messungen mit dem neuen Bauteil überprüft und verglichen werden.

Techniken: Vakuumtechnik, Simulation, CAD, Konstruktion

Laser-Polarisationskontrolle am CRYRING

Projekt: CRYRING (GSI)

Ziel: Am Ionenspeicherring CRYRING an der GSI befindet sich ein Experiment im Aufbau, bei dem die Polarisation eines 24Mg+-Ionenstrahls durch optisches Pumpen untersucht werden soll. Um effektive Pumpraten zu realisieren, ist die Polarisationskontrolle des Lasers von entscheidender Bedeutung. Da während einer Strahlzeit kein direkter Zugang zu dem Speicherring möglich ist, aber gegebenenfalls eine Modifikation der Laser-Polarisation nötig sein kann, soll im Rahmen einer Bachelorarbeit ein Device zur Bestimmung derselben entwickelt werden, das vom Laserlabor aus kontrolliert werden kann.

Techniken: Polarisationsanalyse, Python, Gerätekommunikation, Optische Spektroskopie

Ansprechpartner: Dr. Zoran Andelkovic (GSI, ) und Konstantin Mohr (GSI, )

Produktion von Lithium Ionen in einer Electron-Beam-Ion-Source (EBIS)

Projekte: HITRAP, SpecTrap (GSI)

Ziel: Die an der HITRAP Anlage vorhandene EBIS kann leichte bis mittelschwere Ionen mit hoher Ladung erzeugen. Dafür müssen die gewünschten Elemente gasförmig zur Ionisationskammer geleitet werden, was die Auswahl der verfügbaren Elemente einschränkt. Durch eine MIVOC Erweiterung der Quelle, die im Rahmen eine Bachelorarbeit realisiert wurde, können nun auch Feststoffe mit Dampfdruck (z.B. Metallocene) verwendet werden, was das Spektrum verfügbarer Ionen immens erweitert und neue experimentelle Perspektiven bietet. Ein interessanter Kandidat ist u.a. Li+. Dessen Produktion soll erprobt und die erzielbaren Raten bestimmt werden.

Techniken: Ionenquellen, Vakuumtechnik, Ionenoptik, Ionennachweis

Ansprechpartner: Dr. Zoran Andelkovic (GSI, )

Aufbau eines Frequenzkammes im Freistrahlbetrieb zur Vermessung von Helium-Neon-Lasern

Projekt: ALIVE

Ziel: Stabilisierte Helium-Neon-Laser werden häufig als Referenz für andere Lasersysteme verwendet. Um genaue Kalibrationen durchführen zu können, muss deren Frequenz möglichst genau bekannt sein. Um Absolutfrequenzen im optischen Bereich mit höchster Genauigkeit zu bestimmen eignen sich Frequenzkämme, für deren Entwicklung es 2005 den Nobelpreis gab. Der verfügbare Frequenzkamm, der zurzeit fasergekoppelt im Infrarotbereich betrieben wird, soll um eine Freistrahl-Variante erweitert werden, um auch die Frequenz des HeNe direkt bestimmen zu können.

Techniken: Helium-Neon-Laser, optischer Frequenzkamm, Wavemeter

Ansprechpartner: Dr. Jörg Krämer (S2|14 409, ) und Phillip Imgram (S2|14 501, )

Aufbau eines auf eine Iodzelle frequenzstabilisierten Diodenlasers

Ziel: Im Rahmen dieser Arbeit soll ein Diodenlaser aufgebaut und auf eine externe Iodzelle stabilisiert werden. Dieser kann direkt für Hochpräzisionsexperimente eingesetzt werden oder als stabile Frequenzreferenz für einen anderen Laser dienen, der mittels Beat-Offset-Lock auf diesen Diodenlaser frequenzstabilisiert wird.

Techniken: Diodenlaser, Mess- und Regelungstechnik, Frequenzstabilisierung, hochpräzise Spektroskopie

Ansprechpartner: Felix Sommer (S2|14 411, ) und Tim Ratajczyk (S2|14 411, )

Masterarbeiten

Emittanz-Messstation

Ziel: Zum Messen der Emittanz von Ionenstrahlen werden häufig zwei Methoden verwendet. Zum einen die Pfefferstreuer-Methode (Pepperpot) und zum anderen die Allison-Methode. Im Rahmen der Arbeit soll analysiert werden welche Methode zuverlässiger und flexibler verwendet werden kann. Auf der Basis dieser Analyse soll dann ein solches Gerät nach dem entsprechenden Design gefertigt werden um die Emittanz verschiedener Ionenquellen zu vermessen.

Techniken: Ionenoptik, CAD, Konstruktion, Datenanalyse, verschiedene Ionenquellen, Ionennachweis

Kollineare Laserspektroskopie von Ca an Koala mit Laser-Ablations-Ionenquelle

Projekt: KOALA

Ziel: Die Qualität der kollinearen Laserspektroskopie hängt stark von der Qualität der Ionenquelle ab. In den letzten Jahren wurde deshalb eine Laser-Ablations-Ionenquelle entwickelt, die Ionen vom größten Teil der Elemente des Periodensystems mit hoher Qualität erzeugen kann. In Rahmen der Arbeit soll diese Quelle an der KOALA Apparatur angeschlossen werden und die Strahlqualität bezüglich der kollinearen Laserspektroskopie untersucht werden. Dabei ist es wichtig sowohl den Ionenstrahl als auch die Laserspektroskopischen Daten zu analysieren. Für die Spektroskopie wird eine Titan-Saphir-Laser Frequenzverdoppelt um den Übergang im Ca mit 393 nm anzuregen.

Techniken: Ti:Sa mit Frequenzverdopplung, Frequenzkamm, Ionenquelle, Spektroskopie, Vakuumtechnik

Design und Aufbau eines Cateye-Lasers

Quelle: D. J. Thompson and R. E. Scholten, Rev. Sci. Instrum. 83, 023107 (2012)
Quelle: D. J. Thompson and R. E. Scholten, Rev. Sci. Instrum. 83, 023107 (2012)

Projekt: KOALA

Ziel: Laserdioden mit externen Resonatoren („External Cavity Diode Laser“, kurz ECDL) sind häufig vergleichsweise kompakt und kostengünstig. Allerdings benötigen Gitter-basierte ECDL eine genaue Justage und sind deshalb sehr anfällig für mechanische und akustische Störungen und Schwingungen was sich auf die Linienbreite und Frequenzstabilität solcher Laser auswirkt. Ein alternatives Design mit einem Interferenzfilter (IF) und einem sog. Cateye-Retroreflektor (L1 + OC), welches für eine parallele Rückreflektion trotz vergleichsweiser schlechter Ausrichtung sorgt, kann diese Störungen stark reduzieren und hat somit das Potential zu wesentlich höherer Stabilität. Das Ziel dieser Masterarbeit ist das Design und der Aufbau eines solchen Cateye-Lasers. Dabei soll zunächst eine Laserdiode für 785 nm und später eine für 460 nm verwendet werden. Anschließend soll mit dem Laser kollineare Laserspektroskopie an Ba+ durchgeführt werden.

Techniken: CAD, Laserdioden, Interferenzfilter, Cateye-Reflektoren, Temperaturstabilisierung

Ansprechpartner: Phillip Imgram (S2|14 501, ), Tim Ratajczyk (S2|14 411, ), Felix Sommer (S2|14 411, )

Kollineare Laserspektroskopie an Bor-Atomen durch Photodetachment von B— Anionen an KOALA

Projekt: KOALA

Ziel: Kollineare Laserspektroskopie an Atomen wird in der Regel mit Hilfe einer Ladungsaustauschzelle (LAZ) realisiert. Dabei wird der positive Ionenstrahl durch eine mit typischerweise Kalium gefüllte Kammer geleitet in welcher die Ionen durch Stöße mit dem Kalium neutralisiert werden und anschließend spektroskopiert werden können. Diese Methode hat leider auch einige Nachteile, insbesondere für hochpräzise kollineare Laserspektroskopie. Deshalb soll im Rahmen dieser Masterarbeit eine neue Methode zur hochpräzisen Spektroskopie getestet und optimiert werden. Hierbei werden negative Ionen aus einer Sputter Quelle erzeugt und kurz vor dem optischen Nachweis mit einem hochrepetitiven Pulslaser durch Photodetachment neutralisiert. Anschließend können die Atome mit einem zweiten Spektroskopielaser untersucht werden.

Techniken: kollineare- und antikollineare Laserspektroskopie mit Fluoreszenznachweis, Photoneutralisierung, Ti:Sa Laser mit Frequenzvervierfachung, Frequenzkamm, Sputter-Ionenquelle

Ansprechpartner: Dr. Jörg Krämer (S2|14 409, ), Phillip Imgram (S2|14 501, )

Aufbau und Test eines linsenbasierten optischen Nachweises zur kollinearen Laserspektroskopie im UV-Regime zur Untersuchung der Quanteninterferenz in 43Ca+

Projekt: KOALA

Ziel: Der optische Nachweis ist das Herzstück der fluoreszenzbasierten kollinearen Laserspektroskopie. In diesem werden die von den Ionen oder Atomen emittierten Photonen gesammelt und möglichst effizient auf einen Detektor wie z. B. einen PMT abgebildet. Spiegelbasierte Systeme bieten dabei den Vorteil, dass nahezu der gesamte Raumwinkel abgebildet werden kann und somit die Detektionseffizienz erhöht werden kann. Ultraviolettes Licht wird allerdings mit abnehmender Wellenlänge zunehmend schlechter reflektiert, wodurch die Detektionseffizienz bei abnehmender Wellenlänge wiederum sinkt. Deshalb soll im Rahmen dieser Masterarbeit ein linsenbasierter optischer Nachweis aufgebaut und getestet bzw. mit einem reflektierenden System verglichen werden. Anschließend soll der Nachweis genutzt werden um Quanteninterferenz in 43Ca zu untersuchen.

Techniken: Konstruktion, Simulation, Vakuumtechnik, Photonennachweis, Quanteninterferenz

Ansprechpartner: Dr. Jörg Krämer (S2|14 409, ), Phillip Imgram (S2|14 501, ), Patrick Müller (S2|14 409, )

Vorbereitung und Inbetriebnahme einer Electron-Beam-Ion-Source (EBIS) an der KOALA Beamline und kollineare Laserspektroskopie von He-ähnlichen C4+ Ionen

Quelle: dreebit-ibt.com
Quelle: dreebit-ibt.com

Projekt: KOALA

Ziel: Die hochpräzise Vermessung von 3S13PJ Übergängen in He-ähnlichen System bietet die Möglichkeit der Bestimmung von absoluten Kernladungsradien ohne zusätzliche Messungen. Diese Messungen sollen in Zukunft mit leichten, stabilen Kernen an KOALA durchgeführt werden und ein erster Kandidat ist 12C4+. Die Produktion dieser hochgeladenen Ionen geschieht in einer Electron-Beam-Ion-Source (EBIS). Diese soll in der zweiten Jahreshälfte 2020 im Rahmen dieser Masterarbeit installiert und in Betrieb genommen werden. Anschließend sollen erste laserspektroskopische Messungen an 12C4+ durchgeführt werden.

Techniken: EBIS, Highly Charged Ions, CAD, Konstruktion, Ti:Sa mit Frequenzvervierfachung, Frequenzkamm

Ansprechpartner: Dr. Jörg Krämer (S2|14 409, ), Phillip Imgram (S2|14 501, )

Speichern und Kühlen hochgeladener Ionen in HITRAP

Projekt: HITRAP (GSI)

Ziel: HITRAP ist eine Ionenfallenanlage, gebaut zum Einfang und Kühlen hochgeladener Ionen (HCI) am GSI-Beschleunigerkomplex. An der HITRAP Anlage werden schwere, hochgeladene Ionen bei niedrigen Temperaturen verfügbar sein.
Im Rahmen einer Masterarbeit wurde eine neue Kühlfalle etabliert. Hiermit ist es gelungen, Ionen über einen Zeitraum von mehreren Sekunden zu speichern und auszustoßen. Im nächsten Schritt sollen diese Ionen durch das gleichzeitige Beladen mit Elektronen gekühlt werden und anschließend zu den Experimenten geleitet werden.

Techniken: Ionenfallen, Vakuumtechnik, Ionenoptik, Ionennachweis

Ansprechpartner: Dr. Zoran Andelkovic (GSI, ) und Bernhard Maaß (TUD, S2|14 411, )

Laserbasierte Hochspannungsmessungen an Ca+

Projekt: ALIVE

Ziel: Am ALIVE Projekt soll eine Hochspannungsmessung mittels kollinearer Laserspektroskopie auf eine Frequenzmessung zurückgeführt werden, die sich als Quantenstandard eignen würde. Genaue Hochspannungsmessungen sind für viele wissenschaftliche Anwendungen z.B. an Speicherringen, an ISOL-Anlagen und an KATRIN von großem Interesse. So wird an KATRIN die Neutrinomasse durch eine Spannungsmessung bestimmt. Da die konventionelle Messmethode auf 1ppm limitiert ist, erhofft man sich durch diese Technik eine Steigerung der Genauigkeit. Bisher konnten schon 5ppm demonstriert werden. Verbesserungen der Ionenquelle, der Laserstabilität und der Frequenzmessung wurden seither realisiert, sodass eine weitere Steigerung möglich ist.

Techniken: kollineare Laserspektroskopie mit Fluoreszenznachweis, optisches Pumpen, Ti:Sa Laser mit Frequenzverdopplung, Frequenzkamm

Ansprechpartner: Dr. Jörg Krämer (S2|14 409, )

Doktorarbeiten

Messung des Ladungsradius von Bor-8

Projekt: BOR8 (ANL, Chicago)

Ziel: Mittels Laserspektroskopie lassen sich atomare Spektren verschiedenster Elemente hochpräzise vermessen. Aus den genauen Übergangsfrequenzen verschiedener Isotope lassen sich deren Kernladungsradien bestimmen. Dies ist besonders interessant für leichte Kerne, welche unübliche Deformationen aufweisen, die sich auf den Ladungsradius auswirken.
In diesem Projekt soll Bor-8 laserspektroskopisch vermessen werden. Bor-8 ist der beste bekannte Protonen-Halo-Kandidat, also ein Kern, bei dem ein schwach gebundenes Proton den Restkern umgibt. Eine direkte Messung des Ladungsradius erlaubt tiefe Einblicke in die Natur der starken Wechselwirkung und ist ein Meilenstein für die Entwicklung von Kerntheorien leichter Systeme.
Bor-8 wird am ATLAS-Beschleuniger am Argonne National Laboratory in Chicago erzeugt. Die Produktion, Abbremsung und der Aufbruch von Molekülen muss vorgenommen werden, bevor laserspektroskopische Messungen durchgeführt werden können. Im Rahmen dieser Doktorarbeit müssen die nächsten Schritte der Inbetriebnahme der Laser-Strahllinie, der Laser und der Produktionsschnittstelle durchgeführt werden. Dies erfordert auch längere Forschungsaufenthalte am Institut in den USA.

Techniken: RFQs, Ionentransport, Laserspektroskopie, Laser, Datenaufnahme

Ansprechpartner: Bernhard Maaß (TUD, S2|14 411, ), Felix Sommer (S2|14 411, ), Prof. Dr. Wilfried Nörtershäuser (S2|14 410, )