Themen Abschlussarbeiten

Themen für Studierende

Wir suchen ständig engagierte Studenten, die im Bereich der Kernstrukturphysik oder in der Beschleuniger-Physik am S-DALINAC ihre Abschlussarbeiten absolvieren möchten. Dabei arbeiten Sie innerhalb motivierter Teams, in denen reger Erfahrungsaustausch stattfindet. Hier finden Sie eine Auswahl an Themen, die zur Bearbeitung offen stehen.

Nichts für Sie dabei? Kommen Sie gerne persönlich zu uns und schildern Sie Ihre Interessen. Wir versuchen gerne mit Ihnen gemeinsam ein Thema zu finden.

Wir können nicht immer die Themen auf dieser Seite aktuell halten. Bei Interesse einer Miniforschung oder Abschlussarbeit in den Forschungsgebieten Kernstrukturphysik (z.B. Spektroskopie) oder Beschleunigerphysik in der AG Pietralla kontaktieren Sie bitte unverbindlich einen unserer Mitarbeiter. In einem Gespräch können wir unsere aktuellen Arbeiten mit Ihren Wünschen und evtl. Vorkenntnissen verknüpfen und Ihnen daraus ein passendes Angebot unterbreiten.

Sprechen Sie uns daher bitte an!


Kontakt:

Dr. Michaela Arnold
(Betriebsleiter S-DALINAC)
06151/16-21740


Dr. Volker Werner
(Leitung Spektrometrie)
06151/16-23542


Dr. Jonny Birkhan
(Leitung Strahlenschutz)
06151/16-21740


Dr. Oliver Möller
(Projektkoordinator DAGATA)
06151/16-23541

Themen für Studierende

  • 18.09.2019

    Auswertung von Photonenstreudaten an 124Sn

    Masterarbeit

    Setzt man einen Atomkern einem elektromagnetischen Feld aus, kann dieser in verschiedene Schwingungsmodi versetzt werden. Eine der bekanntesten Anregungen ist die sogenannte elektrische Dipolriesenresonanz (Giant Dipole Resonance – GDR), die den Großteil der beobachteten elektrischen Dipolstärke (E1) im Kern ausmacht. Neben der GDR wurde in zahlreichen Kernen eine zusätzliche Anhäufung von E1 Stärke im niederenergetischen Bereich der GDR beobachtet, die oft als Pygmy-Dipolresonanz (PDR) bezeichnet wird. Auch wenn diese Anregungsmode bis heute nicht vollständig verstanden ist, wird sie in einigen theoretischen Modellen als Oszillation einer Neutronenhaut gegen den restlichen Kern beschrieben. Die Neutronenhautdicke eines Atomkerns erlaubt es Parameter der sogenannten Zustandsgleichung neutronenreicher Materie einzuschränken, um damit makroskopische Objekte im Universum wie z.B. Neutronensterne besser zu beschreiben. Desweiteren befindet sich die PDR in der Nähe der Neutronenseparationsschwelle, wodurch sie einen Einfluss auf die Nukleosynthese in Supernovae oder bei der Verschmelzung von Neutronensternen hat.Die Zinn-Isotope eignen sich hervorragend, um die PDR systematisch in Abhängigkeit der Neutronenzahl zu untersuchen. Dafür wurden Photonenstreu-Experimente mit dem stabilen Isotop Sn-124 an der High Intensity Gamma-Ray Source (HIGS) an der Duke University in den USA durchgeführt. Die dort erzeugten quasi-monochromatischen und linear polarisierten Photonenstrahlen erlauben es gezielt schmale Anregungsenergiebereiche der PDR zu selektieren und separat zu untersuchen. Die Aufgabe der Studentin / des Studenten wird es sein, die vorhandenen Daten für Sn-124 zu analysieren und Drehimpuls- und Paritätsquantenzahlen von angeregten Zuständen zu bestimmen. Insbesondere sollen Gamma-Gamma-Koinzidenzdaten ausgewertet werden, um das Zerfallsverhalten einzelner Zustände zu untersuchen. Darüber hinaus sollen gemittelte Größen wie Photoabsorptionswirkungsquerschnitte bestimmt werden.Die Ergebnisse dieser Masterarbeit werden dazu beitragen, die PDR und ihr Zerfallsverhalten in Sn-124 über den Vergleich zu theoretischen Rechnungen als auch zu experimentellen Daten aus anderen Messungen besser zu verstehen. Zudem sollen die Daten auf Fachtagungen präsentiert werden und zeitnah in einer Fachzeitschrift veröffentlicht werden. Die Studentin bzw. der Student sollten Grundlagenkenntnisse aus der Vorlesung zur Kernphysik mitbringen. Erste Programmiererfahrungen in z.B. C++ sind hilfreich, aber nicht notwendig. Bei Interesse oder Fragen zum vorgestellten Projekt können Sie mir gerne eine E-Mail schicken (jisaak@ikp.tu-darmstadt.de) oder direkt im Institut für Kernphysik bei mir vorbeischauen (S214 / 119).

    Betreuer/innen: Dr. Johann Isaak, Prof. Dr. Dr. h.c. mult. Norbert Pietralla

  • 18.09.2019

    Untersuchung der Fluktuationen von gemessenen Übergangsbreiten bei Anregungsenergien unterhalb der Neutronenseparationsschwelle

    Bachelorarbeit

    Der Atomkern ist ein interessantes quantenmechanisches Vielteilchensystem. Neben der Anregungsenergien und Drehimpulsquantenzahlen von nuklearen Resonanzen eignen sich vor allem Übergangsstärken zwischen den verschiedenen Resonanzen, um mehr über die Kernstruktur und das Verhalten des Atomkerns auf ein äusseres Störfeld zu lernen. Ein solches Störfeld kann zum Beispiel durch reelle Photonen erzeugt werden, wenn diese vom Atomkern absorbiert und anschliessend emittiert werden. Hierbei spricht man von Kernresonanzfluoreszenz.Um absolute Übergangsstärken bzw. Übergangsbreiten experimentell zu bestimmen eignet sich insbesondere die Methode der relativen Selbstabsorption von reellen Photonen. In der Vergangenheit wurde diese Methode hauptsächlich in Experimenten mit Bremsstrahlung angewandt. In naher Zukunft werden wir weiterführende Experimente zu diesem Thema an der High Intensity Gamma-Ray Source (HIGS) an der Duke University in den USA durchführen. An HIGS werden quasi-monochromatische Photonenstrahlen erzeugt, die es erlauben gezielt schmale Anregungsenergiebereiche des Atomkerns separat zu untersuchen.Als Vorbereitung auf diese neuen Experimente wird es die Aufgabe der Studentin / des Studenten sein, einen Teilaspekt einer neuen Variante der relativen Selbstabsorption zu entwickeln. Es soll systematisch untersucht werden, inwiefern Fluktuationen von gemessenen Übergangsbreiten an HIGS geeignet sind, um Aussagen über

    - sogenannte Porter-Thomas Fluktuationen

    - nukleare Leveldichten

    bei Anregungsenergien unterhalb der Neutronenseparationsschwelle zu treffen. Diese beiden Arbeitspunkte sollen anhand von simulierten Spektren untersucht und Konzepte für die anstehenden Experimente getestet werden. Das Forschungsthema dieser Bachelorarbeit wird dazu beitragen, die Sensitivität der geplanten Experimente an HIGS im Voraus genauer zu untersuchen und Ideen zu entwickeln, um die experimentellen Bedingungen zu optimieren.Die Studentin bzw. der Student sollten die Einführungsvorlesung zur Kernphysik gehört haben bzw. diese Vorlesung gerade besuchen. Programmierkenntnisse in z.B. Python, C++ oder diverser Skriptsprachen sind hilfreich, aber keineswegs notwendig. Im Anschluss an diese Bachelorarbeit besteht die Möglichkeit an den geplanten Experimenten an der HIGS-Forschungsanlage in den USA teilzunehmen und die aufgenommenen Daten mit Hinblick auf Porter-Thomas Fluktuationen und der nuklearen Leveldichte als Teil einer Masterthesis zu analysieren.Bei Interesse oder Fragen zum vorgestellten Projekt können Sie mir gerne eine E-Mail schicken (jisaak@ikp.tu-darmstadt.de) oder direkt im Institut für Kernphysik bei mir vorbeischauen (S214 / 119).

    Betreuer/innen: Dr. Johann Isaak, Prof. Dr. Dr. h.c. mult. Norbert Pietralla

  • 18.09.2019

    Simulation und Optimierung des Strahlvakuumsystems

    Bachelorarbeit

    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,…).

    Betreuer/innen: Dr. Michaela Arnold, Prof. Dr. Dr. h.c. mult. Norbert Pietralla

  • 18.09.2019

    Simulation zu Justagetoleranzen von Magneten

    Bachelorarbeit

    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.

    Betreuer/innen: Dr. Michaela Arnold, Prof. Dr. Dr. h.c. mult. Norbert Pietralla

  • 18.09.2019

    Simulation zum Einsatz von Sextupolmagneten

    Bachelorarbeit

    Am S-DALINAC werden für den Strahltransport typischerweise Elemente der linearen Strahldynamik verwendet. Dies sind Dipol- und Quadrupolmagnete – die ortsabhängige Änderung des magnetischen Feldes ist bei diesen Elementen konstant oder linear. Zusätzlich sind für einen speziellen Betriebsmodus Sextupolmagnete in der Strahlführung eingebaut, hier liegt eine ortsabhängige quadratische Änderung des magnetischen Feldes vor.In dieser Bachelorarbeit soll mit Hilfe von Strahldynamiksimulationen untersucht werden, ob die aktuell eingebauten Sextupolmagnete Einstellungen des Strahls optimieren können. Die Korrektur von nicht-linearen Effekten stellt hier eine Möglichkeit dar.

    Betreuer/innen: Dr. Michaela Arnold, Prof. Dr. Dr. h.c. mult. Norbert Pietralla

  • 18.09.2019

    Gütemessung am S-DALINAC

    Bachelorarbeit

    Ein Hohlraumresonator besitzt eine 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 Abfallszeit des angeregten Felds.Im Rahmen dieser Bachelorarbeit 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.

    Betreuer/innen: Dr. Michaela Arnold, Prof. Dr. Dr. h.c. mult. Norbert Pietralla

  • 18.09.2019

    Messung der Emittanz des Elektronenstrahls

    Bachelorarbeit

    Ein Strahl, z.B. der Elektronenstrahl am S-DALINAC, kann in einem 6D Phasenraum beschrieben werden. Eine mögliche 2D Projektion dieses Phasenraums ist die Ausdehnung des Strahls in x- und y-Richtung. Dies ist eine Größe, die direkt auf einem in den Strahlengang gefahrenen Leuchtschirm gemessen werden kann. Die Emittanz kann mit Hilfe solcher Leuchtschirme und eines speziellen Verfahrens gemessen werden. Kürzlich wurde ein umfassendes System zur Emittanzmessung am S-DALINAC installiert.Im Rahmen dieser Bachelorarbeit sollen verschiedene Messungen mit dem neu installierten System durchgeführt und damit der Strahl charakterisiert werden.

    Betreuer/innen: Dr. Michaela Arnold, Prof. Dr. Dr. h.c. mult. Norbert Pietralla

  • 18.09.2019

    Charakterisierung eines Strahlverlust-Monitor-Systems

    Bachelorarbeit

    Eines der am S-DALINAC verwendeten Diagnose Werkzeuge ist ein Strahlverlust-Monitor-System. Es sind aktuell 2 verschiedene Systeme vorhanden: ein auf Pin-Dioden basierendes und ein auf Ionisationskammern basierendes System. Beide detektieren auf einer relativen Skala die Höhe der Strahlverluste und sind so ein wichtiges Werkzeug bei der Einstellung des Strahls.Im Rahmen dieser Bachelorarbeit soll das auf Ionisationskammern basierende System, das kürzlich komplett aufgebaut worden ist, mit Strahl getestet und charakterisiert werden.

    Betreuer/innen: Dr. Michaela Arnold, Prof. Dr. Dr. h.c. mult. Norbert Pietralla

  • 18.09.2019

    Auswirkung der Phasenstabilisierung des Strahls auf Energieschärfe und Stabilität am Experiment

    Bachelorarbeit

    Am S-DALINAC wurde ein System zur Stabilisierung der Strahlphase hinter dem Injektorbeschleuniger aufgebaut. Phasendrifts und –schwankungen verschlechtern die Strahlqualität, sofern sie nicht kompensiert werden.Im Rahmen dieser Bachelorarbeit soll die existierende Phasenstabilisierung für Messungen am QCLAM Spektrometer eingesetzt werden. Dabei soll die Auswirkung der aktiven Phasenstabilisierung auf die aufgenommenen Spektren (Energieschärfe, Drifts im Spektrum,…) untersucht werden.

    Betreuer/innen: Dr. Michaela Arnold, Prof. Dr. Dr. h.c. mult. Norbert Pietralla

  • 18.09.2019

    Aufbau eines Teststands für HF-Monitore und Charakterisierung eines Positionsmonitors

    Bachelorarbeit

    Ein Hochfrequenz (HF) Monitor ist ein Hohlraumresonator, der durch den durchfliegenden Elektronenstrahl angeregt wird. Am S-DALINAC geschieht dies mit der Betriebsfrequenz von 3 GHz. Diese Monitore werden als Strahldiagnose eingesetzt und erlauben Aussagen über z.B. die Position des Strahls.Im Rahmen dieser Bachelorarbeit soll ein Teststand für die Charakterisierung von HF Monitoren außerhalb des Beschleunigerbetriebs aufgebaut werden. Der Strahl wird dabei durch einen stromdurchflossenen Draht simuliert. Mit diesem Teststand soll ein Positionsmonitor charakterisiert werden.

    Betreuer/innen: Dr. Michaela Arnold, Prof. Dr. Dr. h.c. mult. Norbert Pietralla

  • 18.09.2019

    Implementierung einer Kühlwasserüberwachung an den Magnetspektrometern QCLAM/LINTOTT mit EPICS

    Miniforschung

    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

    Betreuer/innen: Dr. Jonny Birkhan, Prof. Dr. Dr. h.c. mult. Norbert Pietralla

  • 18.09.2019

    Aufbau und Charakterisierung eines NaI-Messstandes für die Freimessung von Anlagenteilen

    Miniforschung

    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

    Betreuer/innen: Dr. Jonny Birkhan, Prof. Dr. Dr. h.c. mult. Norbert Pietralla

  • 18.09.2019

    Charakterisierung von Germaniumdetektoren durch Messung und Simulation

    Miniforschung

    Bei spektroskopischen Experimenten ist eine gute Kenntnis der Eigenschaften (Effizienz, Auflösung, Totzeit, …) der verwendeten Detektoren unerlässlich. Oft wird diese sogenannte 'Detektorantwort' mithilfe von Monte-Carlo-Teilchensimulationen modelliert. Die Simulationen können wiederum in Testexperimenten validiert werden. In dieser Miniforschung sollen kürzlich reparierte High-purity Germanium – Detektoren mithilfe einer radioaktiven Quelle vermessen werden, und ihre virtuellen Nachbildungen im Simulationsframework Geant4 optimiert werden. Die Arbeit bietet Einblicke in die Phänomenologie der Wechselwirkung von Gammastrahlung mit Materie, den Aufbau von Messelektronik, die automatisierte Auswertung von Messdaten, und moderne Simulationssoftware. Der Programmierteil erfolgt C++, Vorkenntnisse in dieser Sprache sind jedoch nicht erforderlich.

    Betreuer/innen: Udo Friman-Gayer, M.Sc., Prof. Dr. Dr. h.c. mult. Norbert Pietralla

  • 29.08.2019

    Bestimmung des 2 Neutronen-Transfer Wirkungsquerschnitts

    Bachelorarbeit

    Wir haben einige Experimente mit einem 18O Strahl durchgeführt, um 2 Neutronen auf ein stabiles Target zu transferieren und dabei radioaktive neutronenreiche Isotope in angeregten Zuständen zu erzeugen. Der genaue Wirkungsquerschnitt für den 2n-Transfer ist nicht bekannt, kann aber aber mit von uns durchgeführten Experimenten für die jeweilige Reaktion bestimmt werden.

    Diese Wirkungsquerschnitte sollten mit semi-klassischen Modellen für Transferreaktionen verglichen werden.

    Voraussetzungen: keine

    Schwerpunkte/Aufwand: Datenanalyse/Interpretation

    Theorie – etwas

    Datenauswertung – viel

    Programmieren – wenig

    Betreuer/innen: Dr. Philipp John, Prof. Dr. Dr. h.c. mult. Norbert Pietralla

  • 29.08.2019

    Weiterentwicklung relative Selbstabsorption

    Bachelorarbeit

    Der Atomkern ist ein interessantes quantenmechanisches Vielteilchensystem. Neben der Anregungsenergien und Drehimpulsquantenzahlen von nuklearen Resonanzen eignen sich vor allem Übergangsstärken zwischen den verschiedenen Resonanzen, um mehr über die Kernstruktur und das Verhalten des Atomkerns auf ein äusseres Störfeld zu lernen. Ein solches Störfeld kann zum Beispiel durch reelle Photonen erzeugt werden, wenn diese vom Atomkern absorbiert und anschliessend emittiert werden. Hierbei spricht man von Kernresonanzfluoreszenz.

    Um absolute Übergangsstärken bzw. Übergangsbreiten experimentell zu bestimmen eignet sich insbesondere die Methode der relativen Selbstabsorption von reellen Photonen. In der Vergangenheit wurde diese Methode hauptsächlich in Experimenten mit Bremsstrahlung angewandt.

    In naher Zukunft werden wir weiterführende Experimente zu diesem Thema an der High Intensity Gamma-Ray Source (HIGS) an der Duke University in den USA durchführen. An HIGS werden quasi-monochromatische Photonenstrahlen erzeugt, die es erlauben gezielt schmale Anregungsenergiebereiche des Atomkerns separat zu untersuchen.

    Als Vorbereitung auf diese neuen Experimente wird es die Aufgabe der Studentin / des Studenten sein, einen Teilaspekt einer neuen Variante der relativen Selbstabsorption zu entwickeln. Es soll systematisch untersucht werden, inwiefern Fluktuationen von gemessenen Übergangsbreiten an HIGS geeignet sind, um Aussagen über

    - sogenannte Porter-Thomas Fluktuationen

    - nukleare Leveldichten

    bei Anregungsenergien unterhalb der Neutronenseparationsschwelle zu treffen. Diese beiden Arbeitspunkte sollen anhand von simulierten Spektren untersucht und Konzepte für die anstehenden Experimente getestet werden.

    Das Forschungsthema dieser Bachelorarbeit wird dazu beitragen, die Sensitivität der geplanten Experimente an HIGS im Voraus genauer zu untersuchen und Ideen zu entwickeln, um die experimentellen Bedingungen zu optimieren.

    Die Studentin bzw. der Student sollten die Einführungsvorlesung zur Kernphysik gehört haben bzw. diese Vorlesung gerade besuchen. Programmierkenntnisse in z.B. Python, C++ oder diverser Skriptsprachen sind hilfreich, aber keineswegs notwendig.

    Im Anschluss an diese Bachelorarbeit besteht die Möglichkeit an den geplanten Experimenten an der HIGS-Forschungsanlage in den USA teilzunehmen und die aufgenommenen Daten mit Hinblick auf Porter-Thomas Fluktuationen und der nuklearen Leveldichte als Teil einer Masterthesis zu analysieren.

    Bei Interesse oder Fragen zum vorgestellten Projekt können Sie mir gerne eine E-Mail schicken (jisaak@ikp.tu-darmstadt.de) oder direkt im Institut für Kernphysik bei mir vorbeischauen (S214 / 119).

    Betreuer/innen: Dr. Johann Isaak, Prof. Dr. Dr. h.c. mult. Norbert Pietralla