Bachelorarbeiten

 

Mögliche Themen für Bachelorarbeiten (Stand Juni 2023):

  • Characterization of Electrode Mesh Variations for the Next Generation of Dark Matter Particle Detectors
    The DARWIN project aims to design and construct the ultimate liquid xenon-based astroparticle observatory for the direct detection of particle Dark Matter and studies of Neutrino physics.Development of electrodes that will lie in the heart of the DARWIN detector is of paramount importance. Any such electrodes must withstand very large electric fields without causing significant electron emission or breakdown. To study the performance of stainless steel mesh electrodes in vacuum and gaseous environments we are constructing bHiVE - Bite-sized High Voltage setup for Electrodes. Accompanied by a high-voltage power supply, bHiVE will allow us to study on smaller scales different potential electrode configurations and materials.
    In this project you will conduct a series of tests with different small-scale (280 mm in diameter and 200 um thick) stainless steel mesh samples, comparing and characterizing their performance under high-voltage conditions in vacuum, argon and nitrogen. You would study the effects of different coatings and the effects of defects on electrode surfaces on the generated fields. You will also develop electrode treatment techniques, as well as the procedures for performing the aforementioned tests. Subsequently, you would develop the algorithms needed for analyzing the obtained data comparing them with computational models and theoretical predictions. You will also take part in the realization of the bHiVE detector, participating in its commissioning and operation.
    You should enjoy working with hardware and have basic programming skills in a languages such as Python or C++.
    Project key topics: Hardware development, electric fields, data analysis
    Project timeline: July 2023 onward

  • Modellierung von Neutronen-Aktivierung von Xenon im Untergrundlabor LNGS
    Experimente zur Suche nach Dunkler Materie wie auch nach dem neutrinolosen doppelten Beta-Zerfall befinden sich in Untergrundlaboren, gut abgeschirmt gegen kosmische Strahlung. Aufgrund natürlicher Radioaktivität im Gestein gibt es in Untergrundlaboren allerdings einen nennenswerten Fluss an thermischen und nichtthermischen Neutronen mit kinetischen Energien bis ca. 10 MeV. Diese Neutronen können einen erheblichen Untergrund für Experimente zur Suche nach seltenen Prozessen darstellen.
    Das DARWIN Experiment ist in der Planung und soll mit 50 Tonnen Xe nach WIMP-artiger Dunkler Materie und seltenen Neutrino-Signalen suchen. Dabei muss das flüssige Xenon kontinuierlich in großen Destillationssäulen außerhalb des eigentlichen Detektors gereinigt werden. In diesen Säulen ist es dem Neutronenfluss aus dem Gestein des Untergrundlabors LNGS in Italien ausgesetzt. In dieser Arbeit simulieren Sie mithilfe des Programmpakets GEANT4 die Bildung radioaktiver Isotope, insbesondere von Xe-137 durch Neutroneneinfang. Diese Reaktion stellt für die Suche nach dem neutrinolosen doppelten Beta-Zerfall die wesentliche Untergrundquelle dar. Sie untersuchen ebenfalls, wieweit sich die Produktion von Xe-137 durch eine Wasser-Abschirmung reduzieren lässt und wie eine solche Abschirmung optimiert werden kann.
    Ein gutes Verständnis von Teilchenreaktionen in Detektoren (Vorlesungsniveau) wie auch Grundkenntnisse in der Programmiersprache C++ sind Voraussetzung, Grundkenntnisse in Python und ROOT sind hilfreich. Außerdem wird die Bereitschaft zur intensiven Auseinandersetzung mit dem Thema und eine Affinität zu Programmierung und komplexen Simulationsprogrammen erwartet.

  • Untersuchung der Spannungsfestigkeit von Elektroden für das DARWIN Experiment
    Das DARWIN Experiment ist in der Planung und soll mit 50 Tonnen Xe nach WIMP-artiger Dunkler Materie und seltenen Neutrino-Signalen suchen. Das Herzstück des DARWIN Experiments wird eine mit flüssigem Xenon gefüllte Driftkammer (time projection chamber, TPC) sein, in der sowohl Szintillationssignale wie auch Sekundärsignale der gedrifteten Elektronen ausgelesen werden. Um möglichst homogene Signaleffizienzen über die gesamte TPC (Durchmesser 2.6m, Höhe 2.6m) zu erreichen, müssen die Elektroden ein möglichst homogenes elektrisches Feld bei hoher Transparenz für die Szintillationsphotonen gewährleisten. Dies stellt extreme Anforderungen an eine technische Realisierung der Elektroden. In dieser Arbeit untersuchen Sie verschiedene Geometrien von Test-Elektroden auf ihre Spannungsfestigkeit in Luft wie auch in flüssigem Stickstoff in einem speziellen Teststand.
    Ein gutes Verständnis von Teilchenreaktionen in Detektoren (Vorlesungsniveau) wie auch Grundkenntnisse in der Programmiersprache C++ sind Voraussetzung, Grundkenntnisse in Python und ROOT sind für die Analyse der aufgenommenen Daten hilfreich. Sie sollten Freude am Experimentieren haben und auch gerne kommerzielle wie speziell entwickelte Programmpakete (COMSOL, KEMFIELD) anwenden, mit denen Feldkonfigurationen der Testmessungen berechnet werden können.

Für weitere Informationen wenden Sie sich gerne auch direkt an Prof. Dr. Kathrin Valerius oder Dr. Klaus Eitel.