Bachelorarbeiten

Mögliche Themen für Bachelorarbeiten (Stand Juni 2024):

• Research & Development of New Electrodes 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 ofparticle Dark Matter and studies of Neutrino physics. Development of electrodes that will lie at 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 various electrode samples in vacuum and gaseous environments we have developed bHiVE - bite-sized High Voltage setup for Electrodes. Accompanied by a high-voltage power supply and an imaging system, bHiVE allows us to study on smaller scales different potential electrode configurations and materials.
  Figures show the bHIVE setup, a view into the center with the sample holder and a view from outside with the camera calibration system (from left to right).

• Characterizing the High-voltage Performance of Electrodes with Machine Learning
  In this project you will conduct a series of tests with different small-scale electrode samples, comparing and characterizing their performance under high-voltage conditions in vacuum, air, argon and nitrogen. Additionally, You will 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 will contribute to the development of existing Python-based software for data processing and analysis, comparing your test results with computational models and theoretical predictions. Moreover, you will also take part in the realization of the bHiVE detector, participating in its operation and development.
  You should enjoy working with hardware and have basic programming skills in a languages such as Python or C++.
  Project key topics: Software and hardware development, electric fields, data analysis
  Project timeline: June 2024 onward

• Development of a Sensor & Data Acquisition System for Field Induced Emission from Electrodes
  In this project you will participate in the development of a photosensor and data acquisition system (DAQ) for the bHiVE detector. The goal of the system is to detect faint light emission produced from defects (such as spikes or features on the electrode surface) when the electrodes are operated under high voltage conditions in gaseous argon. To that end, you will construct a hardware setup for testing the performance and sensitivity of several photomultiplier tubes (PMTs) in a light-tight, gaseous argon environment. Additionally, you will develop the software for the electronics which will be used for the acquisition, readout and processing of the signals detected by PMTs. Depending on your interests and expertise, you could work on the development of the DAQ software control and triggering algorithms or/and development of the firmware for electronic modules. Using this hardware test setup and the developed readout system, you will perform multiple tests aimed at detecting faint photon emission from real electrode samples.
  You should enjoy working with software and hardware, and have basic to intermediate programming skills in languages such as Python or C++.
  Project key topics: Data acquisition, software and hardware development, photosensors, electronics, electric fields, data analysis
  Project timeline: June 2024 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.

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