Bachelorarbeiten

Mögliche Themen für Bachelorarbeiten (Stand Januar 2023):

• 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.