Masterarbeiten

 

Mögliche Themen für Masterarbeiten (Stand Juli 2021):

  • Design und Prototypstudien eines Neutronen-Spektrometers für den Einsatz im LNGS Untergrundlabor
    Bei der Suche nach sehr seltenen Prozessen wie der Suche nach dem neutrinolosen doppelten Betazerfall oder nach Dunkler Materie sind thermische und nicht-thermische Neutronen eine wesentliche Untergrundquelle. Besonders in Untergrundlaboratorien wie den Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS) in Italien ist die Vermessung des Neutronenflusses eine wichtige Voraussetzung zur Bestimmung dieses Untergrundes in den Experimenten. In dieser Masterarbeit sind Sie direkt an einem durch das BMBF geförderten Projekt zum Aufbau eines solchen Mess-Systems im LNGS beteiligt. Ziel ist der Aufbau eines mobilen Detektorsystems zur Vermessung nichtthermischer Neutronen. Ihre Aufgabe ist, zunächst mithilfe von GEANT4-Simulationen die Detektorgeometrie so zu kofigurieren, dass eine optimale Nachweiseffizienz von Neutronen bei möglichst geringem Gamma-Untergrund erzielt werden kann. In einem zweiten Schritt bauen Sie erste Prototypen des Systems auf und führen Messungen zur Bestimmung der Detektorparameter durch.
    Wir erwarten die Bereitschaft zur intensiven Auseinandersetzung mit dem Thema und Freude, sich in ein modernes, spannendes und für Sie neues Wissenschaftsfeld einzuarbeiten und auch am Aufbau eines Detektorsystems mitzuwirken. Grundkenntnisse der Kern- und Teilchenphysik sowie von Teilchendetektoren sind notwendig. Grundkenntnisse in der Programmiersprache C++ sind Voraussetzung, Grundkenntnisse in Python und ROOT sind hilfreich. Studienaufenthalte am LNGS sind je nach Fortschritt der Arbeit möglich, aber nicht erforderlich.
     
  • Konzept der Kryodestillation für das DARWIN Experiment
    Das DARWIN Experiment befindet sich in einer frühen Phase. Doch es ist bereits jetzt klar, dass bei einem Inventar von 50t Xenon und einer gewünschten Reduktion des radoninduzierten Untergrundes um einen Faktor zwei ca. 10t Xenon je Tag destilliert werden müssen. Ziel dieser Arbeit ist es, die genauen Anforderungen an die Radon- und Kryptonreinheit für das DARWIN Experiment zusammenzustellen. Basierend hierauf wird ein Konzept für eine kryogene Destillationsanlage erarbeitet. Hierbei ist es wichtig, gleichzeitig möglichst gute Trenneigenschaften bei einem hohen Durchsatz und einem möglichst geringen Inventar zu erreichen. Hierfür müssen empirische Designparameter aus Daten von Vorgängerexperimenten extrahiert werden. Am Ende soll ein konzeptionelles Design für die kryogene Destillationsanlage des DARWIN Experiments stehen, das den Zusammenhang zwischen Reduktion des Untergrundes, Xenoninventar, Durchsatz und Trennvermögen aufzeigt und damit die Entscheidungsgrundlage fürweiterführende Arbeiten bildet.
    Sie sollten Spaß am Programmieren haben, Lust darauf, unbekannte Fragestellungen aktiv (mit) zu beantworten und über grundlegende Programmierkenntnisse verfügen. Themengebiete der Arbeit umfassen Astroteilchenphysik, Thermodynamik, Kryotechnik, zielorientierte Modellierung (C++, Python) und wissenschaftliche Arbeitsweise in einem Forschungsumfeld (Schreiben von Berichten, Halten von wissenschaftlichen Vorträgen und in guter wissenschaftlicher Praxis). Vorkenntnisse in diesen Gebieten sind hilfreich, aber keine Voraussetzung.
  • Untersuchung eines Flüssig-Xenon-Vetos für das DARWIN Experiment
    Für den Erfolg des DARWIN Experiments ist die Identifikation und Unterdrückung aller möglichen Untergrundquellen essenziell. Deshalb werden mehrere Strategien der Untergrundunterdrückung angewandt: Identifikation von Elektron- bzw. Kernrückstößen über das S1/S2-Signalverhältnis, Verwendung hochreiner Materialien in der TPC-Umgebung und aktive und passive Abschirmung des Detektors (Vetozähler, Wassertank und Untergrundlabor). Aufgrund der Konstruktion der TPC innerhalb eines doppelwandigen Kryostaten ergibt sich eine dünne Außenschicht von Xenon-Flüssigkeit („liquid Xe skin“), die als ein zusätzliches Veto-System instrumentiert werden kann.
    In dieser Arbeit untersuchen Sie in detaillierten Simulationen die Wirksamkeit eines solchen „liquid Xe skin veto“ mithilfe des Programmpakets GEANT4. Dabei implementieren Sie zunächst die komplexe Geometrie inklusive möglicher Lichtsensoren (PMTs) im äußeren Bereich des Kryostaten, modellieren Untergrundreaktionen in diesem Bereich wie auch in der TPC und bestimmen, inwieweit diese Untergrundreaktionen in den PMTs registriert und somit letztendlich unterdrückt werden können.
    Wir erwarten die Bereitschaft zur intensiven Auseinandersetzung mit dem Thema und Freude, sich in ein modernes, spannendes und für Sie neues Wissenschaftsfeld einzuarbeiten. Grundkenntnisse der Kern- und Teilchenphysik sowie von Teilchendetektoren sind notwendig. Grundkenntnisse in der Programmiersprache C++ sind Voraussetzung, Grundkenntnisse in Python und ROOT sind hilfreich.

 

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