Masters Projekte

Turbulenz spielt in der Astrophysik in vielen Feldern eine wichtige Rolle, z.B. bei der Sternentstehung oder beim Transport Kosmischer Strahlung. Die numerische Simulation von Turbulenz ist sehr aufwändig, daher stellt sich die Frage, ob man die numerische Simulation vermeiden kann. "Perlin Noise" eine Methode aus der Computergrafik bietet die Möglichkeit synthetische Turbulenz zu erzeugen. Im Rahmen dieser Masterarbeit soll untersucht werden, welche Transporteigenschaften kosmischer Strahlung mit dieser synthetischen Turbulenz reproduziert werden können. Gute Voraussetzungen für diese Masterarbeit sind Kenntnisse in Mechanik, Elektrodynamik und Programmierkenntnissee in C++/Python.

Die Zielsetzung des internationalen Karlsruhe Tritium Neutrino (KATRIN) Experiments besteht in der modellunabhängigen Messung der fundamentalen Massenskala von Neutrinos mit einer Sensitivität von 200 meV. Beim KATRIN Experiment dient ein 10 Meter langes Strahlrohr als fensterlose Quelle von hochenergetischen β-Elektronen. Hierzu wird in der Mitte des Rohrs neutrales Tritium eingelassen und an den Enden abgepumpt. Innerhalb der Quelle wird das neutrale Gas durch die β-Elektronen ionisiert. Durch die Wechselwirkung der dabei entstehenden Ionen und Sekundärelektronen bildet sich ein Plasma aus. Dieses Plasma wirkt sich, durch sein elektrisches Potential bedingt, auf die Startenergie der zu vermessenden β-Elektronen und damit auf die Neutrinomassenmessung aus. Durch Messungen ist es nicht möglich das Potential direkt zu bestimmen wodurch ausführliche Simulationen notwendig sind. Wesentlicher Eingangsparameter ist die Elektronenenergieverteilung.

Innerhalb der fensterlosen Tritiumquelle wird das neutrale Gas durch β-Zerfälle ionisiert. Durch elastische und unelastische Stöße kühlen die Sekundärelektronen auf Gastemperatur ab. Im Rahmen dieser Masterarbeit soll ein verbessertes Modell der Elektron-Tritium-Wechselwirkung entwickelt werden. Dabei sollen nicht nur die Spektren von Ionen und Elektronen abgeleitet werden, sondern auch Informationen über die Spektren an jedem Punkt des Experiments ermittelt werden. Am KIT wurde dazu der KARL-Code entwickelt. Dieser Code soll verwendet und erweitert werden, um die besonderen Eigenschaften der Elektronenverteilung in der fensterlosen Tritiumquelle zu verstehen. Für dieses Projekt sind grundlegende Programmierkenntnisse (bevorzugt C++) notwendig und Erfahrung mit Elementarteilchen- und Atomphysik hilfreich.