Bachelorarbeiten in der Detektorentwicklung und Datenauswertung

Unsere Gruppe entwickelt ein Experiment, mit welchem Wirkungsquerschnitte von Protonen und Kohlenstoffionen (wie sie in der Teilchentherapie eingesetzt werden) mit den im menschlichen Gewebe vorkommenden Elementen vermessen werden sollen. Mit Prototypen werden Messungen am Beschleuniger COSY im Forschungszentrum Jülich durchgeführt.

Bei dem Aufbau handelt es sich um ein Flugzeit-Spektrometer. Darin wird mit Hilfe von Szintillationszählern einerseits die Zeitdauer gemessen, die ein erzeugtes Teilchen für eine bestimmte Flugstrecke benötigt, andererseits die von ihm deponierte Energie. Aus diesen Informationen wird das Teilchen dann identifiziert. Aus der Häufigkeit der verschiedenen auftretenden Kernreaktionen wird deren Wirkungsquerschnitt bestimmt.

Das neue Flugzeitspektrometer wird einen Fasertracker (Messung der spezifischen Ionisation dE/dx, Flugzeit und Ort), periphere Szintillationsdetektoren (dE/dx und Flugzeit für unter großen Winkeln gestreute Teilchen) sowie ein BGO-Kalorimeter (Gesamtenergie) umfassen.

Im Rahmen dieses Projektes bieten wir Bachelorarbeiten an, die gerne auch in Zweier-Teams bearbeitet werden können:

Im Rahmen dieses Projektes bieten wir in drei Bereichen Bachelorarbeitsthemen an:

• Ergänzung des BGO-Kalorimeters durch ein zentrales Szintillator-Modul
  Aufgrund der hohen Strahlintensität an der zentralen Position des Kalorimeters soll dort anstatt eines BGO-Kristalls ein Detektor-Modul aus organischem Szintillator eingesetzt werden. Die Bachelor-Arbeit umfasst den Aufbau, Test und die Integration des Szintillators in das Kalorimeter.
• Aufbau einer Abschirmung für das Flugzeit-Spektrometer
  Um unseren Detektor von Teilchen freizuhalten, die nicht bei Reaktionen im Target entstehen sondern aus Streuung im Bereich davor resultieren,  soll eine Bleiabschirmung aufgebaut werden. Zunächst wird dazu das bestehende Geant4-Modell um die Abschirmung ergänzt, um die Geometrie vorab zu optimieren. Danach wird sie in Zusammenarbeit mit der Werkstatt des III. Physikalischen Instituts mechanisch ausgelegt und konstruiert.
• Untersuchung und Charakterisierung von Silizium-Photomultipliern
  Unsere Szintillationszähler werden mit Silizium-Photomultipliern (SiPM) ausgelesen, die das im Szintillator erzeugte Licht zur Auswertung in elektrische Signale umwandeln. Um diese relativ neuen Sensoren optimal einzusetzten, möchten wir ihre grundlegenden Eigenschaften (z.B. Temperaturabhängigkeit, optimale Betriebsspannung, Rauschverhalten) genauer untersuchen.
  Diese Arbeiten finden in Zusammenarbeit mit der CMS-Gruppe (Dr. Oliver Pooth) statt. Genauere Infos zu möglichen Themen gibt es hier.
  

Folgende Themen werden in enger Zusammenarbeit mit der Klinik für Strahlentherapie des Universitätsklinikums Aachen durchgeführt und dort vom leitenden Medizinphysiker Dipl.-Phys. Axel Schmachtenberg (ASchmachtenberg@ukaachen.de), Dipl.-Phys. Carolin Bornemann und Dipl.-Phys. Nuria Escobar Corral betreut:

• Auswertung von Geant4-Simulationen eines medizinischen Beschleunigers
  Die Simulationen sind mit dem modellierten SLiPlus Beschleuniger und verschiedenen Phantomen (PMMA, Wasserphantom, ...) gemacht. Die verschiedenen Eigenschaften der Ergebnisse (Tiefendosiskurven, Querprofile, Dosisvolumenhistogramme) sollen analysiert  und mit Messungen verglichen werden. Im Rahmen der Auswertungen sollen einfache Routinen mit C++ geschrieben werden.
• Einsatz von Gafchromic EBT2-Filmen für Hochdosis-Messungen in der Strahlentherapie
  In der Strahlentherapie werden radiochrome Filme zur zweidimensionalen Messung von Dosisverteilungen verwendet. Die Eigenschaften der Filme und deren Auswerteverfahren speziell für Messungen von hohen Dosen soll untersucht werden. Dabei sollen Messungen ausgewertet und die Unterschiede zum bekannten Auswerteverfahren für den Dosisbereich bis 5Gy herausgearbeitet werden. Die Auswertung der Filme soll mit Matlab erfolgen.
  

Kontakt: Prof. Dr Achim Stahl, Dr. Sven Lotze, Dipl. Phys. Carolin Bornemann, Dipl. Phys. Nuria Escobar-Corral

Am Tag der Physik am 20.1.2012 werden wir im Bereich 28A110 (gegenüber des Haupteingangs/Hausmeisterloge) bzw. im Büro 28A 112 (Sven Lotze) anzutreffen sein.