Fakultät Mat/Nat Fachrichtung Physik Institut für Kern- und Teilchenphysik. Versuche zur Kern- und Teilchenphysik im F-Praktikum

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1 Fakultät Mat/Nat Fachrichtung Physik Institut für Kern- und Teilchenphysik Versuche zur Kern- und Teilchenphysik im F-Praktikum Prof. A. Straessner, IKTP TU Dresden, 14.Oktober 2016

2 Institut für Kern- und Teilchenphysik erforschen, was die Welt im Innersten zusammenhält Untersuchung bekannter Teilchen und Wechselwirkungen: äußerst seltene Prozesse Suche nach neuen Teilchen und Wechselwirkungen Technische Anwendungen Experimentelle Methoden: Detektoren an Teilchenbeschleunigern: Large Hadron Collider Teilchenphysik und Kosmologie mit kernphysikalischen Methoden ohne Beschleuniger Entwicklung neuer theoretischer Konzepte und Modelle Anwendungen der Teilchenphysik in der Medizin: Strahlungsphysik, Physik mit Teilchenstrahlen

3 ATLAS-Detektor Institut für Kern- und Teilchenphysik erforschen, was die Welt im Innersten zusammenhält ATLAS Kollaboration 175 Institute aus 38 Ländern 3000 Wissenschaftler Large Hadron Collider Experimentelle Teilchenphysik Gruppenleiter: Prof. M. Kobel Prof. A. Straessner Dr. F. Siegert H τ + τ - Auswertung von Daten des ATLAS-Detektors am LHC mit fortgeschrittenen statistischen Methoden: Messung der Vektorboson-Streuung Suche nach supersymmetrischen Higgs-Bosonen Untersuchung der Starken Wechselwirkung ATLAS LAr-Kalorimeter Entwicklung von Ausleseelektronik für Teilchendetektoren Charakterisierung von Teilchendetektoren und Anwendungen in der Medizinphysik

4 Institut für Kern- und Teilchenphysik erforschen, was die Welt im Innersten zusammenhält Neutrinophysik und Experimentelle Kernphysik Gruppenleiter: Prof. K. Zuber speziell: der neutrinolose doppelte Betazerfall: (A,Z) (A,Z+2) + 2 e - Teilchenphysik mit kernphysikalischen Methoden Ge CdZnTe GERDA COBRA Messung von Halbwertszeiten im Bereich von Jahren! Der seltenste von Menschen gefundene Zerfall Flüssig-Szintillator SNO+ Italienisches Gran Sasso Untergrundlabor SNOLAB: 2000 m unter Tage in kanadischer Mine

5 Grundlegende Fragen: Institut für Kern- und Teilchenphysik erforschen, was die Welt im Innersten zusammenhält Theoretische Elementarteilchenphysik Gruppenleiter: Prof. D. Stöckinger Gibt es eine Vereinigung aller Kräfte? Woraus besteht dunkle Materie im Universum? Grundlagen der Quantenfeldtheorie Phänomenologie der Elementarteilchen: Supersymmetrie Theoretische Interpretation von experimentellen Daten (LHC, g-2 des Myons,...) Beispiel: Leichtestes SUSY Teilchen ist stabil = Dunkle Materie (ca 3000 Teilchen/m 3 )? Direkte Entdeckung möglich bei LHC

6 Institut für Kern- und Teilchenphysik erforschen, was die Welt im Innersten zusammenhält entwickeltes Personendosimetriesystem ibeox Forschungsschwerpunkte der Strahlungsphysik: Entwicklung und Anwendung von Monte-Carlo-Methoden zur Berechnungen von Strahlungsfeldern, in der numerischen Dosimetrie und Mikrodosimetrie Festkörperdosimetrie mit Optisch Stimulierter Lumineszenz (OSL) Entwicklung von Sensoren für Medizin, Strahlenbiologie und Radiometrie Nachweiseigenschaften von Festkörperspurdetektoren STRAHLUNGSPHYSIK Gruppenleiter: PD Dr. Jürgen Henniger Zielgerichtete Ausnutzung von ionisierender Strahlung in Medizin, Naturwissenschaft und Technik Erschließung neuer Anwendungs-gebiete und Optimierung der Verfahren Berechnung und Messung von Strahlungsfeldern Dosimetrie Forschung zur Verbesserung des Schutzes von Mensch und Umwelt vor ionisierender Strahlung Mitarbeit bei Forschung und Lehre bei OncoRay Dosisleistungssonde für invivo-messungen

7 Institut für Kern- und Teilchenphysik erforschen, was die Welt im Innersten zusammenhält Aktivitäten des Instituts und der Gruppen am HZDR in Rossendorf Laser-Beschleunigung von Teilchenstrahlen (Prof. T. Cowan, Prof. U. Schramm) Nukleare Astrophysik (Prof. B. Kämpfer, Dr. D. Bemmerer) Medizinische Anwendung von Teilchenstrahlen und Dosimetrie Big bang - Entstehung der Elemente - Supernovae Laser-Teilchenbeschleunigung Big bang produziert Elemente leichter als Li. Supernovae produzieren alle Elemente im Universum schwerer als Eisen, aber wie? Ziel: kernphysikalische Reaktionen im Labor erstmals messen oder präziser messen! Anwendungen in Medizin und Grundlagenforschung

8 Fakultät Mat/Nat Fachrichtung Physik Institut für Kern- und Teilchenphysik Versuche im F-Praktikum Compton-Streuung (CS) Lebensdauer von Myonen (LM) Betazerfall (BE) Gammaspektrometrie (GA) Positronen-Emissions-Tomografie (PET) Aktivitätsbestimmung (AK) Dosimetrie von Photonenstrahlung (DO) Wechselwirkung thermischer Neutronen (TR) Reaktor (RE) Gaslaser (GL)

9 Compton-Streuung (CS) Wesentliche Inhalte: Messung des differentiellen Wirkungsquerschnittes für die Streuung von Photonen an quasifreien Elektronen Überprüfung der Theorie der Compton-Streuung Streuung Fermion + Boson Fermion + Boson Standardprozess der Teilchenphysik Photonennachweis mit einem HP Ge-Detektor Energiekalibrierung eines Photonendetektors Statistische Datenauswertung (David Kirchmeier, ASB 424A, 7:30) Themengebiete: Teilchenphysik Detektorphysik Medizinphysik

10 Lebensdauer von Myonen (LM) Themengebiete: Teilchenphysik Detektorphysik Festkörperphysik Wesentliche Inhalte: (Max Hils, E19/K15A) Entstehung und Nachweis kosmischer Strahlung Szintillationsdetektoren zum Nachweis ionisierender Strahlung Zeitaufgelöste Koinzidenzmesstechnik Teilchenzerfall, radioaktives Zerfallsgesetz, spezielle Relativitätstheorie

11 Betazerfall (BE) Wesentliche Inhalte: Kernumwandlung durch β-zerfall Energiespektrum der Elektronen, Grenzenergie Innere Konversion und Comptonelektronen Wechselwirkung von β-strahlung mit Materie (Franziska Iltzsche, K009, 7:55) Themengebiete: Kernphysik Detektorphysik Medizinphysik Teilchenphysik Energieverlust und Absorption Messung mit Si-Halbleiter-Detektor

12 Gammaspektrometrie (GA) (Alexander Domula, ASB 406A, 7:00) Themengebiete: Kernphysik Detektorphysik Teilchenphysik Medizinphysik Wesentliche Inhalte: Nachweis von γ-strahlung (Photonen) Wechselwirkung von γ-strahlung mit Materie Photoeffekt und Comptonstreuung Kristall- und Halbleiterdetektoren Auflösungsfunktion von Detektoren Interpretation der Spektren unbekannter Proben

13 Dosimetrie von Photonenstrahlung (DO) (Birgit Schneider, ASB 408, 8:00) Themengebiete: Detektorphysik Medizinphysik Strahlenschutz Wesentliche Inhalte: Wechselwirkung von Strahlung und Materie, Dosisgrößen, Dosismessung Durchführung von Strahlenschutzkontrollmessungen an den genutzten Bestrahlungseinrichtungen Vermessung einer 137 Cs-Bestrahlungsanlage mit einem Szintillationsdetektor Berechnung von Kenngrößen der Strahlungsquelle Messung der Dosisleistung in einer Hochdosisbestrahlungsanlage mit einem chemischen Dosimeter nicht für Bachelor/Physik, die bereits DO im GPIII hatten

14 Aktivitätsbestimmung radioaktiver Proben (AK) Wesentliche Inhalte: Grundlagen quantitativer Dosimetrie Energiekalibrierung eines HP-Ge-Detektors Ansprechvermögen des Detektors Quantitative Bestimmung d. Radioaktivität von Umweltproben Bestimmung spezifischer Aktivitäten in Umweltproben Erarbeitung von Korrekturen zur Ableitung quantitativer Aussagen (Alexander Domula, ASB 406A, 7:00) Themengebiete: Detektorphysik Medizinphysik Strahlenschutz nicht für Bachelor/Physik, die bereits AK im GPIII hatten

15 Positronen-Emissions-Tomografie (PET) (Philipp Horn, ASB 424, 8:00) Themengebiete: Detektorphysik Medizinphysik Teilchenphysik Wesentliche Inhalte: Kalibrierungsmessungen am Detektorsystem Aktivitätsbestimmung Photon-Koinzidenzmessungen von e + e - γγ tomografische Rekonstruktion tomografische Messungen an Phantomen Theorie der DV und Tomografie, Bildrekonstruktion

16 Wechselwirkung thermischer Neutronen (TR) Wesentliche Inhalte: Bestimmung totaler Wirkungsquerschnitte für die Wechselwirkung thermischer Neutronen mit den Atomkernen: H, C, Al, Fe (Nico Madysa, K009, 7:55) Themengebiete: Kernphysik Detektorphysik Medizinphysik Festkörperphysik Erzeugung und Nachweis thermischer Neutronen Messung von Transmissionskoeffizienten Wechselwirkungsquerschnitte Cd zur Abschirmung thermischer Neutronen

17 Reaktor (RE) Wesentliche Inhalte: Kennenlernen einer kerntechnischen Anlage Erfassung des typischen Steuerverhaltens eines Kernreaktors am Beispiel des Nullleistungsreaktors Messung von charakteristischen Größen an einem Reaktor ( Forschungsreaktor ) Ermittlung der Reaktivitätskennwerte der Steuerstäbe des Reaktors durch Kalibrierung (Carsten Lange, Pauer-Bau, 7:30) Themengebiete: Kernphysik Detektorphysik Medizinphysik Festkörperphysik

18 Gaslaser (GL) (Lieselotte Obst, HZDR, 10:15) Themengebiete: Medizinphysik Lasertechnik Beschleunigerphysik Wesentliche Inhalte: Grundeigenschaften eines Lasers Eigenschaften von Hohlraum- Resonatoren Präzisionsinterferometrie HeNe-Laser im Praktikum

19 Institut für Kern- und Teilchenphysik erforschen, was die Welt im Innersten zusammenhält iktp.tu-dresden.de Informationen zum Praktikum des IKTP

20 Institut für Kern- und Teilchenphysik erforschen, was die Welt im Innersten zusammenhält iktp.tu-dresden.de Telefon- und Büronummern der Betreuer

21 Institut für Kern- und Teilchenphysik erforschen, was die Welt im Innersten zusammenhält iktp.tu-dresden.de Vorstellung der Forschungsgruppen