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Eine neue Methode der Zeiteichung der HADES-Driftkammern
(2008)
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Khaled Teilab
- Das HADES-Experiment (High Acceptance DiElectron Spectrometer) am SIS
der GSI wurde zur Messung der e+e−-Paare dileptonischer Zerfälle der leichten
Vektormesonen im Energiebereich von 1 − 2 AGeV entwickelt.
Eine der Hauptanforderungen an das Spurverfolgungssystem des Spektrometers
ist eine Ortsauflösung von 100 μm, die benötigt wird, um die geforderte
Massenauflösung von 1 % im Bereich der !-Masse zu erzielen. Das Spurverfolgungssystem
besteht aus vier Ebenen mit Vieldrahtdriftkammern (Multi-wire
Drift Chambers (MDCs)) niedriger Massenbelegung (low-mass), die aus je 6
Auslesedrahtebenen bestehen.
Die primäre Messgröße von Driftkammern ist die Driftzeit der entlang einer
Teilchenspur generierten Elektronen der Primärionisation zum Auslesedraht. Um
die gemessene Driftzeit in eine Ortskoordinate umrechnen zu können, ist eine
genaue Kenntnis der Ort-Zeit-Korrelation der Driftzellen und eine präzise Kalibrierung
der gemessenen Zeiten nötig.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine neue Methode zur Bestimmung der
Kalibrierungsparameter der Driftzeiten mittels der Einkoppelung eines externen
elektrischen Pulses auf die Drahtebenen der Driftkammern entwickelt und mit der
herkömmlichen Methode der Kalibrierung verglichen.
Zur Kalibrierung wurden elektrische Pulse durch die Hochspannungsverteilung
der Driftkammern auf die Potentialdrahtebenen geleitet und somit Signale
auf die Signaldrähte induziert. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Signale auf
den Drähten, die zur Berücksichtigung der Laufzeiten benötigt wird, wurde experimentell
bestimmt. Die Genauigkeit der Methode zur Bestimmung der Kalibrierungsparameter
übertrifft die Auflösung der Driftzeitmessung der Driftkammern.
Die Kalibrierung der Driftzeiten benötigt nur wenig Rechen- und Zeitaufwand
und stellt die Kalibrierungsparameter in gleich hoher Präzision für alle
Driftzellen zur Verfügung. Die Qualität der Kalibrierung wird im Gegensatz zur
herkömmlichen Methode prinzipbedingt nicht durch Fluktuationen der Startzeit
des jeweiligen Stoßereignisses und die Flugzeit der dabei emittierten Teilchen zu
den Driftzellen, sowie des elektronischen Rauschens beeinflusst. Die Qualität der
Kalibrierung konnte gegenüber der herkömmlichen Methode signifikant verbessert
werden.
Die Auswirkung der Kalibrierungsparameter auf die Spurrekonstruktion wurde
untersucht und für die beiden Kalibrierungsmethoden verglichen. Die Ergebnisse
lassen keinen eindeutigen Schluss auf die Auswirkung der Fehler in der
Kalibrierung auf die Qualität der Spurrekonstruktion zu, da die Ergebnisse der
Spurrekonstruktion von anderen Effekten dominiert werden.
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The O(N=2) model in polar coordinates at nonzero temperature
(2009)
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Martin Grahl
- Chapter 1 contains the general background of our work. We briefly discuss important aspects of quantum chromodynamics (QCD) and introduce the concept of the chiral condensate as an order parameter for the chiral phase transition. Our focus is on the concept of universality and the arguments why the O(4) model should fall into the same universality class as the effective Lagrangian for the order parameter of (massless) two-flavor QCD. Chapter 2 pedagogically explains the CJT formalism and is concerned with the WKB method. In chapter 3 the CJT formalism is then applied to a simple Z(2) symmetric toy model featuring a one-minimum classical potential. As for all other models we are concerned with in this thesis, we study the behavior at nonzero temperature. This is done in 1+3 dimensions as well as in 1+0 dimensions. In the latter case we are able to compare the effective potential at its global minimum (which is minus the pressure) with our result from the WKB approximation. In chapter 4 this program is also carried out for the toy model with a double-well classical potential, which allows for spontaneous symmetry breaking and tunneling. Our major interest however is in the O(2) model with the fields treated as polar coordinates. This model can be regarded as the first step towards the O(4) model in four-dimensional polar coordinates. Although in principle independent, all subjects discussed in this thesis are directly related to questions arising from the investigation of this particular model. In chapter 5 we start from the generating functional in cartesian coordinates and carry out the transition to polar coordinates. Then we are concerned with the question under which circumstances it is allowed to use the same Feynman rules in polar coordinates as in cartesian coordinates. This question turns out to be non-trivial. On the basis of the common Feynman rules we apply the CJT formalism in chapter 6 to the polar O(2) model. The case of 1+0 dimensions was intended to be a toy model on the basis of which one could more easily explore the transition to polar coordinates. However, it turns out that we are faced with an additional complication in this case, the infrared divergence of thermal integrals. This problem requires special attention and motivates the explicit study of a massless field under topological constraints in chapter 8. In chapter 7 we investigate the cartesian O(2) model in 1+0 dimensions. We compare the effective potential at its global minimum calculated in the CJT formalism and via the WKB approximation. Appendix B reviews the derivation of standard thermal integrals in 1+0 and 1+3 dimensions and constitutes the basis for our CJT calculations and the discussion of infrared divergences. In chapter 9 we discuss the so-called path integral collapse and propose a solution of this problem. In chapter 10 we present our conclusions and an outlook. Since we were interested in organizing our work as pedagogical as possible within the narrow scope of a diploma thesis, we decided to make extensive use of appendices. Appendices A-H are intended for students who are not familiar with several important concepts we are concerned with. We will refer to them explicitly to establish the connection between our work and the general context in which it is settled.
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Proton-Lambda-Korrelationen in zentralen Pb+Pb-Kollisionen bei 158 A GeV
(2009)
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Hans Beck
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Transition of properties from a proton beam to a neutron beam using the 7 Li (p, n) 7 Be reaction as an example
(2011)
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Stefan Schmidt
- As a part of this thesis, a Monte Carlo-based code has been developed capable of simulating the transition of proton beam properties to neutron beam properties as it occurs in the Li-7(p, n)Be-7 reaction. It is able to reproduce not only the angle-integrated energy distributions but it is also capable of predicting the angle-dependent neutron spectra as measured at Forschungszentrum Karlsruhe (Karlsruhe, Germany) and Physikalisch-Technische Bundesanstalt (Braunschweig, Germany). Since the code retains all three spatial dimensions as well as all three velocity dimensions, it provides very detailed information on the neutron beam. The resulting data can aid in many different aspects, for example it can be used in shielding construction, or for lithium target design. In this work, the code is used to predict the neutron beam properties expected at the Frankfurt Neutron Source at Stern-Gerlach-Zentrum (FRANZ) facility. For different proton beam energies, the neutron distribution in x/p_x, y/p_y, and z/p_z is shown as well as a Mollweide projection, which illustrates the kinematic collimation effect that limits the neutron cone opening angle to less than 180 degree.
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Untersuchungen zum Transport niederenergetischer und hochperveanter Strahlen schwerer Ionen mit einer Doppel-Gabor-Plasmalinse
(2001)
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Oliver Meusel
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Kerne, superschwere Elemente und Hyperkerne in einem chiralen SU(3)-Modell
(1999)
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Wolf Christian Beckmann
- In der vorliegenden Arbeit wurde ein chirales SU(3)-Modell auf verschiedene Erscheinungsformen endlicher Kernmaterie angewendet. Das Modell basiert auf chiraler Symmetrie in nichtlinearer Realisierung. Die Symmetrie muss spontan gebrochen werden um die beobachtete Massendifferenz zwischen skalaren und pseudoskalaren Mesonen reproduzieren zu können. Um den pseudoskalaren Mesonen eine endliche Masse zu geben ist eine explizite Brechung der chiralen Symmetrie nötig.
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Über den Oberflächenterm der Gesamtenergie der Atomkerne nach dem Fermigasmodell
(1963)
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Eberhard Hilf
- Wir haben Aussagen über das Eigenwertspektrum der freien Schwingungegleichung für einen Hohlraum B gesucht, welche unabhängig von der Gestalt des Hohlraumes nur von Gestaltparametern abhängen, die als Integrale über B bzw. über dessen Oberfläche ... Eigenschaften von ganz B darstellen, ohne die lokale Struktur der Oberfläche ... zu enthalten. An drei Testkörpern sehr verschiedener Gestalt (die Gestaltparameter waren ebenfalls verschieden), nämlich Würfel, Kugel und Zylinder, haben wir die Hypothese bestätigt, daß der mittlere Verlauf der Größen "Anzahl N und Summe E aller Eigenwerte unterhalb einer willkürlich vorgegebenen Schranke ER" in Abhängigkeit von der Wahl dieser Schranke i.w. gestaltunabhängig ist. Für den Quader lassen sich im Falle asymptotisch großer ER explizite Ausdrücke für N und E angeben, die für alle drei Testkörper nicht nur den mittleren Verlauf von N und E bei kleinen (endlichen) ER in zweiter Näherung (in Potenzen von Ef exp -1/2) richtig wiedergaben, sondern auch als numerische Näherung dss mittleren Verlaufs von N bzw. E brauchbar waren (relative Kleinheit des Restgliedes). Die mathematische Vermutung, daß sich für aS, große Ef eben diese expliziten Ausdrücke für N bzw. E' als gestaltunabhängig erweisen, soll in einer weiteren Arbeit behandelt werden. Das Ergebnis dieser Arbeit ist überall dort anwendbar, wo Eigenschaften des Spektrums der freien Schwingungsgleichung mit Randbedingungen benötigt werden, die sich aus N. bzw. E ableiten lassen; also vor allem in der Akustik (Zahl der Obertöne eines Hohlraumes unterhalb einer vorgegebenen Frequenz), in der Theorie der Hohlleiter usw. In dieser Arbeit haben wir die Anwendung auf ein einfaches Atomkernmodell betrachtet, das Fermigas-Modell. Es beschreibt den Kern als freies ideales in einem Hohlraum von Kerngestalt befindliches Fermigas. Dann bedeutet N die Teilchenzahl und E die Gesamtenergie des Systems. Ef ist die Fermigrenzenergie und es ist (Ef exp 3/2 /6*Pi*Pi) die Sättigungsdichte im Innern des Systems. Der Koeffizient des zweiten Termes des expliziten (aS.) Ausdrucks für E kann dann als Oberflächenspannung gedeutet werden. Die spezifische Hodell-Oberflächenspannung läßt sich in Abhängigkeit von dem Gestaltparametern und der Siittigungsdichte des Atomkernes schreiben. Nach Einsetzen der empirischen Werte erhalten wir numerisch einen Wert, der nur um 20% vom empirisch aus der v. Weizsäckerformel bekannten Wert für die spez. Oberflächenspannung abwich, obgleich das Modell nur eine äußerst einfache Näherung der Kernstruktur sein kann. Daher gelangten wir zu der Überzeugung, daß der Oberflächenanteil der Bindungsenergie wesentlich ein kinetischer Effekt ist.
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Entwicklung einer Strahldiagnose in toroidalen, magnetischen Führungsfeldern
(2009)
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Patrick Nonn
- Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurde eine Detektor-Sonde entwickelt, um Strahlprofile eines Ionenstrahls entlang der gekrümmten, geometrischen Achse eines Toroidsektormagneten zu messen. Bei der Konstruktion der Sonde musste die zuverlässige Messwerterfassung im Vakuum und innerhalb magnetischer Felder von bis zu 0,6 T berücksichtigt werden. Im theoretischen Teil werden die Theorie zum Strahltransport in den verwendeten Bauteilen, sowie die Funktionsweise eines Phosphor-Schirms (P20) dargelegt. Im experimentellen Teil wird die bewegliche Sonde, der verwendete Versuchsaufbau, sowie die Messungen und deren Auswertung näher beschrieben. Im abschließenden Fazit wird auch auf Alternativen zu der verwendeten Messmethode und deren Vor- und Nachteile eingegangen.
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Agent-based modelling of tumour spheroid growth and treatment
(2008)
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Harald Kempf
- Malignant neoplasms are one of the top causes of death in all developed countries around the world and account for almost one quarter of all deaths. An individual cell based computational model with strong connections to the experimental data through lattice free, newtonian interaction could be used to validate experimental results and eventually make predictions guiding further experiments. This model was build as a part of the thesis and shall be extended to the modelling of the effects of ionic radition on the vascularised tumour as a possible treatment for inoperable tumours.
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Schnelles Choppersystem für hochintensive Protonenstrahlen
(2008)
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Christoph Wiesner
- In der vorliegenden Arbeit wird ein schnelles Choppersystem für einen hochintensiven niederenergetischen Protonenstrahl untersucht. Das Choppersystem wird in der Niedrigenergiesektion (LEBT) der Frankfurter Neutronenquelle FRANZ eingesetzt. Der Treiberstrahl hat dort eine Energie von 120 keV und eine Intensität von bis zu 200 mA Protonen. Gefordert ist die Erzeugung eines gepulsten Strahls mit einem 50 bis 100 ns langen Pulsplateau und einer Wiederholrate von 250 kHz. Nach der Diskussion verschiedener Chopperkonzepte wird der Einsatz eines Kickersystems vorgeschlagen. Magnetische und elektrische Kicker werden im Hinblick auf Geometrie, Ablenkfelder, Strahldynamik, Emittanzwachstum, Leistungsbedarf sowie Betrieb im Schwingungs- oder im Pulsmodus untersucht. Die Realisierung des Choppersystems wird mit Hilfe von numerischen Simulationen und Vorexperimenten geprüft. Ein eigens dazu entwickelter Particle-in-cell (PIC)-Code wird vorgestellt. Er erlaubt die Simulation von Vielteilchen-Prozessen in zeitabhängigen Kickerfeldern unter Berücksichtigung der Effekte der Sekundärelektronen. Die Vorexperimente für die Ansteuerung des Kickers werden präsentiert. Für den magnetischen Kicker wurde eine niederinduktive Testspule und für den elektrischen Kicker ein Transformator bestehend aus einem nanokristallinen Ringbandkern aufgebaut. Abschließend werden die beiden Systeme miteinander verglichen. Ein magnetischer Kicker ist auch bei hohen Strahlintensitäten weniger anfällig für Strahlverluste und kann ohne die Gefahr von Spannungsdurchschlägen betrieben werden. Bei den geforderten hohen Wiederholraten ist jedoch der Leistungsbedarf nicht annehmbar, so dass im Ausblick die Weiterentwicklung eines elektrischen Kickersystems vorgeschlagen wird.
