Mögliche Themen für Abschlussarbeiten

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Malte  Göttsche © Urheberrecht: Daniel Kunzfeld

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Aktuell besitzen neun Staaten insgesamt circa 13'400 Atomwaffen. Zusätzlich befinden sich 1250 Tonnen waffenfähiges Uran und 140 Tonnen Plutonium in ihrem Besitz, womit man Tausende weitere Waffen bauen könnte. Um existierende Waffen abzurüsten und den Bau neuer Waffen zu verhindern, sind robuste, wissenschaftliche Methoden zur Verifizierung der Abrüstung unerlässlich.

Die Nukleare Verifikations- und Abrüstungsgruppe entwickelt solche Methoden und konzentriert sich dabei auf die Rekonstruktion von Spaltmaterialherstellung und auf die Authentifizierung von Nuklearsprengköpfen. Außerdem erforschen wir, wie die Verbreitung von Kernmaterial verhindert werden kann. Dazu untersuchen wir, wie Endlager mit Hilfe von Antineutrinomessungen überwacht werden können, um einen Diebstahl oder Verlust von radioaktivem Abfall zu erkennen.

 

Nukleare Archäologie

Ein unterirdischer Tank gefüllt mit verschiedenen radioaktiven Abfällen Urheberrecht: © Washington State Department of Ecology, Antonio Figueroa Nukleare Archäologie mit radioaktivem Abfall: Das Mischverhältnis des Abfalls lässt sich anhand von Isotopenverhältnissen bestimmen.

Wir entwickeln Methoden der sogenannten nuklearen Archäologie um die Spaltmaterialproduktion kerntechnischer Anlagen zu rekonstruieren. Insbesondere untersuchen wir, wie Messungen von Isotopenverhältnissen in nuklearen Abfällen oder in abgeschalteten Kernkraftwerken benutzt werden könnten, um zum Beispiel auf die Laufzeit eines Reaktors oder andere Parameter zu schließen. Zusätzlich erforschen wir, wie sich die Spaltmaterialproduktion anhand des gesamten nuklearen Brennstoffkreislaufs rekonstruieren lässt. Hierzu simulieren wir den Kreislauf vom Uranabbau bis hin zur Entsorgung in einem Endlager. Dabei könnten die Materialtransfers zwischen den Anlagen den Rekonstruktionsprozess verbessern und Unsicherheiten verringern.

Bitte beachten Sie, dass wir Abschlussarbeiten zur nuklearen Archäologie erst ab September 2022 anbieten.

Ansprechpartner: Malte Göttsche, Benjamin Jung, Lukas Rademacher, Max Schalz

 

Antineutrinomessungen zur Überwachung von Endlagern

Niederenergetische Neutrinos (unter 5 MeV) sind in der Neutrinophysik von besonderem Interesse, zum Beispiel um Solarneutrinos und Geoneutrinos zu untersuchen. Dies gilt auch für ein neues Konzept zur Überwachung von Endlagern, in welchen plutoniumhaltiger, abgebrannter Kernbrennstoff gelagert werden soll. Wir planen Antineutrinos zu messen, welche aus den Radionukliden im Abfall erzeugt werden, um diesen zu überwachen und um einen Diebstahl zu bemerken. Hierfür entwickeln wir eine Time Projection Chamber (TPC), die statt eines Driftgases eine organische Flüssigkeit nutzt, um niederenergetische Neutrinos nachzuweisen.

Wir simulieren die Signaturen von Antineutrinointeraktionen sowie von Hintergrund im Detektor. Zudem untersuchen wir in verschiedenen Szenarien, wie diese Detektoren bestmöglich zur Endlagerüberwachung eingesetzt werden können. In Zusammenarbeit mit der TPC-Gruppe vom Institut IIIB bauen wir außerdem einen ersten Prototypen des Detektors.

Ansprechpartner: Malte Göttsche, Thomas Radermacher

 

Authentifizierung von Nuklearsprengköpfen

Detektor neben einem vermeintlichen Nuklearsprengkopf Urheberrecht: © Christopher Fichtlscherer, Moritz Kütt

Ein wesentlicher Prozess bei der Verifikation von nuklearer Abrüstung ist die Authentifizierung von Kernwaffen. Hierbei wird sichergestellt, dass ein Objekt tatsächlich eine Kernwaffe ist. Die Authentifizierung erfolgt in der Regel durch die Messung der Strahlung, welche von den Kernwaffen ausgeht. Kann ein böswilliger Akteur diese Strahlung mit anderen Materialien nachahmen und somit den Verifikationsprozess unterlaufen? Diese Frage ist noch unbeantwortet, obwohl sie von grundlegender Bedeutung für den Abrüstungsprozess und für Rüstungskontrolle ist.

Unsere Arbeit basiert auf Monte-Carlo-Simulationen, zum Beispiel mittels Geant4 und OpenMC, und mathematischen Methoden aus verschiedenen Bereichen. Hiermit überprüfen wir bestehende Methoden und entwickeln neue, fälschungssichere Prozesse um nukleare Abrüstung zu überprüfen.

Ansprechpartner: Malte Göttsche, Christopher Fichtlscherer

 

Allgemeine Hinweise zu Abschlussarbeiten bei der NVD-Gruppe

Ein Großteil unserer Arbeit besteht darin, das jeweilige Problem mit Simulationssoftware zu modellieren und die Ergebnisse mit statistischen Methoden zu untersuchen. Der Schwerpunkt der Abschlussarbeit wird deswegen auf dem Programmieren liegen, wobei dies meistens in Python und manchmal, je nach Themengebiet, in C++ erfolgt. Sie werden entweder eigenen Code schreiben oder bereits bestehende Software oder Frameworks erweitern. Vorwissen über Kernreaktoren, Kernwaffen oder eine bestimmte Simulationssoftware wird allerdings nicht benötigt. Diese Themen werden Sie im Laufe der Arbeit kennenlernen.