Abschirmung thermischer Neutronen bei COBRA

Inhaltsverzeichnis

• 1 Einleitung
• 2 Physikalische Grundlagen
• 2.1 Teilchen und Wechselwirkungen des Standardmodells
• 2.2 Einführung in die Neutrinophysik
• 2.3 Doppelter Betazerfall
• 3 Das COBRA–Experiment
• 3.1 Aufbau und Funktionsweise
• 3.2 Untergrundquellen
• 3.3 Abschirmkonzepte
• 3.4 Testaufbau am LNGS
• 4 Simulationen
• 4.1 Geant4 und Venom
• 4.2 Spektrum des Neutroneneinfangs an 113Cd
• 4.3 Streuung thermischer Neutronen an Blei und Kupfer
• 4.4 Durchlässigkeit der Abschirmung für Neutronen
• 4.5 Durchlässigkeit der inneren Schichten der Abschirmung
• 5 Ergebnisse
• 5.1 Spektrum des Neutroneneinfangs an 113Cd
• 5.2 Streuung thermischer Neutronen an Blei und Kupfer
• 5.3 Durchlässigkeit der Abschirmung für Neutronen
• 5.4 Durchlässigkeit der inneren Schichten der Abschirmung
• 5.5 Besonderheiten in Geant4 und Venom
• 6 Zusammenfassung und Diskussion

Zielsetzung und Themenschwerpunkte

Diese Bachelorarbeit untersucht den Einfluss von Lücken in der Abschirmung des COBRA-Experiments auf den Untergrund durch Neutronen, insbesondere thermische Neutronen. Die Arbeit zielt darauf ab, mittels Monte-Carlo-Simulationen eine realistischere Abschirmungsmodellierung zu erstellen und die Durchlässigkeit für thermische Neutronen zu analysieren. Die Ergebnisse sollen Aufschluss darüber geben, ob die bestehenden Lücken die Effektivität der Abschirmung signifikant beeinträchtigen.

• Simulation des Neutroneneinfangs in CdTe-Detektoren
• Analyse der Streuung thermischer Neutronen an Blei und Kupfer
• Bewertung der Durchlässigkeit der COBRA-Abschirmung für Neutronen unter Berücksichtigung realer Lücken
• Untersuchung des Einflusses von Lücken in den inneren Abschirmschichten
• Bewertung der Genauigkeit und Limitationen der verwendeten Simulationsmethoden (Geant4 und Venom)

Zusammenfassung der Kapitel

1 Einleitung: Die Einleitung führt in die Thematik des neutrinolosen doppelten Betazerfalls ein und erklärt die Notwendigkeit einer hocheffektiven Abschirmung im COBRA-Experiment zur Unterdrückung von Untergrundereignissen, insbesondere durch Neutronen. Sie beschreibt die bisherigen Vereinfachungen in der Abschirmungsmodellierung und die Zielsetzung der Arbeit, den Einfluss realistisch modellierter Lücken zu untersuchen.

2 Physikalische Grundlagen: Dieses Kapitel vermittelt die notwendigen Grundlagen der Teilchenphysik und Neutrinophysik. Es erklärt das Standardmodell, die Eigenschaften von Neutrinos, den Betazerfall und insbesondere den doppelten Betazerfall in seinen verschiedenen Varianten (neutrinobegleitet und neutrinolos). Das Verständnis dieser Grundlagen ist essentiell für das Verständnis des COBRA-Experiments und der damit verbundenen Herausforderungen.

3 Das COBRA–Experiment: Dieses Kapitel beschreibt den Aufbau und die Funktionsweise des COBRA-Experiments, das den neutrinolosen doppelten Betazerfall von 116Cd untersuchen soll. Es erläutert den Aufbau des Detektors, die wichtigsten Untergrundquellen (natürliche Radioaktivität, kosmische Strahlung, Neutronen) und die bestehenden Abschirmkonzepte. Der Testaufbau am LNGS wird detailliert vorgestellt, wobei auch die vorhandenen Lücken in der Abschirmung thematisiert werden.

4 Simulationen: Dieses Kapitel beschreibt die durchgeführten Monte-Carlo-Simulationen mit Geant4 und Venom. Es erläutert die verwendeten Methoden, die Modellierung der Geometrie (inklusive Lücken) und die simulierten Neutronenquellen (thermische und myon-induzierte Neutronen). Die verschiedenen Simulationen zielen auf die Bestimmung der Durchlässigkeit der Abschirmung für Neutronen und den Einfluss der Lücken ab.

5 Ergebnisse: Hier werden die Ergebnisse der Simulationen präsentiert und diskutiert. Die Spektren des Neutroneneinfangs, die Reflexion an Blei und Kupfer, die Durchlässigkeit der gesamten Abschirmung sowie der inneren Schichten werden analysiert und die quantitativen Auswirkungen der Lücken auf den Untergrund werden bewertet.

Schlüsselwörter

COBRA-Experiment, neutrinoloser doppelter Betazerfall, ¹¹⁶Cd, Neutronenabschirmung, thermische Neutronen, Monte-Carlo-Simulation, Geant4, Venom, Untergrund, Radioaktivität, kosmische Strahlung, Wirkungsquerschnitt, Reflexion, Durchlässigkeit.

Häufig gestellte Fragen (FAQ) zur Bachelorarbeit: Untersuchung des Einflusses von Lücken in der Abschirmung des COBRA-Experiments auf den Untergrund durch Neutronen

Was ist das Thema der Bachelorarbeit?

Die Bachelorarbeit untersucht den Einfluss von Lücken in der Abschirmung des COBRA-Experiments auf den Untergrund durch Neutronen, insbesondere thermische Neutronen. Ziel ist es, mittels Monte-Carlo-Simulationen eine realistischere Abschirmungsmodellierung zu erstellen und die Durchlässigkeit für thermische Neutronen zu analysieren.

Welches Experiment steht im Mittelpunkt der Arbeit?

Im Mittelpunkt steht das COBRA-Experiment, welches den neutrinolosen doppelten Betazerfall von ¹¹⁶Cd untersucht. Die Arbeit konzentriert sich auf die Abschirmung des Experiments und den Einfluss von Lücken auf den Neutronenhintergrund.

Welche Methoden wurden verwendet?

Die Arbeit verwendet Monte-Carlo-Simulationen mit den Softwarepaketen Geant4 und Venom. Diese Simulationen modellieren die Geometrie des Experiments, inklusive der Lücken in der Abschirmung, und simulieren verschiedene Neutronenquellen (thermische und myon-induzierte Neutronen).

Welche physikalischen Grundlagen sind relevant?

Die Arbeit behandelt die physikalischen Grundlagen des Standardmodells der Teilchenphysik, der Neutrinophysik, des Betazerfalls und insbesondere des doppelten Betazerfalls (neutrinobegleitet und neutrinolos). Diese Grundlagen sind essentiell zum Verständnis des COBRA-Experiments und der Untergrundprobleme.

Welche Aspekte der Abschirmung werden untersucht?

Die Arbeit analysiert die Durchlässigkeit der COBRA-Abschirmung für Neutronen, insbesondere den Einfluss von Lücken auf die Durchlässigkeit. Sowohl die gesamte Abschirmung als auch die inneren Schichten werden separat untersucht.

Welche Ergebnisse wurden erzielt?

Die Ergebnisse umfassen die Analyse von Spektren des Neutroneneinfangs in CdTe-Detektoren, die Streuung thermischer Neutronen an Blei und Kupfer sowie die quantitative Bewertung der Auswirkungen der Lücken auf den Neutronenhintergrund. Die Genauigkeit und Limitationen der verwendeten Simulationsmethoden (Geant4 und Venom) werden ebenfalls bewertet.

Welche Schlüsselwörter beschreiben die Arbeit?

Schlüsselwörter sind: COBRA-Experiment, neutrinoloser doppelter Betazerfall, ¹¹⁶Cd, Neutronenabschirmung, thermische Neutronen, Monte-Carlo-Simulation, Geant4, Venom, Untergrund, Radioaktivität, kosmische Strahlung, Wirkungsquerschnitt, Reflexion, Durchlässigkeit.

Welche Kapitel umfasst die Arbeit?

Die Arbeit umfasst Kapitel zur Einleitung, den physikalischen Grundlagen, dem COBRA-Experiment, den Simulationen, den Ergebnissen, sowie eine Zusammenfassung und Diskussion. Jedes Kapitel behandelt spezifische Aspekte des Themas, beginnend mit einer Einführung in den neutrinolosen doppelten Betazerfall und endend mit der Diskussion der Simulationsergebnisse und deren Bedeutung für das COBRA-Experiment.

Welche Zielsetzung verfolgt die Arbeit?

Die Arbeit zielt darauf ab, eine realistischere Modellierung der COBRA-Abschirmung zu erstellen und den Einfluss realistisch modellierter Lücken auf den Neutronenhintergrund zu quantifizieren. Die Ergebnisse sollen Aufschluss darüber geben, ob die bestehenden Lücken die Effektivität der Abschirmung signifikant beeinträchtigen.