Practical trainings, student assistants and theses

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Sensitivity Study of bubble column simulation

School practical training

Background: Bubble columns have a wide range of applications in chemical or process industry, and the fluid dynamics has been intensively investigated. One noticeable point is that various treatments of boundary conditions are currently used in the bubble column simulation. For example, the gas sparger is often treated as source points or simplified as enlarged holes for computational efficiency and stability. There is a need to study the sensitivity of these treatments and simplifications.
Main tasks:
• Literature survey on bubble column simulation and sparger treatment
• Prepare and perform simulations using the commercial CFD code ANSYS CFX, including mesh generation
• Sensitivity study of simulation setup including time step, grid resolution, convergence criteria, boundary conditions, etc.
• Analyse and document simulation results

Department: Computational Fluid Dynamics

Contact: Dr. Liao, Yixiang

Requirements

• Basic knowledge of fluid dynamics and CFD
• ANSYS CFX and ICEM CFD experience is desirable

Conditions

Duration: 4-6 months
Begin: from now on

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Automatic evaluation of CFD simulation results

Bachelor theses / Master theses / Diploma theses / Student Assistant / compulsory internship

Background: The Department of Computational Fluid Dynamics at HZDR is specialized in developing general modelling frameworks and reliable closure models for multiphase flow. In the last few years significant progress was made. The concept of unified closures for bubbly flow was put forward, which makes it possible to evaluate and assess the limitation in currently available closures. Based on this baseline concept a large number of simulations have been carried out for various flow configurations. A thorough evaluation of the results is necessary and urgent for further research and development. For this purpose, an automatic evaluation system using Java is established.
Main tasks:
• Post-processing simulation and experiment results
• Systematic evaluation of the simulation results using the Java program
• Design and perform new simulations using the baseline closures
• Analyze and document the results

Department: Computational Fluid Dynamics

Contact: Dr. Liao, Yixiang

Requirements

• Good programming skills
• Systematic work style
• Basic knowledge of fluid dynamics and CFD
• ANSYS CFX experience is desirable

Conditions

• work duration: 4-6 Monate
• begin: from now on

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Characterization of the stability of molten salt mixtures in liquid metal batteries by ion chromatography

Student practical training / Bachelor theses / Master theses / Diploma theses / compulsory internship

Foto: Experimental Liquid Metal Battery ©Copyright: Flüssigmetallbatterie Abteilung MagnetohydrodynamikLiquid Metal Batteries feature molten salts as electrolytes (at temperatures between 200 °C and 600 °C).
For the long-term operation of the batteries, stability of the molten salt mixture in contact with the anode has to be ensured.
The task is to measure the long-term change in constituents of molten salt mixtures. Ion chromatography is the favored method. For this measurement technique, the following steps shall be evaluated and demonstrated at certain molten salt mixtures: sample preparation, calibration of equipment, measurement and analysis.
This task can be done as part of a practical training or as a final thesis.

Department: Magnetohydrodynamics

Contact: Dr. Nimtz, Michael, Landgraf, Steffen

Requirements

Study of chemistry, chemical engineering, process technology or similar
Optional: first experiences in scientific programming (Python, MATLAB or similar)

Conditions

Start: immediately
Duration: 4-6 months

Links:

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Modellierung des Stofftransportes und der Vermischung reaktiver Spezies in Blasenströmungen

Diploma theses / Student Assistant / compulsory internship

Blasensäulen sind aufgrund ihrer einfachen Bauweise ein beliebter Reaktortyp in der chemischen Industrie. Der Umsatz und die Selektivität einer chemischen Reaktion in Blasenströmungen sind im wesentlichen durch die Stofftransportvorgänge an der Phasengrenzfläche sowie die Vermischung der reaktiven Spezies im Blasennachlauf und der Kernströmung bestimmt, welche wiederum eng an die Hydrodynamik und Reaktionskinetik gekoppelt sind. Im Rahmen einer studentischen Arbeit soll der Stoffübergang und die Vermischung der reaktiven Spezies modelliert und ihr Einfluss auf Ausbeute und Selektivität bestimmt werden.

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Kipping, Ragna

Requirements

• Studium der Verfahrenstechnik, des Chemie-Ingenieurwesens oder ähnlicher Fachrichtung
• Kenntnisse in Matlab von Vorteil
• strukturierte und selbstständige Arbeitsweise

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Investigating the effects of surface roughness on the microlayer evaporation of nucleated bubbles

Student practical training / Master theses

Evaporation of microlayer is one of main contributions to the bubble growth. The microlayer is a micro meter scale thin liquid layer underneath a nucleated bubble over heated surface. Heat transfer surface characteristics play a crucial role in the formation and the vaporization of this layer. The effects of surface characteristics, especially the roughness effects on the microlayer thickness did not receive that much research interest. The present study aims to predict the surface roughness effects on the initial microlayer thickness during the microlayer formation and it’s contribution to the bubble growth. An experiment will be performed in a borosilicate glass vessel. Bubbles will generate from artificial cavity on a laser treated stainless steel surface. The laser treated surfaces will influence the microlayer formation and bubble growth. An empirical expression will be developed to capture the initial microlayer thickness as a function of surface roughness profile (height in this work).

Investigation process: experimental and numerical

- Capturing nucleated bubble of degassed deionized water using high-speed imaging techiques for different heaters
- Processing the captured results using image processing tools
- Consideration of uncertainities related to experiment and data processing
- Analyzing experimental data setup
- Numerical calculation of associated heat transfers using MATLAB
- Development of an empirical correlation based on experimental data.

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Sarker, Debasish, Dr. Ding, Wei

Requirements

• Academic studies in the field of process engineering, chemical engineering, mechanical engineering or comparable fields of study.
• Knowledge in heat and mass transfer phenomena
• Expertise in MATLAB or similar coding

Conditions

• Literature research – nucleate bubble dynamics
• Experiment using imaging techniques
• Processing the experimental results
• Analyzing the results

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Potential for a German ammonia economy

Student practical training / Bachelor theses / Master theses / Diploma theses

As part of the Energiewende, the Institute for Fluid Dynamics at the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) is adapting energy intensive processes for the production of chemicals to be supplied only with electricity from renewable resources.
Ammonia is the second most produced chemical worldwide and the basis of all nitrogen-based fertilizers. It has also been proposed as an energy carrier alternative to hydrogen. Ammonia produced using renewable resources is more expensive than the conventional one, but it compares favorably to hydrogen and other energy storage technologies such as lithium ion batteries.
The objective of the thesis is to evaluate the economic feasibility of producing ammonia using renewable energies in Germany (or any other European country).

Task:
• Production costs of renewable hydrogen and ammonia.
• Production costs of other H and N based-fuels: ammonium hydroxide and urea, methanol.
• Distribution costs for the aforementioned fuels.
• Wells-to-wheels economic assessment.

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Dr. Rodriguez Garcia, Gonzalo, Dr. Kryk, Holger, Prof. Dr. Hampel, Uwe

Requirements

• Student of Chemical or Process Engineering, Energy Technology (Renewable Energy Systems), Business Engineering or similar.
• High level of English.

Conditions

• 4-6 Months
• Starting as soon as possible

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Feasibility of a renewable powered N-fertilizer pro-duction in Germany

Student practical training / Bachelor theses / Master theses / Diploma theses

As part of the Energiewende, the Institute for Fluid Dynamics at the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) is adapting energy intensive processes for the production of chemicals to be supplied only with electricity from renewable resources.
Ammonia is the second most produced chemical worldwide and the basis of all nitrogen-based fertilizers. Novel production paths include the combination of Haber-Bosch synthesis and water electrolysis as well as solid state ammonia synthesis.
The objective of the thesis is to evaluate the technical feasibility of operating an ammonia production facility using one of the aforementioned technologies in combination with a renewable energy source.

Tasks:
• Collect data on ammonia production using renewable energies.
• Conduct an energy balance of a wind farm/solar farm capable of covering all electricity and N-fertilizer needs.
• Evaluate the combined use of battery storage and wind turbines for an island grid.
• Assess the feasibility of producing fertilizers other than ammonia using also renewable energies.

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Dr. Rodriguez Garcia, Gonzalo, Dr. Kryk, Holger, Prof. Dr. Hampel, Uwe

Requirements

• Student of Chemical, Process or Electrical Engineering, Energy Technology (Renewable Energy Systems) or similar.
• Experience with Aspen Plus, ChemCAD or similar is not required, but desirable.
• High level of English.

Conditions

• 4-6 Months
• Starting as soon as possible

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Characterization of Chemical Composition of Ores and Concentrates

Master theses / Diploma theses / compulsory internship / volunteer internship

Within the framework of a project dealing with the extraction of Rare Earth Metals, three ores enriched with these elements are prepared and the leach solutions resulting therefrom are provided for testing a new extraction agent. The major challenge is the exact characterization of the ores and the concentrates obtained from them. For a successful accomplishment of this task, the appropriate choice of an optimal analytical method for the respective element and an optimal digestion method are of decisive importance. To determine the optimal digestion method, different methods (acid digestion, melt digestion) are applied to solid samples and geochemical standards, and the results are compared with each other for the evaluation of the digestion results. To determine the optimal analytical methods for each element, the samples are analyzed for comparison as solids (FRA, AAS, MLA) as well as liquid solutions with different dilution factors (ICP-OES, ICP-MS).

Department: Metallurgy and Recycling

Contact: Prof. Dr. Scharf, Christiane, Balinski, Adam

Requirements

• Very good Bachelor's degree (or equivalent) in chemistry
• Basic knowledge in the field of analytical chemistry
• Careful and exact operation
• Safe handling of chemicals
• Very good knowledge of English
• Own initiative and teamwork

Links:

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Experimentelle Labor-Untersuchungen zur Zink-korrosion in borsäurehaltigen Kühlmittellösungen sowie zur späteren Abscheidung von Zinkboraten an Heißstellen im Kühlkreislauf

Student practical training / compulsory internship

Allgemeine Beschreibung:
Das Institut für Fluiddynamik im Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) beschäftigt sich unter anderem mit Fragen der Optimierung der Si-cherheit von Notkühlsystemen, welche bei Störfällen in AKW’s zum Einsatz kommen.
Im Rahmen eines hierzu derzeit laufenden Forschungsprojektes soll u.a. mit Hilfe von Versuchen im Labormaßstab untersucht werden, wie schnell Zinkbleche oder verzinkte Stahlteile in üblichen borsäurehaltigen Kühlmittellösungen von Kernkraftwerken korrodieren.
Weiter soll ermittelt werden, ob und wie stark sich dabei gebildete Zinkborate später an Heißstellen des so simulierten Notkühlkreislaufes abscheiden können und ob es dadurch zu Verblockungen in Kühlkanälen kommen könnte.
Die Versuchsreihen sollen hauptsächlich in einer für diese Zwecke bereits aufgebauten Labor-Versuchsanlage durchgeführt werden. Dabei sollen die Einflüsse verschiedener Parameter wie unterschiedliche zeitliche Temperaturverläufe oder Strömungsgeschwindigkeiten mit berücksichtigt werden, welche aus Abschätzungen zu verschiedenen Störfall-Szenarien von Kernkraft-werken bekannt sind.
Für die Durchführung und Auswertung dieser Versuche werden solide chemische und technische Grundkenntnisse benötigt. Selbstverständlich erfolgt dazu eine gründliche Einarbeitung und fachliche Betreuung durch zuständige Mitarbeiter der Arbeitsgruppe.
Die Arbeitsgruppe Verfahrenschemie der Abteilung Experimentelle Thermo-fluiddynamik bietet für einen Studenten der Studiengänge Chemie-Ingenieurwesen, Chemie, Physik, Verfahrenstechnik oder ähnlicher fachlicher Ausrichtung eine Praktikumstätigkeit mit den Schwerpunkten technische, analytische und physikalische Chemie.

Mögliche Aufgaben:
• Durchführung und Auswertung von Laborexperimenten mit einer Versuchsanlage zur Untersuchung der Zinkkorrosion in borsäurehaltigen Kühlmittellösungen.
• Untersuchungen zur Geschwindigkeit der Zinkauflösung/ Zinkfrei-setzung in Abhängigkeit verschiedener, zeitlich veränderlicher Parameter wie Temperatur, Strömungsverhältnisse oder Änderungen in der Kühlmittelchemie.
• Parallel dazu die Untersuchung von Zinkboratabscheidungen an Heißstellen in der kombinierten Labor-Versuchsanlage

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Dr. Kryk, Holger, Dr. Harm, Ulrich

Requirements

• Student(in) der Studiengänge Chemieingenieurwesen, Chemie, Phy-sik, Verfahrenstechnik oder ähnlicher fachlicher Ausrichtung.
• Hohe Genauigkeit und Sorgfalt bei der Arbeit.
• Fleiß und Freude am experimentellen Arbeiten.

Conditions

Nach Vereinbarung, möglich ab Februar 2017 oder später.

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Simulation of charged particle trajectories for AMS and Super-SIMS

Student practical training / Master theses / Diploma theses / compulsory internship / volunteer internship

Accelerator-based mass spectrometry is an ultra-sensitive technique for analysing long-lived radionuclides (accelerator mass spectrometry, AMS) or stable elements without (trace element AMS, TEAMS) or with spatial resolution (secondary ion mass spectrometry, Super-SIMS).
The two key issues for a successful instrument are: a) high ion output from the ion source and b) high transmission through the system.
A first step in developing new systems or improving existing systems is the simulation of charged particle trajectories within the ion source and along the pathway up to the particle detector. For this task we are looking for a student in our group.

Department: Analytics

Contact: Dr. Renno, Axel

Requirements

· You study physics or material's sciences
· You have programming skills (e.g. LabVIEW, JAVA)
· You have skills in simulating charged particle trajectories and field analysis
· You have skills in designing and application of charged particle optics
· You have skills in creating accurate three dimensional schematics and algebraic and computational analysis
· You are interested in working in an interdisciplinary team at a large-scale facility
· You are interested in applied sciences
· You show initiative and good teamwork skills

Links:

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Synthesis and characterization of isotope specific 'in-house standards' for the analysis of boron and aluminium in very low concentrations in SiO2-phases by secondary ion mass spectrometry

Student practical training / Master theses / Diploma theses / compulsory internship / volunteer internship

Secondary Ion Mass Spectrometry (SIMS) is a microanalytical method with a very good lateral and depth resolution combined with excellent limits of detection as well as a weak degree of destruction.
However, the method is very matrix sensitive and requires matrix adapted reference materials. Actually there are no certified reference materials available for mineralogical studies. Therefore most SIMS labs use so-called ‘in-house ’ standards.
For the analysis of SiO2-phases doped silica glasses may be used. Ion implantation has proven its worth as a robust method of doping. The aim of the work is the production and characterization of such ‘in-house’ standards for 10B, 11B and 27Al.

Department: Analytics

Contact: Dr. Renno, Axel

Requirements

•You study geosciences, chemistry, physics or material's sciences
•You are interested in mineralogical and analytical problems
•You are interested in modern analytical techniques
•You show initiative and good teamwork skills

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Mehrphasen-CFD Simulation verfahrenstechnischer Apparate

Bachelor theses / Master theses / Diploma theses / Student Assistant / compulsory internship

Die Anwendung von Methoden der CFD („Computational fluid dynamics“) für Scale-up und Intensivierung verfahrenstechnischer Prozesse bietet die Möglichkeit, Energie- und Ressourcen-effiziente Lösungen zu identifizieren, deren Untersuchung mit konventionellen halb-empirischen Methoden kostspielig und langwierig wäre. Für disperse mehrphasige Systeme ist eine solche Simulation im großtechnischen Maßstab im Rahmen der Euler-Euler Beschreibung möglich, in der die Prozesse auf der Skala einzelner Blasen bzw. Partikel modelliert werden.
Die Arbeit baut auf einem am HZDR entwickelten Baseline-Modell für die Hydrodynamik von Blasenströmungen auf, welches bereits für etliche Testfälle validiert wurde. Die Gültigkeit dieses Modells soll nun für einen breiteren Anwendungsbereich nachgewiesen werden, z.B. Blasenströmungen in Rohren, Blasensäulen, Rührkesseln oder Varianten dieser Apparate mit Einbauten. Ggf. sind geeignete Modellerweiterungen zu betrachten. In unserer Arbeitsgruppe bestehen langjährige Erfahrungen mit der Simulations-Software ANSYS CFX. Damit sind beste Voraussetzungen für ein zügiges Gelingen gegeben.
Die durchzuführenden Arbeiten umfassen:
• Aufarbeitung experimenteller Daten zur Modellvalidierung
• Durchführung von Simulationsrechnungen
• Auswertung und Dokumentation der Ergebnisse
• ggf. weiterführende Literaturrecherche und Implementierung neuer Modelle

Department: Computational Fluid Dynamics

Contact: Dr. Rzehak, Roland

Requirements

• Kenntnisse in Strömungsmechanik
• Erfahrung mit ANSYS CFX ist von Vorteil, kann aber bei entsprechendem Einsatz auch erworben werden
• Englischkenntnisse in Schrift und Wort
• Freude am wissenschaftlichen Arbeiten

Conditions

• Bearbeitungszeit: 4-6 Monate
• Beginn: ab sofort
• Vergütung der Arbeit

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Erweiterung und Validierung von Simulationsmodellen für Mehrphasenströmungen in OpenFOAM

Bachelor theses / Master theses / Diploma theses / Student Assistant / compulsory internship

Die Anwendung von Methoden der CFD („Computational fluid dynamics“) für Scale-up und Intensivierung verfahrenstechnischer Prozesse bietet die Möglichkeit, Energie- und Ressourcen-effiziente Lösungen zu identifizieren, deren Untersuchung mit konventionellen halb-empirischen Methoden kostspielig und langwierig wäre. Eine solche Simulation im großtechnischen Maßstab ist im Rahmen der Euler-Euler Beschreibung möglich, in der die Prozesse auf der Skala einzelner Blasen modelliert werden.
Ein zu diesem Zweck am HZDR entwickeltes Baseline-Modell für disperse Blasenströmungen wurde bereits in OpenFOAM v2.4 implementiert und für verschiedene Strömungsformen validiert. Zur Verbesserung der Vorhersagegenauigkeit sollen nun verschiedene Modifikationen bzw. Erweiterungen der Modellierung getestet werden. Ein Vergleich mit experimentellen Daten erfolgt anhand von Testfällen für Rohrströmungen und Blasensäulen die auch schon in den bisherigen Untersuchungen genutzt wurden.
Die durchzuführenden Teilaufgaben umfassen:
• Portierung der bisherigen Modellierung nach OpenFOAM 4.0
• Implementierung von Modellvarianten
• Durchführung von Simulationsrechnungen
• Auswertung und Dokumentation der Ergebnisse
• Diskussion der erzielten Übereinstimmung

Department: Computational Fluid Dynamics

Contact: Dr. Rzehak, Roland

Requirements

• Kenntnisse in Strömungsmechanik
• Kenntnisse in der Programmierung in C++ oder C
• Erfahrung mit OpenFOAM ist von Vorteil, kann aber bei entsprechendem Einsatz auch erworben werden
• Englischkenntnisse in Schrift und Wort
• Freude am wissenschaftlichen Arbeiten

Conditions

• Bearbeitungszeit: 4-6 Monate
• Beginn: ab sofort
• Vergütung der Arbeit

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Experimental visualisation of particle-bubble interactions

Student practical training / Bachelor theses / Master theses / Diploma theses

Froth flotation is a separation process which plays a major role in the mining industry. Bubble-particle interactions are the very heart of this process, largely used for the capture of valuable commodities such as rare earth metals. The Institute of Fluid Dynamics of the research centre Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (Germany) is making a bold move towards investigating the capture of mineral particles by rising bubbles. The Institute seeks a student to deploy high-speed imaging techniques and to observe the collision and attachment of particles falling on a bubble surface.

Tasks:
•Literature survey on particle attachment to bubble surface and froth flotation
•Visualisation with a high-speed camera of the attachment of falling solid particles on the surface of bubble
•Image processing of particle-bubble interactions

Duration: 6 Months

Financial compensation: yes

Language course: The HZDR offers German courses free of charge (not compulsory)

International applications: Yes, we welcome international applicants. It is preferable if the present internship is a compulsory part of your studies.

References
[1] Lecrivain G., et al., Attachment of solid elongated particles on a gas bubble surface. International Journal of Multiphase Flow 71, p. 83-93, 2015
[2] Lecrivain G., et al., Direct numerical simulation of a particle attachment to an immersed bubble. Physics of Fluids 28, 083301, 2016

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Dr. Lecrivain, Gregory

Requirements

•Interest in fluid mechanics
•High level of autonomy
•Enthusiasm for experimental work

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Experimentelle Einzelblasenmessungen zur Erweiterung numerischer Zweiphasensimulationen

Student practical training / Bachelor theses / Student Assistant

Numerische Strömungssimulationen (CFD) bieten in zunehmendem Maße eine Alternative zur experimentellen Optimierung und Verbesserung sowohl bestehender als auch neuartiger industrieller Prozesse oder Produkte, wofür ansonsten kostspielige und zeitaufwendige Versuchs- und Pilotanlagen verwendet werden. Während die Simulation einphasiger Strömungen stabile und
zuverlässige Vorhersagen erlaubt, sind aufgrund der Komplexität und der Vielzahl an zusätzlichen Wechselwirkungen solche numerischen Untersuchungen für mehrphasige Strömungen bisher nur für ausgewählte Fälle validiert und sinnvoll.

Um die Anwendbarkeit numerischer Mehrphasensimulationen zu erweitern, werden am Institut für Fluiddynamik des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf videometrische Untersuchungen von in Flüssigkeit aufsteigenden Einzelblasen durchgeführt, um Phasenwechselwirkungsphänomenequantitativ zu erfassen und besser zu verstehen. Für die Durchführung und Analyse dieser
Experimente an einem bestehenden Versuchsstand werden Studentinnen und Studenten der Studienrichtungen Verfahrenstechnik, Maschinenbau o.ä. gesucht. Die Tätigkeiten können als studentische Hilfskraft, Belegarbeit/Studienarbeit oder Bachelorarbeit mit Vergütung durchgeführt werden. Die Arbeiten werden in einer Gruppe mit intensiver Betreuung am HZDR angefertigt.

Department: Computational Fluid Dynamics

Contact: Heßenkemper, Hendrik

Requirements

• Begonnenes Studium der Verfahrenstechnik, Chemieingenieur, Maschinenbau o.ä.
• Interesse am experimentellen Arbeiten
• Gute englisch Sprachkenntnisse
• Programmiererfahrungen (z.B. Matlab) sind von Vorteil

Conditions

• Beginn: ab sofort
• Vergütung der Arbeit
• Bearbeitungszeit: min. 1 Monat

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Experimente zu horizontalen Mehrphasenströmungen

Student practical training / Bachelor theses / Master theses / Diploma theses / Student Assistant

Foto: Flow regimes in horizontal pipes ©Copyright: Paul PorombkaIn der Auslegung von hocheffizienten Wärmetauschern werden aufwändige empirische Verfahren zunehmend durch die numerische Strömungssimulation ("Computational Fluid Dynamics", CFD) abgelöst. Während CFD für Einphasenströmungen bereits ein etabliertes Auslegungs- und Optimierungswerkzeug ist, wird CFD für Mehrphasenströmungen erst in wenigen spezialisierten Anwendungsfeldern genutzt und ist Gegenstand der aktuellen Forschung. Das Institut für Fluiddynamik forscht auf dem Gebiet der Modellentwicklung für die Simulation von Zweiphasenströmungen allgemeiner Topologie in Wärmetauschern. Hierfür sind verlässliche Validierungsdaten erforderlich, die in eigenen Experimenten gewonnen werden. Zur Unterstützung dieser experimentellen Arbeiten suchen wir zum nächstmöglichen Zeitpunkt studentische Mitarbeiter/innen. Thema und Umfang der Tätigkeit können in Absprache mit dem/der Studenten/in den Erfordernissen der jeweiligen Abschlussarbeit angepasst werden. Eine Bearbeitung als studentische Hilfskraft ist ebenfalls möglich. Die studentische Arbeit umfasst folgende Tätigkeitsfelder:
• Aufbau und Umbau von Strömungsversuchen
• Mitwirkung bei Messkampagnen mit optischer, tomographischer und konventioneller Mehrphasenmesstechnik
• Auswertung von Messdaten, Entwicklung von Methoden zur Datenauswertung
• Vergleich mit etablierten Modellen

Department: Computational Fluid Dynamics

Contact: Porombka, Paul

Requirements

• experimentelles Geschick
• Grundkenntnisse Messtechnik
• gute Kenntnisse der Strömungsmechanik, Interesse an Mehrphasenströmungen
• Beherrschen einer Programmier-/Skriptsprache (vorteilhaft: Matlab/Octave oder Python)

Conditions

• Bearbeitungszeit: 4-6 Monate
• Beginn: ab sofort
• Vergütung der Arbeit
• Dokumentation der Arbeit

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Auswertung von Experimenten zur Untersuchung des Übergangs vom Blasen- zum Filmsieden

Bachelor theses / Master theses / Diploma theses

Siedevorgänge spielen in verfahrenstechnischen Prozessen eine zentrale technologische und wirtschaftliche Rolle. Eine zuverlässige und präzise Beschreibung dieser Phänomene ist von entscheidender Bedeutung für die Sicherheit und Effizienz industrieller Anlagen.
Die Beschreibung von komplexen Wärmeübergangsprozessen mit Methoden der Strömungssimulation gewinnt zunehmend an Bedeutung. Zur Unterstützung der Softwareentwicklung für die Beschreibung des Übergangs von Blasen- zu Filmsieden werden am HZDR Kältemittelexperimente im Bereich sehr hoher Wärmeströme durchgeführt. Für die Messungen werden eine Infrarotkamera und ein ultraschneller Röntgentomograph eingesetzt.
• Mitwirkung an Versuchsserien.
• Auswertung von Prozess- und Bilddaten.
• Aufstellen von Energiebilanzen.
• Entwicklung von Methoden zur Bilddatenverarbeitung.
• Automatisierung der Auswertung der gewonnenen Daten.
• Vergleich der Versuchsergebnisse mit etablierten Modellen.

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Geißler, Thomas

Requirements

• Studium im Bereich Verfahrenstechnik, Chemieingenieurwesen, Maschinenbau, Physik.
• Kreative Problemlösefähigkeiten.
• Integrationswille in eine bestehende Arbeitsgruppe.
• Sicherer Umgang mit Bürosoftware, Kenntnisse Programmierung.

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Untersuchung der Fluiddynamik von Zweiphasenströmungen in Kolonnen mit Anstaupackungen

Student practical training / Bachelor theses / Master theses / Diploma theses / Student Assistant

In der chemischen Industrie werden Kolonnen mit strukturierten Packungen häufig eingesetzt. Eine Möglichkeit den Kontakt zwischen Gas- und Flüssigkeitsphase zu intensivieren, bieten Anstaupackungen. Durch die Kombination von Packungen mit unterschiedlicher geometrischer Oberfläche entstehen verschiedene Strömungsbilder (Blasenströmung, Sprudelschicht, Filmströmung), was sich positiv auf die Durchmischung der Phasen auswirkt.

An einer bereits vorhandenen Versuchsanlage soll die spezielle Fluiddynamik von Anstaupackungen charakterisiert werden. Der Flüssigkeitsinhalt und die Verteilung der beiden Phasen im Querschnitt werden mittels der am HZDR entwickelten ultraschnellen Röntgentomographie ermittelt. Desweitern erfolgen Messungen des Druckverlusts in verschiedenen Höhen der Kolonne.

Im Rahmen einer studentischen Arbeit sollen umfangreiche Messungen an der Versuchsanlage durchgeführt werden. Das Anfertigen einer Beleg- oder Abschlussarbeit ist nach Absprache möglich.

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Sohr, Johanna

Requirements

• Studium der Verfahrenstechnik, des Chemie-Ingenieurwesens oder ähnlicher Fachrichtung
• Freude am experimentellen Arbeiten
• Kenntnisse im Bereich der Datenauswertung mittels Matlab von Vorteil
• strukturierte und selbstständige Arbeitsweise

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experiments on optical velocimetry (PIV/PTV) in solidifying salt solutions

Student practical training / Bachelor theses / Master theses / Student Assistant

Foto: Konvektionsmesszelle ©Copyright: HZDR PressephotographSowohl für industrielle Gießprozesse, als auch in der astrophysikalischen Erklärung der Entstehung von Magnetfeldern von Planeten und Monden spielen thermische Konvektionsprozesse bei gleichzeitiger Erstarrung der Lösung/Schmelze eine fundamentale Rolle. Gegenstand der Experimente am HZDR ist es, die Wechselwirkungen zwischen Konvektion und Kristallisation in einer Salzlösung zu quantifizieren. Dies geschieht mittels zweier optischer Geschwindigkeitsmessverfahren -Particle Image Velocimetry (PIV) und Particle Tracking Velocimetry (PTV).
Zur Unterstützung der experimentellen Arbeiten suchen wir zum nächstmöglichen Zeitpunkt eine/n studentische/n Mitarbeiter/In. Inhalt der Arbeit ist die Durchführung von Erstarrungs-/Konvektionsexperimenten in einer bestehenden Messzelle sowie die Aufnahme von Bildsequenzen mittels CCD-Kamera. Daran schließt sich eine digitale Bildverarbeitung sowie die quantitative Analyse mittels PIV und PTV an. Die Steuerung der Laborgeräte sowie die digitale Auswertung geschieht unter Zuhilfenahme der Programmiersprachen Python und Bash.

Department: Magnetohydrodynamics

Contact: Anders, Sten, Dr. Eckert, Sven

Requirements

interest in fluid mechanics, measurement technology, image processing and crystallization
intermediate diploma or similar in mechanical engineering, material science, physics or electrical engineering
experimental skills
basic knowledge in the presentation of experimental results
basic knowledge in Python, Bash or some equivalent programming language
after a phase as an internship/SHK, the possibility of preparing a final thesis or project report is given

Conditions

start: immediately
payment as student assistant (SHK)
exact working time is negotiable (but at least two days per week)

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Tracking of autonomous, flow following sensor particles

Master theses / Diploma theses / Student Assistant

Foto: AutoSens_StirredReactor ©Copyright: fwdf (Mailgruppe)Autonomous flow following sensor particles are used for acquisition of spatially distributed process parameters in industrial processes, such as biogas digesters, waste water treatment basins or bioreactors. The task is focussed on the development of algorithms for reconstruction of the 3D movement trajectory of sensor particles based on data from the onboard inertial sensors, namely acceleration, angular rate and magnetic field, and an additional sensor for vertical position as function of the hydrostatic pressure. A favored approach is based on inertial navigation techniques that apply Bayes filters, e.g. Kalman filters, to fuse the sensor data. The developed algorithms are to be validated experimentally.

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Dr. Reinecke, Sebastian

Requirements

• study programs in the fields of electrical engineering, mechatronics, mechanical engineering and related degree programs
• fundamentals of digital signal analysis, Bayes' filters, Kalman-filters, rigid body motion
• experimental skills
• data analysis in Matlab, Octave or C/C++
• self-regulating, independent work methods

Conditions

Master/Diplom:
- 2-3 months of orientation/training is mandatory
student assistent:
- part time work is possible

Links:

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Magnetfeld-Beeinflussung paramagnetischer Ionen in wässrigen Lösungen

Bachelor theses / Master theses / Diploma theses / Student Assistant

Im Zentrum der Forschungsaktivitäten der Abteilung Magnetohydrodynamik des Institutes für
Fluiddynamik am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf steht die Untersuchung und Nutzung der
Wechselwirkungen zwischen Strömungen elektrisch leitfähiger Flüssigkeiten und magnetischen
Feldern.
Ein interessanter Aspekt sind hierbei Kraftwirkungen inhomogener magnetischer Felder auf
magnetisierbare Teilchen in Flüssigkeiten, welche beispielsweise zum Mischen einer Suspension
oder zum Separieren von Teilchen aus einer Lösung genutzt werden können. Aktuelle
Forschungsaktivitäten untersuchen insbesondere das Verhalten paramagnetischer Ionen in
wässrigen Flüssigkeiten, die interessante Anwendungen z.B. in der hydrochemischen Verarbeitung
von Seltene-Erden-Metallen eröffnen könnten. Im Rahmen eines internationalen Kooperations-
projektes werden hierzu derzeit sowohl numerische als auch experimentelle Arbeiten im
Labormaßstab durchgeführt.
Dem Charakter der angestrebten studentischen Mitarbeit entsprechend werden aus dem
beschriebenen Umfeld der Forschungsaufgabe passende experimentelle oder numerische
Teilaufgaben definiert.

Institute: Institute of Fluid Dynamics

Contact: Dr. Mutschke, Gerd

Requirements

Vorkenntnisse der Strömungsmechanik sind erforderlich; bei der
Einarbeitung in das interdisziplinäre Umfeld werden Sie natürlich unterstützt.

Conditions

Umfang ca. 6 Wochenstunden. Die Vergütung der studentischen Tätigkeit erfolgt entsprechend der HZDR-Richtlinien.

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Thermo- /Fluiddynamic Properties for Liquid Metal Batteries

Student Assistant / Research Assistant

Foto: Experimental Liquid Metal Battery ©Copyright: Flüssigmetallbatterie Abteilung MagnetohydrodynamikIn contrast to conventional batteries, Liquid Metal Batteries feature all liquid anodes anodes (alkaline or alkaline earth metal), cathodes (transition metal or metal) and electrolytes (molten salts) at a temperature between 400 °C and 600 °C.
To simulate internal flow and the general thermochemical performance of the batteries, a couple of fluid properties like density, viscosity and heat capacity are needed for each of the cell material. The task is to collect the data (literature research), to arrange them in a database and to program functions in Python for the further use in simulations.
It is possible to continue the work on the topic in form of a project work or a final thesis.

Department: Magnetohydrodynamics

Contact: Dr. Nimtz, Michael

Requirements

Studies of chemistry, mech. engineering or physics
Good English
Helpful: simple programming experience, basic knowledge of thermodynamics and fluiddynamics

Conditions

Approx. 10 h/week
Home office possible (weekly meeting at HZDR)
Duration: open-end (4 months minimum)
Start: immediately
Paid according to personal preconditions
Final thesis possible

Links:

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Charakterisierung des Stofftransports in einer Blasenströmung anhand tomographischer Daten

Student practical training / Master theses / Diploma theses / Student Assistant / compulsory internship

Blasensäulen sind aufgrund ihrer einfachen Bauweise ein beliebter Reaktortyp in der chemischen Industrie. Vor allem die Hydrodynamik und der Stofftransport in Blasensäulen sind für den Umsatz und die Selektivität chemischer Reaktionen von Bedeutung. In einer Blasenströmung wurden Messungen mit der ultraschnellen Röntgentomographie zum Stofftransport durchgeführt, welche nun genauer analysiert werden sollen. Ziel ist es charakteristische Größen für den Stofftransport und die Hydrodynamik zu extrahieren. Dazu sind vorhandene Auswertealgorithmen anzupassen und ggf. zu erweitern.

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Kipping, Ragna

Requirements

Online application

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Student assistant at the DeltaX School Lab

Student Assistant

Foto: SommerferienForscherWoche im Schülerlabor DeltaX ©Copyright: Jana GrämerDas Schülerlabor DeltaX macht die Forschung am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf für Schülerinnen und Schüler erlebbar. Für ihre Betreuung und Unterstützung beim Experimentieren suchen wir Studierende, die Freude an der Vermittlung von Naturwissenschaften, Forschung und Technik haben. Bewerben Sie sich als studentische Hilfskraft im Schülerlabor DeltaX und werden Sie Teil eines jungen und aufgeschlossenen Teams.

Das Schülerlabor DeltaX bietet Schulklassen Experimentiertage zu den Themen:
- „Licht und Farbe“ (Klassen 5-10)
- „Magnetismus und Materialforschung“ (ab Klasse 10)
- „Radioaktivität und Strahlung“ (ab Klasse 9)

Department: Communication & Media Relations

Contact: Dr. Streller, Matthias, Gneist, Nadja

Requirements

- Studium eines naturwissenschaftlichen Faches
- Verbleibende Studiendauer mind. 2 Semester
- Freude an der Vermittlung von Naturwissenschaften und Forschung
- Gute bis sehr gute Noten

Conditions

- 5 - 10 h / Woche an ganzen Wochentagen
- Beginn der Einstellung nach Vereinbarung

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Convection in liquid metal batteries

Student practical training / Bachelor theses / Master theses / Diploma theses

Foto: Convection in liquid metal batteries ©Copyright: Dr. Norbert WeberLiquid metal batteries (LMBs) consist of a stable density stratification of two liquid metals, separated by a liquid salt electrolyte. They are a strong candidate for stationary energy storage in the electric grid. In order to build large cells, fluid dynamics in LMBs must be known. In frame of project work or a master thesis, an already available solver has to be validated. Especially the natural convection due to the strong heating of the electrolyte layer shall be investigated.

Depending on the interest of the candidate, other work on liquid metal batteries is possible, too. Please send your application directly via email to ensure a fast answer.

Department: Magnetohydrodynamics

Contact: Dr. Weber, Norbert

Requirements

• studies of informatics, chemistry, mechanical engineering, physics or similar
• good marks
• helpful: knowledge of C++, Linux, simulations (FVM)

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Untersuchungen der Hydrodynamik von dispersen Zweiphasenströmungen in komplexen Geometrien

Student practical training / Diploma theses / Student Assistant

Zweiphasenströmungen sind ein wesentlicher Bestandteil industrieller Anwendungen im Bereich der Wärmeübertragung, der chemischen Industrie oder der Kraftwerkstechnik. Häufig weisen die durchströmten Komponenten solcher Anlagen komplexe geometrische Bedingungen auf. Für einen sicheren und effizienten Betrieb ist die genaue Kenntnis der Hydrodynamik der resultierenden Strömungsvorgänge von essentieller Bedeutung. Dafür sollen experimentelle Untersuchungen mittels der ultraschnellen Röntgentomographie an einer thermohydraulischen Versuchsanlage durchgeführt werden. Ziel ist es einen Beitrag zur Beschreibung komplexer Strömungsvorgänge zu liefern.

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Neumann, Martin

Requirements

• Studium des Chemie-Ingenieurwesen, Verfahrenstechnik, oder ähnlichen Ingenieurstudiengängen
• Kenntnisse im Bereich der Datenauswertung mit Matlab von Vorteil
• Freude am experimentellen Arbeiten

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Development of a proton beam stable embedding agent for minerals

Student practical training / Master theses / Diploma theses / compulsory internship / volunteer internship

Particle induced X-Ray Emission (PIXE) is a rarely used mineralogical analytical method. PIXE is used for laterally resolved detection and quantification of trace elements. The limits of detection are considerably better compared to the electron probe micro analysis (EPMA).
The Ion Beam Analysis Group at the Helmholtz-Institute Freiberg for Resource Technology uses several PIXE methods in close collaboration with the Ion Beam center (IBC) of the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf to analyse minerals. We use a PIXE micro beam device as well as a new detector type a pnCCD detector, a so-called X-ray colour camera.
The analysis of minerals, embedded in epoxy resin like particle mounts or thin sections is greatly affected by instability under the influence of the proton beam. On this account a new embedding agent on a mineral base is necessary to develop.

The objective of the thesis is a systematic literature research for potential embedding agents on a mineral base as well as the validation of beam stability of these materials.

Department: Analytics

Contact: Dr. Renno, Axel

Requirements

Diploma or Master's thesis for earth scientist (mineralogy or geochemistry), analytical chemistry or materials sciences:
you are interested in mineralogical / crystal chemical problems
you are interested in modern analytical techniques
initiative and good teamwork skills

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Parallelisation of an algorithm for projection data reassignment

Student practical training / Bachelor theses / Student Assistant

With the spatial high resolution gamma-ray computed tomography measurement system for high energy gamma radiation (662 keV) dense objects with up to a diameter of 700 mm can be no-destructively analysed with an in-plane resolution of approximately 2 mm. The available single core C++ program (32-bit compiler) has to be analysed concerning parallelisation, i.e. multi core CPU and/or many core GPU) and has to be optimised.

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Requirements

- Handling with CUDA (NVIDIA)
- Handling with LINUX UBUNTU
- Advanced mathematic knwoledge

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Implementation of a performance optimized ray reassignment algorithm

Student practical training / Bachelor theses / Student Assistant

With the available ultrafast X-ray electron beam computed tomography scanner of the HZDR up to 8000 non-superimposed cross-sectional images can be contactless obtained per second. For an effective implementation of standard reconstruction algorithms a ray reassignment must be performed on GPUs.

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Requirements

- Handling with CUDA (NVIDIA)
- Handling with LINUX Ubuntu
- Advanced mathematic knowledge

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A new coating procedure for minerals to be used for ultratrace element determination with SIMS

Student practical training / Master theses / Diploma theses / compulsory internship / volunteer internship

Nonconductive mineralogical samples, to be analysed by Secondary Ion Mass Spectrometry (SIMS) for ultratrace elements must be coated by a very thin conductive layer to prevent charging. Gold is used in most instances due to its high purity. For ultratrace element determination in the field of mineral and metallic resources we try to avoid a contamination of the sample chamber by gold. Consequently other materials on the basis of doped ultrapure silicon have to be tested for their suitability.
The thesis is focused on the basic feasibility of such coatings and the characterization of the coating regarding evenness, coating thickness, and electrical conductivity.
The coating experiments and the characterization will be systematically conducted for several groups of minerals like sulfides, oxides and silicates.

Department: Analytics

Contact: Dr. Renno, Axel

Requirements

Diploma or Master's thesis for earth scientist (mineralogy or geochemistry), analytical chemistry or physics:
you are interested in mineralogical / crystal chemical problems
you are interested in modern analytical techniques
initiative and good teamwork skills

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Liquid mixing and mass transfer measurements in a bubble column reactor with internals

Student practical training / Bachelor theses / Master theses / Diploma theses

Bubble column reactors are apparatuses of choice regarding multiphase flows/reactions in the chemical process industry. Processes like the Fischer-Tropsch-synthesis are typically carried out in a bubble column reactor. Since most of the reactions are of exothermic nature, the produced heat has to be sufficiently removed to guarantee a stable reactor operation. Therefore, longitudinal flow heat exchanging tubes, which alter the flow behavior of the phases and cover a large portion of the reactor’s cross sectional area, are inserted into the bubble column reactor. For a secure construction of a bubble column with an internal tube bundle heat exchanger, its influence on hydrodynamic, mass transfer and liquid mixing needs to be investigated.

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Möller, Felix

Requirements

• Student of Process or Chemical Engineering, Technical Chemistry or comparable fields of study
• Enthusiasm in experimental work
• Knowledge in plant commissioning and mass transfer phenomena are welcome, but not compulsory
• Knowledge in Matlab for data acquisition

Conditions

• Literature research in the field of bubble column reactors with internals and measurement techniques
• Investigation of liquid mixing and mass transfer in bubble columns with internals using oxygen proebes and wire-mesh sensors
• Measurement of mass transfer in bubble column with internals
• Model development for bubble columns with internals, maybe compartment modeling

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Untersuchung des Einflusses von Regularisierungsmethoden auf Bildrekonstruktionsalgorithmen

Student practical training / Bachelor theses / Master theses / Diploma theses

Bei der tomographische Bildrekonstruktion muss ein diskretes inverses Problem gelöst werden, wofür algebraische Methoden wie zum Beispiel ART und CG-Verfahren verwendet werden können. Dabei spielt die Regularisierung, die den Einfluss von Diskretisierungsfehler und Messdatenrauschen auf die Lösung beschränkt, eine entscheidende Rolle. Deren Einfluss auf die Bildrekonstruktion von Röntgen- und Gamma-CT-Messdaten soll untersucht werden. Dazu sind folgende Teilaufgaben zu lösen:
• Implementierung verschiedener Regularisierungsmethoden
• Anwendung der Programme auf Messdaten
• Parameterstudien um die Regularisierungsmethoden für die Messdatensätze zu optimieren.

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Wagner, Michael, Dr. Bieberle, Martina

Requirements

• Programmierkenntnisse in MATLAB
• Grundkenntnisse zur numerischen Behandlung linearer Gleichungssysteme

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Hydrodynamische Charakterisierung einer Wirbelschicht anhand tomographischer Bilddatensätze

Student practical training / Bachelor theses / Master theses / Diploma theses

Foto: ROFEX CAD ©Copyright: Dr. Frank BarthelDie Hydrodynamik von Wirbelschichten ist Gegenstand der Forschung, um die Modellierung und Simulation granularer Prozesse weiter zu verbessern. Dazu wurden Untersuchungen mit ultraschneller Röntgentomographie an einem experimentellen Wirbelschichtaufbau durchgeführt und Informationen über den Phasengehalt und Gasblasengrößen extrahiert. In einer vertieften Analyse sollen nun weitere charakteristische Größen bestimmt und u.a. folgende Teilaufgaben gelöst werden:
• Anpassung vorhandener Bildverarbeitungsalgorithmen an die Anforderungen der beschriebenen Problemstellung
• Entwicklung einer Systematik zur Parameterextraktion
• Implementierung der Algorithmen und Auswertung der Datensätze

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Dr. Bieberle, Martina

Requirements

• Studium der Mathematik, Informatik oder einer Ingenieurwissenschaft
• Programmierkenntnisse in MATLAB und C/C++
• Vorkenntnisse in Bilddatenverarbeitung sind hilfreich

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Laterally resolved chemical analysis for silver in feldspar minerals and glasses of feldspar composition by means of Particle Induced X-Ray Emision (PIXE) – limits of detection

Master theses / Diploma theses / compulsory internship / volunteer internship

The substitution of silver for the alkali ions (Me+) in feldspar minerals and glasses of feldspar composition is promoted by the very similar chrystal chemical properties of the Ag+ ion. In the framework of the bachelor thesis the fitness for all threee PIXE methods in use at the IBC for the laterally resolved analysis of silver is to be tested

Department: Analytics

Contact: Dr. Renno, Axel, Dr. Munnik, Frans

Requirements

• you are a student of geoscience, chemistry or materials sciences
• you are interested in mineralogical / crystal chemical problems
• you are interested in modern analytical techniques
• initiative and good teamwork skills

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