Practical trainings, student assistants and theses

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System modeling, analyses and optimization of sCO2 power cycles for the conversion of waste heat sources. (Id 220)

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

The replacement of conventional steam power cycles by supercritical carbon dioxide (sCO2) power cycles can significantly increase the power density and efficiency as well as reduce the cost of such systems. Since the cycle can be operated at a wide range of temperatures, heat sources at lower temperature can be applied, e.g. waste heat sources. The optimum architecture of the sCO2 power cycle is a crucial design process, in order to achieve highest efficiency and minimum system complexity. However, the architecture depends strongly on the temperature and heat quantity of the waste heat source. Therefore different heat sources need to be analyzed and categorized towards temperature and heat quantity. Furthermore the major components of a sCO2 power cycle and the corresponding efficiency should be studied. Based on this research a sCO2 power cycle should be modelled in the system code Aspen Plus, while a variation of the heat source and heat quantity should be considered. The results and the sensitivity of the model need be analyzed. Finally the model will be optimized according to the intended waste heat source in terms of efficiency and complexity.

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Unger, Sebastian, Dr. Rodriguez Garcia, Gonzalo

Requirements

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

Conditions

6 month, start immediately

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Implementierung eines Algorithmus zur Auswertung der unvollständigen Gamma-Funktion in OpenFOAM (Id 219)

Student Assistant / Volunteer internship

Foto: Sketch for binary breakup on non-uniform grids ©Copyright: Liao et al. (2018)Mehrphasige Strömungen - also solche bezeichnet man Strömungen bestehend aus mehreren Stoffen, beispielsweise Luft und Wasser - spielen in der Industrie eine große Rolle. Anwendungen findet sich vorwiegend in der Chemie- und Verfahrenstechnik oder im Bereich der Energietechnik, u.a. bei der Kühlung von Kraftwerken.

Die experimentelle Untersuchung der Strömungsbedingungen im Inneren von technischen Apparaten ist auch heutzutage ein schwieriges Unterfangen und nicht immer möglich. Eine kostengünstige Alternative, um zumindest einen qualitativen Eindruck über die vorherrschende Hydrodynamik zu bekommen, sind numerische Simulationen (CFD). Zentraler Bestandteil einer solchen numerischen Simulation ist die Möglichkeit zur Vorhersage der Größenverteilung der Blasen, inklusive der Beschreibung der Blasenwachstums- und Zerfallsvorgänge.

Gegenstand dieser Arbeit ist die Erweiterung der OpenSource C++ Bibliothek OpenFOAM. Die Beschreibung des Blasenzerfalls soll mittels des Modell von Luo and Svendsen (1996) erfolgen, welches derzeit als Stand der Technik gilt. Das vorgeschlagene Modell beinhaltet allerdings ein Integral, welches über die sogenannte unvollständige Gamma-Funktion ausgedrückt werden kann. Diese Funktion ist aktuell nicht in OpenFOAM enthalten und muss demzufolge hinzugefügt werden.

Die ausgeschriebene Arbeit beinhaltet folgende Punkte:

- Literaturrecherche zu bereits existierenden Implementierungen der unvollständigen Gamma-Funktion, z.B. Didonato and Morris (1986)
- Implementierung einer geeigneten Variante in die OpenSource C++ Bibliothek OpenFOAM
- Validierung der Implementierung gegen bestehende Implementierungen, beispielsweise der Boost Bibliothek
- Evaluierung der Performance
- Anwendung für die Simulation von Blasenzerfall in bestehenden OpenFOAM Setups (optional)

Didonato and Morris (1986). Computation of the Incomplete Gamma Function Ratios and Their Inverse. ACM Trans Math Softw 12, 377-93.

Luo and Svendsen (1996). Theoretical Model for Drop and bubble-Breakup in Turbulent Dispersions. AIChE Journal 42, 225-1233.

Department: Computational Fluid Dynamics

Contact: Dr. Schlegel, Fabian

Requirements

Studium Maschinenbau, Verfahrenstechnik oder Informatik, Programmiererfahrung, vorzugsweise mit C++, Interesse an wissenschaftlichem Rechnen und Mathematik

Conditions

Beginn jederzeit möglich, geplante Dauer ca. 3 Monate (Verlängerung möglich)

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Designing a wire-mesh sensor for industrial applications (Id 218)

Student practical training / Bachelor theses / Student Assistant / Compulsory internship / Research Assistant

Foto: CAD drawing indWMS ©Copyright: Martin TschofenWire-mesh sensors were developed at HZDR for measuring multiphase flows with high spatial and temporal resolution. Today they are applied worldwide at partner institutions in the scientific environment. The current research at the Institute of Fluid Dynamics aims at further development of an online measuring system for industrial application. However, the environmental and operational conditions of the target market (chemical and petrochemical industry, but also e.g. solar power stations with direct evaporation) generate stringent requirements that need to be met by the design of the system. Therefore, on the basis of preliminary work, a new and robust sensor design for high temperature and high pressure applications has to be realized while taking into account available manufacturing technologies at the same time. Furthermore, additional components need to be inserted into the system. To support this work we are searching for a motivated student assistant (m/f).

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Wiedemann, Philipp, Schleicher, Eckhard

Requirements

- studies in mechanical or process engineering
- knowledge in theory of design, manufacturing and material technology
- confident handling of CAD software, preferably Inventor or AutoCAD

Conditions

- start immediately
- customizable amount of work according to type of activity

Links:

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Image processing to determine the size and velocity distribution of drops in annular flows (Id 217)

Bachelor theses / Master theses / Diploma theses

Foto: graphical abstract student position ©Copyright: Paul PorombkaThe modelling of disperse two-phase flows in Computational Fluid Dynamics is the subject of a current research project of the Institute of Fluid Dynamics at the HZDR. To validate these numerical methods, image data were obtained from experiments on horizontal droplet flows of air and water (refer to Figure).
For the comparison with the simulation the image data is to be automatically evaluated with regard to size and speed distributions.
Existing program libraries (ImageJ/Fiji, SciKit-Image, Matlab Image Processing Toolbox) are to be used for this purpose.
To support this work we are searching for student assistant. The candidate will be responsible for the following tasks:

• literature study on noise filtering and edge detection techniques
• preprocessing of image data (background subtraction, normalisation, noise filtering)
• edge detection and determination of drop size / velocity
• binning and averaging to calculate distribution functions
• validation of the method by means of image data of particles of known size
• documentation of the results

Requirements of the respective university can be accounted for after consultation.

Department: Computational Fluid Dynamics

Contact: Porombka, Paul

Requirements

• interest in fluid mechanics , especially multiphase flows
• good command of a programming/scripting language (preferably Python, Java, Matlab)
• ideally experienced in the field of image processing

Conditions

• duration: 4-6 months
• start date: as of now
• compensation for expenses

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Entwicklung einer Handsteuerung für Kondensatorladegeräte (Id 216)

Student practical training

Foto: Display ©Copyright: Nick WinklerDie Handsteuerung eines Kondensatorladegerätes soll modernisiert werden. Das Kondensatorladegerät wird zur Untersuchung von Materialeigenschaften verwendet und erzeugt hohe Spannungen für das Laden von Kondensatoren.

Die Entwicklung der Handsteuerung beinhaltet unter anderem folgende Themen:
- Hardwareentwicklung (Schaltungsentwurf)
- Spezifikation/Recherche von Gehäuse-Optionen
- Softwareentwicklung (Mikrocontroller, Ansteuerung Display)

Institute: Department of Research Technology

Contact: Winkler, Nick, Wagner, Nicole

Requirements

- Grundkenntnisse Elektrotechnik
- Grundkenntnisse C

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Numerical simulation of adiabatic two-phase flow in horizontal elbow bends (Id 215)

Bachelor theses / Master theses / Diploma theses / Compulsory internship

Foto: flow morphologies ©Copyright: Dr. Thomas HöhneThe transport of fluids is an essential part of many different industrial processes. Particularly gas-liquid flows play an important role in the field of power plant technology, pipeline design, multi-phase reaction engineering and separation processes such as distillation or extraction units.
The flow morphology, the degree of dispersion and the phase fraction are important input parameters for the design of downstream process equipment. In contrast to two-phase flow in vertical and horizontal two-phase flow the influence of complex pipe modifications on the flow is not well described.
Numerical methods are usually used to obtain detailed 3D information on the characteristics of the flow parameters, while simultaneously being flexible towards geometries and operational conditions.

This work aims on implementing gas-liquid two-phase flow in elbow bends using CFX.

Tasks:
• Literature analysis on two-phase CFD modelling in pipes
• Implementation of a gas-liquid two-phase flow in elbow bend using CFX
• Flow simulation and characterization of the two-phase flow up- and downstream of the bend; comparison with available experimental data

Institute: Institute of Fluid Dynamics

Contact: Döß, Alexander, Dr. Höhne, Thomas

Requirements

• Background in process engineering, chemical engineering, mechanical engineering or related disciplines.
• Knowledge in the field of fluid dynamics or modelling are desirable

Conditions

Process time: 4 - 8 months
Start immediately

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Synthesis of Upconverting Nanoparticles as biomedicinal imaging probes (Id 213)

Master theses / Diploma theses / Student Assistant / Compulsory internship / Volunteer internship / Research Assistant

Foto: Dalton Transaction Cover ©Copyright: Dalton Transaction CoverThe Department of Radionuclide Theragnostics (https://www.hzdr.de/db/Cms?pNid=2629) offers a position for the following topic: "Synthesis of Upconverting Nanoparticles as biomedicinal imaging probes" The position will be available from mid of January 2019. The employment contract is flexible, but limited to a maximum of 3 months for full-time position. The topic can be part of master thesis.

Upconverting nanoparticles (UCNPs) are lanthanide-doped photoluminescent nanomaterials, which exhibit the upconversion of photons. They absorb two or more near-infrared photons and emit them to higher energy. Due to their excellent (long-lived and anti-Stokes) luminescence properties, low cytoxicity and photostability, UCNPs are promising candidates for biomedical applications acting as luminescent imaging probes. The colour output can be easily tuned by lanthanide ions (“activators”). In addition, a tailor-made surface functionalisation strategy gives not only the opportunity to make them water-dispersible but also to attach tumour-specific molecules (e.g. peptides, antibodies,…).

The work aims to provide ultrasmall upconverting nanoparticles (<10 nm) using well-established protocols from our group– with focus on the size, luminescence properties and stability. Our group (https://www.hzdr.de/db/Cms?pNid=499) offers years of experience and excellent skills dealing with the synthesis, characterisation as well as surface functionalisation startegies of nanoparticles.

We are looking forward to your application!

Department: Radionuclide Theragnostics

Contact: Dr. Kubeil, Manja

Requirements

• Degree in chemistry with good marks
• Experimental skills in synthesis and characterization of nanoparticles
• Experience with Schlenk-technique/ working under inert atmosphere
• personal commitment, ability to work in a team
• good written and oral communication skills in English

Conditions

• Flexible working hours
• Full- or part-time possible

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Beiträge zur Weiterentwicklung der ultraschnelle Röntgencomputertomografie (Id 212)

School practical training / Master theses / Diploma theses

Die im Institut für Fluiddynamik am HZDR entwickelte Ultraschnelle Röntgencomputertomografie wird bei der Beforschung von Strömungsvorgängen auf einer Vielzahl von Themengebieten als berührungsloses, bildgebendes Messverfahren genutzt. Dabei wird mit Hilfe eines freien Elektronenstrahls, der durch Magnetfelder im Vakuum geführt wird, eine um das Messobjekt rotierende Röntgenstrahlungsquelle erzeugt. Aus den vom Detektor synchron aufgenommenen Projektionsdatensätzen werden 2D-Schnittbildsequenzen der Schwächungsverteilung im Messobjekt mit hoher räumlicher und sehr hoher zeitlicher Auflösung generiert. In den letzten Jahren wurden die bestehenden ROFEX-Scanner stetig verbessert. Gleichwohl besteht Entwicklungspotential im Bereich des Monitorings der Röntgenquellposition, d.h. des Fokuspunkts des Elektronenstrahls, da dieser sehr empfindlich auf Störeinflüsse, wie zum Beispiel parasitäre Magnetfelder, reagiert. Schlussendlich wäre eine aktive, dynamische Nachjustage des Elektronenstrahls das Entwicklungsziel.
Im Rahmen dieser Arbeit sollen zunächst Konzepte für ein in-situ Strahlbahnmonitoring entwickelt und bewertet werden. Für das erfolgversprechendste Konzept soll ein Realisierungsvorschlag bis hin zur Auslegung notwendiger Komponenten erarbeitet werden. Ein praktischer Test ist wünschenswert, wenn in der Zeit möglich.

Teilaufgaben:
• Theoretische Entwicklung der Monitoring-Konzepte / Literaturstudium
• Grundsätzliche Berechnungen; evtl. Simulationen
• Aufbau eines Demonstrators bzw. Test am ROFEX-Scanner

Infos zu ROFEX-Scanner: https://www.hzdr.de/db/Cms?pOid=30242&pNid=0

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Dr. Barthel, Frank

Requirements

• Studium der Elektrotechnik/Physik/Maschinenbau
• Strukturierte, selbstständige Arbeitsweise
• Technische Kreativität und Gestaltungswille
• Fundierte Kenntnisse in Automatisierung und Konstruktion

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Beiträge zu innovativen Konzepten für die ultraschnelle Röntgencomputertomografie (Id 211)

Student practical training / Master theses / Diploma theses

Die im Institut für Fluiddynamik am HZDR entwickelte Ultraschnelle Röntgencomputertomografie wird bei der Beforschung von Strömungsvorgängen auf einer Vielzahl von Themengebieten als berührungsloses, bildgebendes Messverfahren genutzt. Dabei werden aus Projektionsdatensätzen 2D-Schnittbildsequenzen mit hoher räumlicher und sehr hoher zeitlicher Auflösung generiert. In den letzten Jahren wurden die bestehenden ROFEX-Scanner stetig verbessert. Gleichwohl besteht ein hohes Entwicklungspotenzial im Bereich der Röntgenstrahlungserzeugung.
Im Rahmen dieser Arbeit sollen Schlüsselexperimente auf dem Gebiet der schnell gepulsten Röntgenstrahlungserzeugung geplant und durchgeführt werden.

Teilaufgaben:
• Literaturstudium zu gesteuerter bzw. provozierter Feldemission
• Grundsätzliche Berechnungen; evtl. Simulationen
• Aufbau eines Demonstrators und Experimente zur getakteten Erzeugung von Röntgenstrahlung

Infos zu ROFEX-Scanner: https://www.hzdr.de/db/Cms?pOid=30242&pNid=0

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Dr. Barthel, Frank

Requirements

• Studium der Elektrotechnik/Physik/Maschinenbau
• Strukturierte, selbstständige Arbeitsweise
• Technische Kreativität und Gestaltungswille
• Konstruktionsfähigkeiten

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Software development for contactless inductive flow tomography (Id 210)

Student practical training / Student Assistant / Volunteer internship / Research Assistant

Foto: Magneto-hydrodynamics: Steel Casting Using Magnetic Fields (Picture: AIFilm) ©Copyright: AI FilmsContactless inductive flow tomography (CIFT) is a method developed at the HZDR for determining the three-dimensional flow structure of hot, electrically conductive melts (such as molten steel). For this purpose, the flowing melt is excited with an externally applied magnetic field and the resulting flow induced magnetic field is measured. The induced magnetic field is superimposed by the excitation magnetic field and must be separated from it by suitable means of digital signal processing. The global flow profile is calculated from the induced magnetic field using software developed at HZDR.

Both the software for signal acquisition and processing and the algorithm for flow reconstruction are implemented in C++ in two different programs. Depending on your interest, your task is the further development of one of the two programs. In both cases, maintaining highest numerical accuracy is crucial. In addition, good code quality is to be aimed at. If there is interest, a program can be developed in Python to visualize the measurement data in real time.

Department: Magnetohydrodynamics

Contact: Dr. Wondrak, Thomas, Ratajczak, Matthias

Requirements

- student of electrical or machine engineering, computer science or physics
- good C++ skills
- basic knowledge of Python
- able to work independently, thoroughly and systematically

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Multi-objective optimization of the design and the operation of liquid metal batteries (Id 205)

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

Foto: Study of a liquid metal battery module ©Copyright: Dr. Michael Nimtz, ©Michael NimtzIn contrast to conventional batteries, Liquid Metal Batteries feature all liquid anodes (alkaline or alkaline earth metal), cathodes (transition metal or metal) and electrolytes (molten salts) at a temperature between 400 °C and 600 °C.
The technical design of a liquid metal battery system (elctrodes, electrolyte, current collector, cell container and electrical and mechanical connections) and the operational parameter of such a system are connected in a complex manner and need to fulfil a number of auxiliary conditions.
For such a system, a multi-objective optimization shall be implemented and applied. He goal is to optimize the whole system in terms of energy efficiency, material usage and overall size for arbitrary power ratings/capacities and different load cycles.
Starting point is an existing model of a battery system in Python.

Department: Magnetohydrodynamics

Contact: Dr. Nimtz, Michael, Dr. Weier, Tom

Requirements

Study of mechanical engineering, physics, mathematics or similar
Basic knowledge of engineering principles.
Good knowledge of a programming language, preferably python.

Conditions

Start: October 2018
Duration: 4-6 months

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Looking for treasures inside rocks: from 2D to 3D (Id 204)

Bachelor theses / Master theses / Diploma theses

Foto: 3D visualization of a sulfide vein with disseminated gold ©Copyright: HZDR/ Jose Godinho2-dimensional imaging of surfaces is the preferred method to analyse the microstructure of rocks for industrial and academic research. The main advantages of 2D imaging are the high resolution and the possibility to analyse the chemical and phase composition of surfaces. However, it is inaccurate to extrapolate bulk quantitative information from the inside of a rock based on just looking at its surface.
This project aims to develop the first experimental procedures to correlate quantitative 3D imaging (computed tomography, CT) with high resolution chemical 2D imaging (e.g. electron microscopy, SEM / MLA, and spectroscopy). You will gain hands on experience on these techniques and sample preparation. You are expected to develop the experimental workflow and to optimize the image analysis to achieve the best correlation between 2D and 3D imaging. This correlation will allow you to identify the valuable minerals and their 3D properties inside rocks from mining sites and ore processing plants.

Department: Analytics

Contact: da Assuncao Godinho, Jose Ricardo, Dr. Renno, Axel

Requirements

- Student of geology, mineralogy, material sciences or related areas
- Good spoken and written English
- Enthusiasm for experimental lab. work
- Creativity and desire to do new things

Conditions

- start any time

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Programmierung einer Tellerradsteuerung mit TwinCAT 3 (Id 203)

Student practical training / Bachelor theses

Foto: LE-Implanter 1Am Zentrum für Ionenstrahlphysik wird eine bestehende Implantationskammer modernisiert. Für die Instrumentierung wird ein Steuerungssystem der Firma Beckhoff verwendet, welches eine Vakuumsteuerung und die Steuerung eines Tellerrades mit einem Servo-Motor realisieren soll.
Die Arbeit umfasst u.a. folgende Themen:
- Einbindung von Anlagen-I/O in die Steuerung
- Programmierung von Abläufen für das Vakuum
- Ansteuerung des Motors und Anfahren von dedizierten parametrierbaren Positionen
- Realisierung einer benutzerfreundlichen Visualisierung direkt auf der Steuerung
- Test und Inbetriebnahme der Steuerung

Institute: Department of Research Technology

Contact: Wagner, Nicole

Requirements

- Grundlagen der Automatisierungstechnik
- Programmiererfahrung im Bereich SPS-Steuerungen (vorzugsweise TwinCAT)

Conditions

- Bearbeitungszeit: 4-6 Monate
- Beginn: ab sofort

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Simulation of ion optical behaviour of ions in the mass range between 1 and 300 amu during coupling of a SIMS instrument with a tandem accelerator (Id 200)

Master theses / Diploma theses

Actually, a Super-SIMS-Set-up is developed at the HZDR Ion Beam Centre (IBC) by connecting a conventional SIMS-source (SIMS = Secondary ion mass spectrometry) to a 6 MV tandem accelerator. Due to the acceleration of the extracted secondary ions to MeV-energies and their charge reversal from negative to positive ions, Super-SIMS can reach about 2 to 3 orders of magnitude lower detection limits (up to 10-12 or ppt, highly depending on analyte and matrix) as conventional SIMS.
The CAMECA 7fauto SIMS spectrometer is coupled by means of a 30 kV potential to the 6MV tandem accelerator. This potential is needed to fulfil the acceptance conditions of the accelerator. The beam transfer from the SIMS, seen as an ion source, to the entrance lens differs individually for every type of ion (mass and energy) and needs to be studied systematically.
The aim of the thesis is a systematic survey of all possible negative secondary ions (masses 1 – 300) in the energy range of the connection ion optics. The method of simulation will be SIMION® (http://simion.com/) an ion optical modelling and calculation software.

Department: Analytics

Contact: Dr. Renno, Axel, Dr. Rugel, Georg

Requirements

• interest in modern analytical techniques
• student of physics
• experiences in simulation calculations
• You show initiative and good teamwork skills

Conditions

start: immediately

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Ion beam transport calculations for Super-SIMS project (Id 199)

Master theses / Diploma theses

Actually, a Super-SIMS-Set-up is developed at the HZDR Ion Beam Centre (IBC) by connecting a conventional SIMS-source (SIMS = Secondary ion mass spectrometry) to a 6 MV tandem accelerator. Due to the acceleration of the extracted secondary ions to MeV-energies and their charge reversal from negative to positive ions, Super-SIMS can reach about 2 to 3 orders of magnitude lower detection limits (up to 10-12 or ppt, highly depending on analyte and matrix) as conventional SIMS. To understand and optimize the ion-optics needed for these challenging project calculations should be performed. All the existing hardware at the IBC, like einzel lenses, quadrupoles, magnets have to be implemented in the calculation. The tool to perform and visualize the ion optic calculations will be LIMIOPTIC (www.limioptic.de), which was built for the CologneAMS (http://www.cologneams.uni-koeln.de/) system similar to the setup DREAMS at the IBC. The results of these calculations have to be compared with real machine settings and used for improvement of the transmission parameters of the whole system.

Department: Analytics

Contact: Dr. Renno, Axel, Dr. Rugel, Georg

Requirements

• interest in modern analytical techniques
• student of physics
• experiences in simulation calculations
• You show initiative and good teamwork skills

Conditions

start: immediately

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Simulation of the critical time line of ions in the mass range between 1 and 300 amu in a Super-SIMS setup (Id 198)

Master theses / Diploma theses

Actually, a Super-SIMS-Set-up is developed at the HZDR Ion Beam Centre (IBC) by connecting a conventional SIMS-source (SIMS = Secondary ion mass spectrometry) to a 6 MV tandem accelerator. Due to the acceleration of the extracted secondary ions to MeV-energies and their charge reversal from negative to positive ions, Super-SIMS can reach about 2 to 3 orders of magnitude lower detection limits (up to 10-12 or ppt, highly depending on analyte and matrix) as conventional SIMS.
The basis for a coordinated control software between ion source (SIMS instrument), accelerator and the detectors of the high-energy mass spectrometer is a sound knowledge of the flight time of ions in the mass range between 1 and 300 amu and the complete energy range on the low and high-energy side.
The aim of the thesis is the establishment of a small software tool which allows the simulation of the critical time line of given ions in a broad range of ion optical conditions. The simulation should base on ion optical simulations done with the LIMIOPTIC (www.limioptic.de) and SIMION® (http://simion.com/) codes.
It is the intention that the software tool runs either independently or could be integrated in the future control software of the Super-SIMS.

Department: Analytics

Contact: Dr. Rugel, Georg

Requirements

• interest in modern analytical techniques
• student of physics or informatics
• programming skills
• You show initiative and good teamwork skills

Conditions

start: immediately

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Smart actuation system for flow following µAUV particles for industrial process environments (Id 175)

Master theses / Diploma theses / Compulsory internship

Foto: flow following sensor particle ©Copyright: Dr. Sebastian ReineckeSmart 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 aim of the work is the development of an actuator concept for sensor µAUV-particles for the automatic adjustment of buoyancy (buoyancy) and for buoyancy maneuvers under the condition of small size, minimum energy consumption and high reliability. For this, alternative physical and chemical mechanisms should be considered based on the existing electromechanical solution. There are suitable variants to implement and test. Furthermore, the development of sensor intelligence for the actuators in the sensor particles is an essential part of the task. The developed concepts have to be validated experimentally.

We cordially invite you to an on-site conversation to introduce the topic and to agree on further details. Do not hesitate to contact us, because the way is worth it for you.

What can you expect:

In our department, we offer you an attractive work environment to expand your personal and professional skills. The insight into the diverse R&D projects of the department in the areas of sensor and measuring technology as well as energy and process engineering (among others) and the excellent technical equipment of the laboratories offer optimal conditions for this. The possibility of close contact with competent experienced colleagues plays a central role. As part of student work, we have pursued the approach of structured supervision and associated constructive feedback. This includes regular meetings with your supervisor and intermediate presentations in the form of informal "workshop reports" in the extended audience of interested individuals of the department in order to optimally support you in the successful completion of your project. Furthermore, we are open to support outstanding candidates in their continuing academic qualification, such as in doctoral scholarships or in current or upcoming R&D projects.

Subject-related task spectrum:

• Establishment of the scientific and technical principles of mechanical, physical and chemical principles of action for embedded, actuating components
• Concept development for actuators for taring of sensor particles
• Development of sensor intelligence for situation-dependent, automatic buoyancy, for buoyancy maneuvers and for recovery
• Selection, purchase/ composition and comparison of solution variants
• Minimization of size and energy consumption
• Increased reliability when used in particle-loaded biological substrates
• Development of firmware taking into account existing function routines based on an embedded system with 32-bit data structure (e.g. STM32)
• Conception and realization of suitable test scenarios
• Characterization and comparison of implemented variants with regard to accuracy of taring and reliability in long-term use

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Dr. Reinecke, Sebastian

Requirements

• Studies in electrical engineering, mechatronics, mechanical engineering and similar engineering courses
• Experience in design and (micro) actuator systems
• Experience in programming microcontrollers for embedded systems (e.g. STM32)
• Experience in control electronics for microdrives and board design for embedded systems
• Fundamentals of (micro) actuator systems, movement of rigid bodies, measurement uncertainties, digital signal processing
• Data analysis optionally in Matlab, Octave or C / C ++
• Independent, self-responsible working method

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Intelligent inertial position tracking for flow following sensor particles in industrial process environments (Id 174)

Master theses / Diploma theses / Compulsory internship

Foto: AutoSens_StirredReactor ©Copyright: fwdf (Mailgruppe)Smart 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 aim of the work is the development of a software-based reconstruction of the motion trajectory of the sensor particles based on the measured signals of the inertial sensors (acceleration, rate of rotation and magnetic field) as well as a sensor for pressure / immersion depth. For this purpose, available inertial sensors with electronics (to be also developed) are to be characterized and appropriate algorithms for position tracking, preferably from the field of inertial navigation (submersible robot, μAUV, multicopter), to be implemented. The developed concepts have to be validated experimentally.
We cordially invite you to an on-site conversation to introduce the topic and to agree on further details. Do not hesitate to contact us, because the way is worth it for you.

What can you expect:

In our department, we offer you an attractive work environment to expand your personal and professional skills. The insight into the diverse R&D projects of the department in the areas of sensor and measuring technology as well as energy and process engineering (among others) and the excellent technical equipment of the laboratories offer optimal conditions for this. The possibility of close contact with competent experienced colleagues plays a central role. As part of student work, we have pursued the approach of structured supervision and associated constructive feedback. This includes regular meetings with your supervisor and intermediate presentations in the form of informal "workshop reports" in the extended audience of interested individuals of the department in order to optimally support you in the successful completion of your project. Furthermore, we are open to support outstanding candidates in their continuing academic qualification, such as in doctoral scholarships or in current or upcoming R&D projects.

Subject-related task spectrum:

• Establishment of the scientific and technical fundamentals for the characterization of inertial sensors and position tracking algorithms
• Setting up the sensor specification for use with flow following devices in the process industry
• Selection, procurement and comparison of relevant inertial measurement units
• Implementation and testing of appropriate position tracking algorithms based on data from an inertial measurement unit
• Concept and design of electronics with microcontroller for the operation and characterization of inertial measurement units
• Development and implementation of firmware for the microcontroller
• Conception and realization of suitable test scenarios for the characterization of inertial measuring units
• Characterization and comparison of relevant inertial measuring units with regard to the measurement uncertainties of the position tracking of sensor particles

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Dr. Reinecke, Sebastian

Requirements

• Studies in electrical engineering, mechatronics, mechanical engineering and similar engineering courses
• Experience in board design for embedded systems
• Experience in programming microcontrollers for embedded systems (e.g. STM32)
• Fundamentals of Digital Signal Processing, Bayesian Filters, Kalman Filters, Rigid Body Motion, Measurement Uncertainties
• Experimental skills
• Data analysis optionally in Matlab, Octave or C / C ++
• Independent, self-responsible working method

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Development of new absorber layers for concentrated solar tower plants (Id 173)

Bachelor theses / Master theses / Diploma theses

Foto: solar power plant by Abengoa ©Copyright: AbengoaTurmkraftwerke stellen die neueste Generation von Anlagen zur solarthermischen Elektroenergieerzeugung dar. Extrem konzentriertes Sonnenlicht wird dabei auf einen zentralen Absorber gerichtet, der die Wärme auf eine Wärmeträgerflüssigkeit überträgt. Zur Erhöhung des Wirkungsgrades von Turmkraftwerken muss die Arbeitstemperatur des Wärmeträgers von derzeit maximal 550°C auf 800°C erhöht werden. Dafür benötigt man neuartige Absorberschichten, deren Funktionalität unter den herrschenden Bedingungen 25 Jahre lang erhalten bleibt.

Inhalte dieser Abschlussarbeit sollen primär die gezielten PVD-Abscheidungen und deren Charakterisierungen mit modernsten in situ und ex situ Analysemethoden sein. Zur Abscheidung stehen verschiedene PVD-Verfahren zur Verfügung.

Department: Nanocomposite Materials

Contact: Dr. Krause, Matthias

Requirements

1. Studium der Werkstoffwissenschaften, Physik oder Chemie
2. Interesse und Freude an experimenteller wissenschaftlicher Arbeit
3. Gute Kenntnisse in Programmierung und Datenverarbeitung
4. Fließendes Englisch

Conditions

Beginn: 1.1.2018 (frühestens), internationale Forschungsumgebung, ortsübliche Aufwandsentschädigung

Die Arbeit wird im Rahmen eines EU-RISE-Projektes (GA 645725) in Zusammenarbeit mit 4 Partnern im EU-Ausland angefertigt.

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Liquid flow characterization on distillation column trays (Id 169)

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

Distillation is highly important in chemical process industries, as 95% of the worldwide separations use this technology in large industrial columns. Increasing energy costs and higher awareness for environmental concerns motivate towards the optimization of the performance of tray columns. Flow and mixing patterns in the tray columns have strong influence on their separation performance. Plug flow is considered ideal, while any deviations from plug flow are referred as non-idealities that are detrimental to the tray efficiency.
Mathematical models are used to assess the flow patterns and predict the tray efficiency. For this purpose, precise identification of the flow patterns and the hydraulic parameters at high spatio-temporal resolution is a prerequisite. An in-house developed sensor specifically designed for the cross-flow trays will be used in three-dimensional framework. Proper sensor calibration and data processing is essential for the accuracy of the measurements. Further, the flow visualization and determination of the hydraulic parameters need to be achieved through MATLAB scripts.

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Vishwakarma, Vineet

Requirements

1. Academic studies in chemical engineering, process engineering or similar field, with reasonable understanding of mathematics and distillation columns.
2. Enthusiasm for experimental work, with good interpersonal skills.
3. Programming skills: MATLAB.

Conditions

The candidate can start at the earliest. The duration of the project can be up to 6 months. The candidate will be invited for interview and discussion, or may be asked to give a short presentation before the selection.

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Entwicklung eines digitalen Lock-in-Verstärkers auf FPGA-Basis (Id 166)

Student practical training

Foto: Lock-in amplifier ©Copyright: Bert LangeDas Prinzip des Lock-In-Verstärkers erlaubt es empfindliche Messgeräte zu realisieren. Im vorliegenden Projekt soll die Umsetzung auf Basis digitaler Signalverarbeitung im FPGA erfolgen. Dabei sollen u.a. Erfahrungen bezüglich erreichbarer Performance und des nötigen Implementierungsaufwandes gewonnen werden.

Institute: Department of Research Technology

Contact: Lange, Bert

Requirements

- Studium der Elektrotechnik oder Informatik
- Interesse an digitaler Signalverarbeitung
- Grundkenntnisse im Einsatz von FPGAs
- Grundkenntnisse VHDL erforderlich

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Bestimmung von Geschwindigkeitsfeldern aus tomographischen Bilddaten mittels Kreuzkorrelation (Id 164)

Bachelor theses / Master theses / Diploma theses

Foto: ROFEX CAD ©Copyright: Dr. Frank BarthelAm Institut für Fluiddynamik am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf sind zahlreiche Messverfahren für die Untersuchung von Mehrphasenströmungen entwickelt worden. Eines davon ist die ultraschnelle Elektronenstrahl-Röntgen-Computertomographie, welche mit Aufnahmeraten von bis zu 8000 Bildern pro Sekunde eine dedizierte Aufklärung von Strömungsstrukturen erlaubt. Aufgrund der quasi simultanen Aufnahme von Bilddaten aus zwei Messebenen ergibt sich zudem die Möglichkeit, axiale Geschwindigkeiten zu bestimmen, wofür üblicherweise Kreuzkorrelationsverfahren verwendet werden. Im Rahmen dieser Arbeit sollen die Möglichkeiten dieser Methodik in Hinblick auf die Bestimmung von Geschwindigkeitsfeldern in verschiedenen Strömungsszenarienn analysiert werden.

Folgende Teilaufgaben sind zu lösen:
• Studie zu verschiedenen Varianten der Kreuzkorrelation
• Simulation verschiedener Szenarien und Bewertung der Genauigkeit
• Übertragung der Ergebnisse auf reale Messungen

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Dr. Bieberle, Martina

Requirements

• Studium der Informatik, Mathematik oder einer Ingenieurwissenschaft
• Interesse an Messverfahren und Datenanalyse
• Selbständiges Arbeiten

Conditions

Bearbeitungszeit 4 bis 6 Monate

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Analytische und numerische Vorhersage von magnetohydrodynamischen Grenzflächeninstabilitäten in Flüssigmetallbatterien (Id 161)

Master theses / Diploma theses / Research Assistant

Foto: Simulierte Grenzflächenwellen in der Flüssigmetallbatterie ©Copyright: Gerrit Maik HorstmannDer vermehrte Ausbau erneuerbarer Energien in Deutschland erfordert mit zunehmender Wichtigkeit die Integration effizienter stationärer Netzspeicher, da Solar- und Windenergie wetterbedingt stark fluktuieren. Adäquate Netzspeicher sollten in der Lage sein, möglichst kostengünstig überschüssige Energie punktuell zu speichern und nach Bedarf wieder in das Stromnetz zu speisen. Ein vielversprechender Kandidat für diese Anforderungen sind Flüssigmetallbatterien. Flüssigmetallbatterien bestehen aus zwei flüssigen Metallen (z. B. Na, Bi), welche durch einen ebenso flüssigen Elektrolyten (z. B. NaCl) getrennt sind. Alle drei Phasen schwimmen übereinander. Beim Entladen gibt das Na ein Elektron ab, wandert als Ion durch den Elektrolyten und legiert mit dem unteren Metall zu NaBi.
Um Flüssigmetallbatterien kostengünstig betreiben zu können, müssen sie möglichst groß gebaut werden. Dadurch werden sie jedoch anfällig für diverse Strömungsinstabilitäten wie thermischer Konvektion oder Elektrowirbelströmungen, welche den sicheren Batteriebetrieb gefährden und im schlimmsten Fall zum Aufreißen des Elektrolyten (Kurzschluss) führen können.
Als besonders signifikant haben sich in den letzten Jahren Grenzflächeninstabilitäten in den Elektrolyt-Metall Grenzflächen herauskristallisiert, welche von magnetohydrodynamischen Wechselwirkungen getrieben werden und rotierende Grenzflächenwellen in der Batterie anregen (siehe Abbildung).
Im Rahmen dieser Master- oder Diplomarbeit sollen die einzelnen destabilisierenden Mechanismen, je nach Neigung des Bewerbers, analytisch und/oder numerisch erfasst und quantifiziert werden, um Stabilitätskriterien zur Gewährleistung der Betriebssicherheit von Flüssigmetallbatterien abzuleiten. Dafür sollen mathematische Werkzeuge der linearen Stabilitätsanalyse sowie störungstheoretische Methoden zum Einsatz kommen.
Konkret können eine oder mehrere der folgenden Aufgaben in Angriff genommen werden:
- Durchführung linearer Stabilitätsanalysen auf bereits bekannte Differentialgleichungen formuliert in verschiedenen Näherungen
- Entwicklung oder Weiterentwicklung neuer analytischer Modelle zur effizienten Beschreibung von Grenzflächeninstabilitäten
- Analytische Beschreibung der Grenzflächenkopplung in mechanisch angeregten drei-Schicht-Systemen zum experimentellen Vergleich (Ansatz bereits vorhanden)
- Optimierung der elektrischen Randbedingungen zur Stabilisierung der Batterie unter Verwendung von Variationsrechnungen oder Simulationen
- Durchführung numerischer Parameterstudien

Department: Magnetohydrodynamics

Contact: Horstmann, Gerrit Maik, Dr. Weier, Tom

Requirements

- Studium im Bereich Physik, Mathematik oder Maschinenbau mit theoretischem Hintergrund und guten bis sehr guten Noten
- Kenntnisse der (theoretischen) Strömungsmechanik und idealerweise Grundkenntnisse der Elektrodynamik
- Ausgeprägte analytische Fähigkeiten und Spaß an komplexen Aufgabenstellungen
- Vertrauter Umgang mit der Vektoranalysis
- Programmierkenntnisse (Python, Matlab, C++, etc.)
- Kenntnisse der linearen Wellentheorie vom großen Vorteil
Erfahrungen in einem der folgenden Bereiche wünschenswert, jedoch keine Voraussetzung:
- Methoden der linearen Stabilitätsanalyse
- Potentialtheorie
- Flachwassertheorie
- Euler-Lagrange Optimierungen (analytische Mechanik)

Conditions

Beginn: ab sofort
Dauer: >= 6 Monate
- Gute Betreuung von der intensiven Einarbeitung bis hin zur Verfassung der Abschlussarbeit
- Vergütung
- Angenehmes kollegiales Umfeld

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Untersuchungen zur Steigerung der Energieeffizienz von Belüftungselementen für die Anwendung in der biologischen Abwasserreinigung (Id 154)

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

Foto: SEBAK setup and aerators ©Copyright: Robert Herrmann-HeberDie biologische Abwasserbehandlung leistet einen wesentlichen Beitrag zum Erhalt der Gewässerqualität. Im kommunalen Bereich entfällt ein großer Anteil des Gesamtenergiebedarfs auf die Kläranlagen. In diesen Anlagen wird oft mehr als 50 % der elektrischen Energie für den Eintrag von Luft in Belebungsbecken benötigt, in denen Mikroorganismen die im Abwasser enthaltenen Nährstoffe unter Verbrauch von Sauerstoff zersetzen.
Nach aktuellem Stand der Technik wird die Luft durch Belüftungselemente wie Membran- oder Keramikbelüfter eingetragen. Ein Teil der für den Lufteintrag benötigten Energie wird entweder für die Dehnung der schlitzförmigen Öffnungen der Membranen oder zur Überwindung des Strömungswiderstandes in der Keramikwand aufgewendet.
Neue Konzepte sollen diesen Energiebedarf reduzieren und für einen optimierten Sauerstoffeintrag in das Belebungsbecken sorgen.

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Herrmann-Heber, Robert

Requirements

• Studium im Bereich Verfahrenstechnik, Chemie-Ingenieurwesen und ähnlichen Ingenieurstudiengängen
• Freude am experimentellen Arbeiten

Conditions

• 4-6 Monate
• Ab September/Oktober

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Untersuchung der Fluiddynamik von Zweiphasenströmungen in Kolonnen mit Anstaupackungen (Id 140)

Bachelor theses / Master theses / Diploma theses / Compulsory internship

In thermischen Trennapparaten, z.B. Rektifikations- oder Absorptionskolonnen, hat die Fluiddynamik der beteiligten Phasen einen entscheidenden Einfluss auf die Effizienz der Stofftrennung. Eine Möglichkeit, den Kontakt zwischen Gas- und Flüssigkeitsphase zu intensivieren und damit den Stoffübergang zu verbessern, bieten Anstaupackungen. Sie bestehen aus Packungslagen zweier geometrischer Oberflächen, welche abwechselnd axial angeordnet werden. Durch die Kombination unterschiedlicher Packungen entstehen verschiedene Strömungsmuster (Blasenströmung, Sprudelschicht, Filmströmung), welche mittels der ultraschnellen Röntgentomografie am HZDR zeitlich und örtlich hochaufgelöst erfasst werden können.

Aus den tomografischen Bilddaten sollen im Rahmen einer studentischen Arbeit wichtige fluiddynamische Parameter wie die Phasengrenzfläche extrahiert werden. Dazu sind geeignete Algorithmen zu entwickeln und in MATLAB® zu implementieren.

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Sohr, Johanna, Dr. Bieberle, Martina

Requirements

• mathematisch-naturwissenschaftliches oder ingenieurwissenschaftliches Studium
• Programmierkenntnisse in MATLAB® und Vorkenntnisse in der Bilddatenverarbeitung sind hilfreich

Conditions

Beginn: ab sofort
Bearbeitungszeit: 4-6 Monate

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A correlation of critical void fraction on/near the wall under the boiling crisis (CHF) (Id 134)

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

Nucleation boiling is commonly known as a most efficient way of transferring heat into a liquid, as it combines a large uptake of latent heat by the steam bubbles, convective transfer via bubble motion and a most effective mixing of the thermal boundary layers. However, when the heat flux becomes higher and reaches a critical value (CHF), parts of the heater surface become irreversibly covered by vapor and nucleation boiling turns into film boiling. In cases of power controlled heating this can potentially lead to a meltdown of the heater structure. Understanding and predicting the complex phenomena involved in the CHF is necessary for the efficient operation, safety and development of industrial applications like boiler, nuclear reactor, electronic/microchips system. However even with decades’ heavy investigations, the mechanism of forming CHF especially how the CHF is initiated from nucleation is still without a consensus explanation.
Recently a model of near critical heat flux (CHF-) is raised in our group, that is, the moment, when CHF is initiated, is inferred. This model gives to our opinion both a definite explanation on how CHF is initiated and secondly a quantitative value for the onset of CHF, which has been validated with a number of test cases from literature. Computational fluid dynamics (CFD) is an attractive way to support engineering design by 3D flow simulation in the future. It would be beneficial, if occurrence of CHF could be simulated with CFD codes. In last years an extended RPI model was developed and tested by ANSYS and HZDR CFD group together which requires the critical void fraction as a criterion. In the preliminary test, this value is set to 80% but which is confirmed should be case dependent.
The main tasks for this work are:
1. Simulate the multiphase flow in subcooled boiling process with standard RPI model where the CHF value calculated by CHF- model is considered as a input boundary condition.
2. Capturing the critical void fraction from the simulations.
3. Processing and analysis the captured results to generate an empirical correlations using MATLAB.
4. Applying the correlations to predict the boiling crisis with extended RPI model.

Department: Computational Fluid Dynamics

Contact: Dr. Ding, Wei

Requirements

1. Study of mechanical engineering, process engineering or similar
2. Knowledge of CFD
3. Basic knowledge of heat transfer
4. Knowledge of program/script language (e.g. MATLAB)

Conditions

Duration: >= 3 months
Begin: from now on

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Student assistant at the DeltaX School Lab (Id 95)

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)
- NEU ab dem SJ 2019/2020 - Biologie und Chemie (ab Klasse 10)

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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Untersuchung des Einflusses von Regularisierungsmethoden auf Bildrekonstruktionsalgorithmen (Id 57)

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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