Humboldt-Universität zu Berlin Math.- Nat. Fakultät Institut für Chemie in english

4020260114 Das 1x1 der Beschleunigerphysik       

Präsenzkurs

Unterrichtssprache

deutsch-englisch

Lern- und Qualifikationsziele

Der Kurs vermittelt grundlegende Kenntnisse der Beschleuniger- und Strahlphysik. Die Studierenden lernen, wie sich Teilchenbewegung in Beschleunigern mathematisch beschreiben, analysieren und steuern lässt, und erwerben praktische Erfahrung mit grundlegenden Programmiertechniken aus der Strahldynamik. Darüber hinaus werden zentrale wissenschaftliche Kompetenzen vermittelt: das Erstellen und Halten einer wissenschaftlichen Präsentation, das Verfassen eines strukturierten Berichts (z. B. Bachelorarbeit oder wissenschaftlicher Artikel) sowie das Organisieren eigener Forschungsaufgaben. Am Ende des Kurses können die Teilnehmenden theoretische Konzepte mit praktischen Anwendungen verknüpfen und ihre Ergebnisse professionell präsentieren.

Voraussetzungen

Grundvorlesungen in Physik und Mathematik.
Interesse an Teilchenbeschleunigern.

Gliederung / Themen / Inhalte

Teilchenbeschleuniger gehören zu den leistungsfähigsten wissenschaftlichen Instrumenten unserer Zeit. Sie ermöglichen grundlegende Entdeckungen in der Teilchenphysik, liefern intensive Röntgen- und Neutronenstrahlen für die Materialforschung, produzieren medizinische Isotope und bilden die Basis moderner Krebstherapien. Dieser Kurs bietet eine verständliche Einführung in die Physik und Technologie solcher Anlagen und verbindet grundlegende Theorie mit einem direkten Einblick in reale Beschleunigerumgebungen.

Zu Beginn des Kurses besuchen wir ausgewählte Großforschungsanlagen am Helmholtz-Zentrum Berlin, darunter die Synchrotronstrahlungsquelle BESSY II sowie den Protonentherapie-Komplex. Diese Exkursionen vermitteln erste Eindrücke davon, wie Beschleuniger aufgebaut sind, wie sie betrieben werden und weshalb sie für Wissenschaft und Gesellschaft so bedeutend sind.

Der Vorlesungsteil behandelt die grundlegenden Prinzipien der Teilchenbeschleunigung und der Strahlführung. Wir arbeiten uns systematisch durch die lineare Strahldynamik, darunter die transversale und longitudinale Teilchenbewegung, Fokus- und Defokuselemente, magnetische Optik sowie radiofrequente Beschleunigungsstrukturen. Ergänzende Einheiten befassen sich mit Teilchen- und Lichtquellen, Synchrotronstrahlung, Beschleunigermagneten und Magnetfeldmessungen sowie ausgewählten modernen Themen wie Laser-Plasma-Beschleunigern, Freie-Elektronen-Lasern (FELs) und Hochenergie-Kollidern. Ziel ist es, ein intuitives Verständnis dafür zu entwickeln, wie Beschleunigerkomponenten die Strahleigenschaften – Energie, Emittanz, Intensität – beeinflussen.

Im zweiten Kursteil übernehmen die Studierenden eine aktive Rolle durch eine Präsentation oder ein kleines Programmierprojekt. Mögliche Themen reichen von Elektronen- und Ionenquellen über einfache Tracking-Codes für Teilchenbewegungen bis hin zu Magnetsystemen, Strahldiagnostik oder Anwendungen wie Tumortherapie und Large Hadron Collider. Diese Arbeiten vertiefen das Verständnis und ermöglichen es den Teilnehmenden, eigene Interessen gezielt zu verfolgen.

Leitfragen des Kurses sind:
* Wofür benötigen wir Teilchenbeschleuniger – und wie funktionieren sie?
* Wie erzeugt und verändert man Teilchenstrahlen?
* Welche Rolle spielen Magnete, Kavitäten und andere Komponenten?
* Was ist Synchrotronstrahlung und wofür wird sie genutzt?

Am Ende des Kurses haben die Studierenden einen fundierten ersten Einblick in die Welt der Beschleunigerphysik und -technologie gewonnen – basierend auf theoretischen Grundlagen, praktischen Beispielen und konkreten Anwendungen.

Zugeordnete Module

P8f

Umfang, Studienpunkte; Modulabschlussprüfung / Leistungsnachweis

2 SWS, 6 SP/ECTS (Arbeitsanteil im Modul für diese Lehrveranstaltung, nicht verbindlich)
Mündliche Prüfung in Form eines Vortrags/Projektpräsenation mit anschliessender Diskussion.

Sonstiges

Eine Mehrfachbelegung des Moduls P8.f im fachlichen Wahlpflichtbereich ist laut Studienordnung nicht möglich.

Ansprechpartner

Thorsten Kamps, thorsten.kamps@hu-berlin.de

Moodle link:

http://moodle.hu-berlin.de/course/view.php?id=139087