Practical trainings, student assistants and theses

HZDR develops and operates two high-intensity lasers (DRACO and PENELOPE) as drivers for plasma-based accelerators — a novel concept for compact sources delivering ultra-short pulses of high-energy ions and electrons. We experimentally investigate plasma-based acceleration from the physical fundamentals to the application. - e.g., for free-electron lasers, as particle sources for radiobiological studies, or for neutron sources.
In order to realize such sources, a constant development and improvement of the laser system is paramount. One major point of interest for every high energy laser system is a well-defined beam shape. Within the scope of this work the already existing beam shaping at the PENELOPE laser on the basis of serrated apertures needs to be analyzed both numerically and experimentally. Alternative concepts to achieve suitable beam shaping capabilities shall be compared.

Focus of the work:

• Modeling of optical diffraction on serrated apertures, e.g., using Python
• Experimental verification of the diffraction pattern
• Data acquisition (near field, far field, propagation)
• Optimization of the shape of serrated apertures
• Introduction to alternative beam shaping concepts
• Data analysis and documentation

• Studies in Physics, Physical Engineering (or a comparable field of study)
• Interest in optics and laser physics-
• Interest in experimental work
• Interest in numerical methods in optics

• Duration: at least 3 months, the topic can easily be expanded into a thesis
• Start: anytime
• Workplace: Helmholtz-Zentrum Dresden – Rossendorf

HZDR develops and operates two high-intensity lasers (DRACO and PENELOPE) as drivers for plasma-based accelerators — a novel concept for compact sources delivering ultra-short pulses of high-energy ions and electrons. We experimentally investigate plasma-based acceleration from the physical fundamentals to the application.- e.g. for free-electron lasers, as particle sources for radiobiological studies, or for neutron sources.
In order to realize such sources, constant development and improvement of the laser system is paramount. The scope of this work lies in the analytical design, its optimization and the realization of a regenerative amplifier design. Such an amplifier is considered to replace one of the preamplifier stages (HGBA II) of the PENELOPE laser system. The amplifier design aims at >100 mJ of pulse energy at a repetition rate of 10 Hz, while the bandwidth supports laser pulses with a pulse duration of <150 fs.

Focus of the work:

• Design/modeling and optimization of the laser resonator using software support (e.g. RP Resonator or own script)
• Subsequent realization of the regenerative laser amplifier in the laboratory
• Data acquisition (near field, far field, spectrum)
• Optimisation of the laser pulse bandwidth and output energy
• Data analysis and documentation

• Studies in Physics, Physical Engineering (or a comparable field of study)
• Interest optics and laser physics
• Interest in experimental work

• Duration: at least 3 months, the topic can easily be expanded into a thesis
• Start: anytime
• Workplace: Helmholtz-Zentrum Dresden – Rossendorf

The development of a multi-channel flow body sensor according to patent WO 2010/069307 A1 aims to quantify the gas content in flow-carrying components. A decisive advantage of this sensor lies in its optical measuring principle, which is based on fiber-optic coupling and the analysis of the light output signal. This avoids electrical potentials in the measuring area, offering significant advantages over electrical measuring methods (intrinsic safety), especially for explosive mixtures.

Preliminary tests at the Institute for Experimental Fluid Dynamics at the Helmholtz Center Dresden-Rossendorf on gas-liquid flows showed that a clear binarization of the sensor output signal can be achieved due to the capillary effects in narrow channels and the different refractive indices of the gas and liquid phases. Building on previous work with a single-channel sensor prototype based on a polymer optical fiber (POF) with a diameter of 1 mm, the following tasks must be completed as part of further research.

Tasks:

• Adjusting the POF diameter to 1.5 mm in the single-channel configuration.
• Conducting experimental investigations of the new single-channel prototype using the already developed test system and evaluation programs.
• Designing a multi-channel sensor body for gas content measurements in the system.
• Developing a transition adapter to optimize the flow distribution between the DN10 flow pipe and the sensor body.

• Students majoring in fields such as process engineering, mechanical engineering, or chemical engineering.
• Interest in fluid mechanics and the development of measurement technology.
• Experience with 3D CAD tools.
• Basic knowledge of Python programming

Start date: 01.01.2025
Duration: according to the respective study regulations

At Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), over 1,500 employees from more than 70 nations are conducting cutting-edge research in the fields of ENERGY, HEALTH, and MATERIALS to address the major challenges facing society today.
The Center for Advanced Systems Understanding (CASUS), founded in Görlitz in 2019, is a German-Polish interdisciplinary research center focusing on data-intensive digital systems.
CASUS offers student internships in a wide range of scientific fields. You are welcome to apply and join CASUS if you are interested in gaining knowledge in the following research areas:

• Theoretical Chemistry
• Earth System Science
• Systems Biology
• Digital Health
• Computational Radiation Physics
• Theory of complex systems
• Dynamics of Complex Living Systems
• Machine Learning for Infection and Disease

• Student in computer science, physics, chemistry, or related fields
• Student already enrolled at the university in Germany, Poland or Czech Republic (close exchange and attendance in the office preferable and combined with the moblie working from Germany combinable)
• Eager to learn new skills
• Strong motivation to work in a collaborative environment
• Preliminary experience in code development is an advantage
• Excellent communication skills in English and/or German or Polish

• A vibrant research community in an open, diverse and international work environment
• Scientific excellence and extensive professional networking opportunities
• A wide range of qualification opportunities
• We support a good work-life balance with the possibility of part-time employment, mobile working and flexible working hours
• Either an immediate start or a start in 2024 is possible

1D- und 2D-Ramanspektroskopische Meßreihen oder auch Maps liefern detaillierte ortsaufgelöste chemische Informationen über die untersuchten Proben. Damit kann z. B. die Komponentenverteilung in Stoffgemischen quantitativ bestimmt oder die Homogenität einphasiger Proben gezeigt werden. Andererseits lassen sich lokale Strukturveränderungen, Spannungszustände, Stapelfolgenänderungen in 2D-Materialien und Punktdefekte charakterisieren. Voraussetzung dabei ist eine möglichst engmaschige Datenerfassung bis hin zur Auflösungsgrenze der verwendeten Laserstrahlung sowie eine große Anzahl an Messpunkten. Mit modernen Spektrometern sind Messzeiten im Sekundenbereich gut realisierbar. Die Umsetzung der spektroskopischen in eine chemische Information erfordert dann die Extraktion von Parametern wie Schwingungsfrequenz, Intensität und Linienbreite durch Spektrenanpassung. Die Gerätesoftware bietet dafür nur eingeschränkte Möglichkeiten.
Im Rahmen einer Graduierungsarbeit oder Hilfstätigkeit soll in Zusammenarbeit mit dem HZDR-Rechenzentrum ein Auswertealgorithmus für die automatisierte Auswertung von 1D- und 2D-Ramanspektroskopischen Meßreihen entwickelt, an Beispielen getestet und dokumentiert werden.

1. Studium der Werkstoffwissenschaften, Physik oder Chemie
2. Interesse, Freude und Befähigung für wissenschaftliche Arbeit
3. Grundkenntnisse in Programmierung und sicherer Umgang mit Büro- und wissenschaftlicher Software
4. Sehr gute Englisch-Kenntnisse

Die Arbeit ist in die umfangreichen Aktivitäten der Abteilung Nanoelektronik (FWIO) zu 2D-Werkstoffen eingebettet. Sie kann jederzeit aufgenommen werden.

Wir beschäftigen uns mit der Entwicklung von PET-Radiotracern, die Rezeptoren im Tumormikromilieu (TME = tumor microenvironment) für die Diagnostik und Therapie von Krebs sichtbar machen. Dazu werden geeignete tumoraffine Leitstrukturen identifiziert (niedermolekulare organische Moleküle, Peptide und Peptidomimetika), synthetisiert und mit einem geeigneten Radionuklid kovalent (z. B. Fluor-18, Iod-123) oder über einen Chelator (z. B. Gallium-68, Lutetium-177) markiert. Diese Radioliganden werden in vitro an Tumorzelllinien und in vivo im Tiermodell hinsichtlich einer Anwendung in der Nuklearmedizin getestet. Langfristiges Ziel ist die Translation der entwickelten Radiotracer in die Klinik als Diagnosewerkzeug (PET/CT) oder nach Markierung mit einem Beta- oder Alphastrahler für die Endoradiotherapie von Tumorerkrankungen.
Im Rahmen eines Studentenpraktikums oder einer Bachelor- oder Masterarbeit sollen organische Wirkstoffmoleküle synthetisiert und für eine anschließende radiochemische Markierung modifiziert werden. Die neuen Radioliganden werden dann biologisch in vitro und in vivo untersucht.

• Studium der Chemie
• Gute Noten in organischer Synthesechemie
• Fähigkeit sich in ein interdisziplinäres Wissenschaftler-Team einzugliedern
• Bereitschaft zum Umgang mit Radioaktivität
• Gute Kenntnisse der deutschen und englischen Sprache

• Beginn nach Absprache jederzeit möglich
• Praktikumsdauer mind. 4 Wochen, mit möglichst täglicher Anwesenheit

Turmkraftwerke stellen die neueste Generation von Anlagen zur solarthermischen Elektroenergieerzeugung dar (s. Abbildung). Großflächige Spiegelanordnungen konzentrieren Sonnenlicht auf einen zentralen Absorber, wo es in Wärmeenergie umwandelt wird, die dann auf ein Wärmeträgermedium übertragen wird. Gegenüber der Photovoltaik hat die Solarthermie den inhärenten Vorteil, Energie zu speichern und bei Bedarf bereit zu stellen. Die Herausforderung für die weitere Erhöhung des Wirkungsgrades von Solarkraftwerken besteht in der Entwicklung von Werkstoffen mit einer Temperaturstabilität bis zu 800 °C an Luft.
Im Rahmen von Graduierungsarbeiten und Hilfstätigkeiten sollen thermisch stabile Beschichtungen für die Kernkomponenten von Solarturmkraftwerken entwickelt und getestet werden. Dabei kommen modernste in situ und ex situ Methoden wie Magnetronsputtern, Ellipsometrie, UV-vis-NIR-FTIR-Reflektometrie und Ramanspektroskopie zur Anwendung.
Zu diesem Themenbereich werden u. a. die folgenden Aufgabenstellungen angeboten:
i) Schichtabscheidung und Optimierung der optischen und elektrischen Eigenschaften von transparenten leitfähigen Oxiden für Solarkraftwerke;
ii) Entwicklung von neuartigen Absorber- und Wärmespeicherwerkstoffen für Solarkraftwerke;
iii) Design und Simulation von solarselektiven Beschichtungen für Solarkraftwerke.

Zur Charakterisierung der untersuchten Materialien stehen modernste in situ und ex situ Analysemethoden zur Verfügung. Die Arbeiten können jederzeit aufgenommen werden.

1. Studium der Werkstoffwissenschaften, Physik oder Chemie
2. Interesse, Freude und Befähigung für experimentelle wissenschaftliche Arbeit
3. Grundkenntnisse in Programmierung und sicherer Umgang mit Büro- und wissenschaftlicher Software
4. Sichere Englischsprachkenntnisse (fließend oder besser)

Internationale Forschungsumgebung, ortsübliche Aufwandsentschädigung