Urychlovačem řízené podkritické systémy (ADS) se schopností transmutovat dlouhodobě žijící radionuklidy mohou vyřešit problematiku použitého jaderného paliva z aktuálních jaderných reaktorů. Stejně tak i potenciální problém s nedostatkem dnes používaného paliva, U-235, jelikož jsou schopny energeticky využít U-238 nebo i hojný izotop thoria Th-232. Tato disertační práce se v rámci základního ADS výzkumu zabývá spalačními reakcemi a produkcí tepla různých experimentálních terčů. Experimentální měření bylo provedeno ve Spojeném ústavu jaderných výzkumů v Dubně v Ruské federaci. V rámci doktorského studia bylo v průběhu let 2015-2019 provedeno 13 experimentů. Během výzkumu byly na urychlovači Fázotron ozařovány různé terče protony s energií 660 MeV. Nejdříve spalační terč QUINTA složený z 512 kg přírodního uranu, následně pak experimentální terče z olova a uhlíku nebo terč složený z olověných cihel. Byl proveden také speciální experiment zaměřený na detailní výzkum dvou protony ozařovaných uranových válečků, z nichž je složen spalační terč QUINTA. Výzkum byl především zaměřen na monitorování uvolňovaného tepla ze zpomalovaných protonů, spalační reakce a štěpení, způsobeného neutrony produkovanými spalační reakcí. Dále se na uvolňování tepla podílely piony a fotony. Teplota byla experimentálně měřena pomocí přesných termočlánků se speciální kalibrací. Rozdíly teplot byly monitorovány jak na povrchu, tak uvnitř terčů. Další výzkum byl zaměřený na monitorování unikajících neutronů z terče porovnávací metodou mezi dvěma detektory. První obsahoval malé množství štěpného materiálu s teplotním čidlem. Druhý byl složený z neštěpného materiálu (W nebo Ta), avšak s podobnými materiálovými vlastnostmi se stejnými rozměry. Unik neutronů (resp. neutronový tok mimo experimentální terč) byl detekován uvolněnou energií ze štěpné reakce. Tato práce se zabývá přesným měřením změny teploty pomocí termočlánků, s využitím elekroniky od National Instrument a softwaru LabView pro sběr dat. Pro práci s daty, analýzu a vizualizaci dat byl použit skriptovací jazyk Python 3.7. (s využitím několika knihoven). Přenos částic by simulován pomocí MCNPX 2.7.0., a konečně simulace přenosu tepla a určení povrchové teploty simulovaného modelu bylo provedeno v programu ANSYS Fluent (pro jednodušší výpočty ANSYS Transient Thermal).

In der Literatur wird von einem kontinuierlichen, weltweiten Anstieg der Inzidenz des Typ 1 Diabetes mellitus unter Kindern und jungen Erwachsenen, insbesondere in der Altersgruppe der unter 20-Jährigen, berichtet. Die multizentrische Studie EURODIAB untersuchte in den Jahren 1989-2003 die Inzidenz des Typ 1 Diabetes in 17 europäischen Ländern und bestätigte mit deren Ergebnissen diese weltweite Tendenz. Die Akzelerator Hypothese von Wilkin aus dem Jahr 2001 sieht die Ursache hierfür durch einen übermäßigen Gewichtsanstieg bedingt, da auch die Inzidenz übergewichtiger Kinder innerhalb der letzten Jahre zugenommen hat. Demnach sei die Anzahl Betroffener insgesamt gleich, jedoch in jungen Jahren (bis 15 Jahre) erhöht. Folglich sei Übergewicht mit Insulinresistenz ein Triggerfaktor für eine raschere Progression der Erkrankung und würde zu einem vorzeitigen klinischen Ausbruch des Typ-1-Diabetes beitragen. Im Rahmen dieser Dissertation verglichen wir anthropometrische Geburtsdaten von 1.117 Kindern mit Typ 1 Diabetes mellitus, deren Erstmanifestation zwischen 1988 und April 2013 lag, mit einer Kontrollgruppe, die bezüglich Geschlecht, Alter und Schwangerschaftswoche angepasst wurde (n=54.344). Des Weiteren wurden die Kinder mit Diabetes entsprechend ihres Alters bei Manifestation bestimmten Gruppen zugeordnet: G1:0-4,9 Jahre; G2:5 9,9 Jahre; G3:10-20 Jahre. Diese Unterteilung wurde vorgenommen, um festzustellen, ob Kinder, bei denen eine Diabetes Erkrankung früher klinisch manifest wird, zur Geburt bzw. zum Zeitpunkt der Diagnosestellung einen höheren Gewichts SDS aufweisen als Kinder, welche erst in späteren Jahren betroffen sind. Zusätzlich wurden Verlaufsdaten des BMI SDS von 540 Studienkindern vor, zu und nach Manifestation ermittelt und mit einer gesunden Kontrollpopulation (n=134.249) verglichen. Hierbei zeigten Kinder und Jugendliche mit Typ 1 Diabetes im Vergleich zu Stoffwechselgesunden signifikant erhöhte Geburtsgewicht SDS Werte. Es konnte jedoch keine signifikante Abhängigkeit zwischen einer vorzeitigen Diabetes-Manifestation und einem erhöhten Geburtsgewichts bzw. einem erhöhten BMI SDS zum Zeitpunkt der Manifestation gezeigt werden. Ebenso blieb der laut Wilkin zu erwartende Gewichtsanstieg 4 Jahre vor Ausbruch der Erkrankung aus. Kinder mit Diabetes verlieren, wie erwartet, zur Manifestation an Gewicht und erreichen nach ungefähr einem Jahr ihr Ausgangsgewicht. In den Folgejahren sind Kinder mit Typ 1 Diabetes signifikant schwerer als die Kontrollgruppe. Aufgrund dieser Ergebnisse müssen wir die von Wilkin postulierte „Akzelerator Hypothese“ widerlegen.:Inhaltsverzeichnis: Bibliographische Beschreibung 3 Abkürzungsverzeichnis 5 1 Einführung in die Thematik 6 1.1 Diabetes mellitus 6 1.2 Typ 1 Diabetes mellitus 6 1.2.1 Ätiologie 7 1.2.2 Gewichtsanstieg als Triggerfaktor des Typ 1 Diabetes 9 1.2.3 „Akzelerator Hypothese“ 10 1.3 Promotionsprojekt- Ziel und Fragestellung 11 1.3.1 Hintergrund und Fragestellung 11 1.3.2 Methoden 11 1.3.3 Ergebnis 12 2 Publikation 14 3 Zusammenfassung und Interpretation der Arbeit 22 4 Literatur 26 I Erklärung über das eigenständige Abfassen der Arbeit 31 II Publikation 32 III Danksagung 33

For about 20 years now, observations of 6Li in several old metal-poor stars inside the halo of our galaxy have been reported, which are largely independent of the stars’ metallicity, and which point to a possible primordial origin. The observations exceed the predictions of the Standard Big-Bang Nucleosynthesis model by a factor of 500. In the relevant energy range, no directly measured S-factors were available yet for the main production reaction 2H(α,γ)6Li, while different theoretical estimations have an uncertainty of up to two orders of magnitude. The very small cross section in the picobarn range has been measured with a deuterium gas target at the LUNA acceler- ator (Laboratory for Underground Nuclear Astrophysics), located deep underground inside Laboratori Nazionali del Gran Sasso in Italy. A beam-induced, neutron-caused background in the γ-detector occurred which had to be analyzed carefully and sub- tracted in an appropriate way, to finally infer the weak signal of the reaction. For this purpose, a method to parameterize the Compton background has been developed. The results are a contribution to the discussion about the accuracy of the recent 6Li observations, and to the question if it is necessary to include new physics into the Standard Big-Bang Nucleosynthesis model.

In laser wakefield acceleration, an ultra-short high-intensity laser pulse excites a plasma wave, which can sustain accelerating electric fields of several hundred GV/m. This scheme advances a novel concept for compact and less expensive electron accelerators, which can be hosted in a typical university size laboratory. Furthermore, laser wakefield accelerators (LWFA) feature unique electron bunch characteristics, namely micrometer size with duration ranging from several fs to tens of fs. Precise knowledge of the longitudinal profile of such ultra-short electron bunches is essential for the design of future table-top X-ray light-sources and remains a big challenge due to the resolution limit of existing diagnostic techniques. Spectral measurement of broadband coherent and incoherent transition radiation (TR) produced when electron bunches passing through a metal foil is a promising way to analyze longitudinal characteristics of these bunches. Due to the limited reproducibility of the electron source this measurement highly requires single-shot capability. An ultra-broadband spectrometer combines the TR spectrum in UV/NIR (200-1000 nm), NIR (0.9-1.7 µm) and mid-IR (1.6-12 µm). A high spectral sensitivity, dynamic bandwidth and spectral resolution are realized by three optimized dispersion and detection systems integrated into a single-shot spectrometer. A complete characterization and calibration of the spectrometer have been done concerning wavelengths, relative spectral sensitivities, and absolute photometric sensitivities, also taking into account for the light polarization. The TR spectrometer is able to characterize electron bunches with charges as low as 1pC and can resolve time-scales of 0.4 fs. Electron bunches up to 16 fs (rms width) can be reconstructed from their TR spectrum. In the presented work, the self-truncated ionization induced injection (STII) scheme has been explored to study the relevant beam parameters especially its longitudinal bunch profile and the resulting peak current.

GeV electron bunches accelerated on a centimeter scale device exemplify the extraordinary advances of laser-plasma acceleration. The combination of high charges from optimized injection schemes and intrinsic femtosecond short bunch duration yields kiloampere peak currents. Further enhancing the current while reducing the energy spread will pave the way for future application, e.g. the driver for compact secondary radiation sources such as high-field THz, high-brightness x-ray or gamma-ray sources. One essential key for beam transport to a specific application is an electron bunch with high quality beam parameters such as low energy spread as well as small divergence and spot size. The inherent micrometer size at the plasma exit is typically sufficient for an efficient coupling into a conventional beamline. However, energy spread and beam divergence require optimization before the beam can be transported efficiently. Induced by the high peak current, the beam loading regime can be used in order to achieve optimized beam parameters for beam transport. / In this thesis, the impact of beam loading on the transverse electron dynamic is systematically studied by investigating betatron radiation and electron beam divergence. For this reason, the bubble regime with self-truncated ionization injection (STII) is applied to set up a nanocoulomb-class laser wakefield accelerator. The accelerator is driven by 150TW laser pulses from the DRACO high power laser system. A supersonic gas jet provides a 3mm long acceleration medium with electron densities from 3 × 10^18 cm^−3 to 5 × 10^18 cm^−3. The STII scheme together with the employed setup yields highly reproducible injections with bunch charges of up to 0.5 nC. The recorded betatron radius at the accelerator exit is about one micron and reveals that the beam size stays at the same value. The optimal beam loading, which is observed at around 250 pC to 300 pC, leads to the minimum energy spread of ~40MeV and a 20% smaller divergence. It is demonstrated that an incomplete betatron phase mixing due to the small energy spread can explain the experimentally observed minimum beam divergence.

Nous étudions l’accélération d’un faisceau d’électrons provenant d’un photoinjecteur RF lorsque celui-ci est injecté dans le champ électrique à très fort gradient crée par un laser de forte puissance dans un plasma. Dans cette thèse la configuration d’une telle expérience est étudiée et des simulations du début à la fin sont présentées. Étant donné qu’un faisceau ultra-court d’électrons (quelques femto secondes) est nécessaire pour atteindre une faible dispersion en énergie dans le plasma, le faisceau d’électrons de 10 MeV provenant du photoinjecteur est comprimé en deux étapes. Le premier étage utilise une chicane coudée qui comprime le paquet d’électrons jusqu’à une durée de 69 fs, puis un deuxième étage qui utilise la méthode de regroupement par différence de célérité dans le plasma et qui comprime le paquet jusqu’à 4 fs avant qu’il ne soit accéléré. Le paquet d’électrons est comprimé transversalement avant d’être injecté dans le plasma. Le paquet d’électrons est focalisé transversalement avant d’être injecté dans le plasma. Une longue cellule plasma est utilisée pour créer le plasma en commençant plusieurs longueurs de Rayleigh avant le plan focal du laser, ce qui permet un regroupement par différence de célérité dans la première partie du plasma avec des contraintes relâchées sur la taille transverse du paquet d’électrons. La cellule plasma s’étend plusieurs longueurs de Rayleigh après le plan focal du laser pour supprimer la divergence angulaire du paquet d’électrons. Nous démontrons que le paquet d’électrons à la sortie du plasma a une énergie de plus d’une centaine de MeV avec une émittance plus petite que 1 µm, une charge plus grande que 7pC et une dispersion en énergie plus petite que 1,5% (largeur à mi-hauteur). Pour étendre la longueur d’accélération nous avons étudié le guidage du laser par un capillaire diélectrique creux et les résultats montrent que même dans le cas optimal le profile Gaussien usuel d’un laser n’est pas optimal, principalement à cause de la diffraction du laser sur les bords à l’entrée du capillaire. Un profile Gaussien aplatit est donc suggéré pour supprimer cette diffraction et il est montré que dans ce cas les électrons peuvent être accélérés sur plus de 10 longueurs de Rayleigh. / The acceleration of an externally injected 10MeV electron bunch coming from a RF photoinjector in a high gradient electric field excited in a plasma by a high power laser is studied. In this thesis, the configuration of such an experiment is studied and start to end simulations are presented. As an ultrashort electron bunch (several femtoseconds) is required to maintain a low energy spread beam in the plasma, the 10MeV electron bunch coming from the photoinjector is compressed in two stages. The first stage is realized using a dogleg chicane which compresses the electron bunch to 69fs, the second stage is realized with velocity bunching in the plasma that further compresses the electron bunch to 3fs before efficient acceleration. The electron bunch is transversely focused with a solenoid before being injected into the plasma. A long cell is used to create a plasma starting several Rayleigh lengths before the laser focal plane, allowing the velocity bunching in the first part of the plasma and relaxing constraints on the transverse bunch size. The cell extends several Rayleigh lengths after the laser focal plane to suppress the angular divergence of the electron bunch. We demonstrate that the electron bunch at the exit of the plasma has an energy of more than one hundred MeV, with an emittance smaller than 1 µm, a charge greater than 7pC and a FWHM energy spread smaller than 1.5%. To extend the acceleration section, the guiding of the laser beam with a hollow dielectric capillary is studied, the results show that even in the best matching conditions, the usual laser Gaussian transverse profile is not optimum, mainly because of the diffraction of the laser on the edges at the entrance of the capillary, a flattened Gaussian laser profile is then suggested to suppress this diffraction and the electrons can be accelerated over more than ten Rayleigh lengths.

Das vorliegende Buch entstand aus einer zweisemestrigen Vorlesung „Enterprise Computing“, die wir gemeinsam über viele Jahre als Teil des Bachelor- oder Master-Studienganges an der Universität Leipzig gehalten haben. Das Buch führt ein in die Welt des Mainframe und soll dem Leser einen einführenden Überblick geben. Band 1 ist der Einführung in z/OS gewidmet, während sich Band 2 mit der Internet Integration beschäftigt. Ergänzend werden in Band 3 praktische Übungen unter z/OS dargestellt.

Der Einfluss von Nichtlinearitäten höherer Ordnung der Magnetfelder auf die Leistung des Large Hadron Collider (LHC) und dessen geplante High-Luminosity-Aufrüstung, dem HL-LHC, wurde umfangreich untersucht. Insbesondere hat sich gezeigt, dass das Vorhandensein solcher Fehler in den Insertion Regions (IR) erhebliche Auswirkungen hat, bedingt durch hohe Beta-Funktionen und Feed-Down auf niedrigere Ordnungen aufgrund der Kreuzungsschemata. Augenmerk dieser Arbeit ist auf die Erforschung diverser Methoden zur effektiven Behandlung dieser Nichtlinearitäten höherer Ordnung gerichtet, mit dem Ziel, sie zu identifizieren und korrigieren, um die Strahloptik zu optimieren und die Maschinenleistung zu verbessern. Simulationsstudien werden eingesetzt, in denen mit verschiedenen Fehlerquellen assoziierte Resonanzantreibende Terme (RDTs) gezielt angegangen werden. Besondere Aufmerksamkeit gilt Dekapol- und Dodekapolfehlern, die in früheren Messungen im LHC schädliche Auswirkungen durch Feed-Down auf Amplituden-Detuning gezeigt haben. Die erwartete Erhöhung der Sensitivität der Optik gegenüber Fehlern in den IRs des HL-LHC unterstreicht weiter die Bedeutung der Behandlung dieser Fehler. Des Weitern werden Korrekturoptionen mit Hilfe der nichtlinearen Korrektorpaketen entwickelt. Experimentelle Studien werden durchgeführt, um die Ergebnisse zu validieren. Erhebliche Anstrengungen wurden unternommen, um die Feed-Down Effekte von Dekapol- und Dodekapol-Feldfehlern zu mindern. Um diese Herausforderung anzugehen, wurden neuartige Korrekturalgorithmen eingeführt, die erstmals die Dodekapol-Korrektoren in den IRs im operationellen Betrieb ansteuern. Die Ergebnisse dieser Experimente liefern wertvolle Erkenntnisse zur Minderung von Fehlern höherer Ordnung und tragen zum besseren Verständnis der Strahldynamik in modernen und zukünftigen Teilchenbeschleunigern bei. / The impact of high-order nonlinear magnetic field errors on the performance of the Large Hadron Collider (LHC) and its planned High-Luminosity upgrade, the HL-LHC, has been extensively studied. Particularly, the presence of such errors in the Insertion Regions (IR) has shown significant repercussions due to the high beta-functions and feed-down to lower orders caused by crossing schemes. This thesis aims to explore different methods for effectively addressing these high-order errors, with the ultimate goal of identifying and correcting them to optimize beam optics and enhance machine performance. Simulation studies are employed, using a novel and flexible correction algorithm developed during the course of this PhD research. Various strategies are investigated to improve corrections by targeting Resonance Driving Terms (RDTs) associated with diverse error sources. Special attention is devoted to decapole and dodecapole errors, which have demonstrated detrimental effects on amplitude detuning due to feed-down based on previous measurements in the LHC. The anticipated increase in optics sensitivity to errors in the IRs of the HL-LHC further underscores the importance of addressing these errors. Correction options are evaluated, focusing on the utilization of the nonlinear corrector packages to address errors in the new separation and recombination dipoles in the HL-LHC, where increased decapole errors had been expected. Experimental studies are conducted to validate the findings. Significant efforts are dedicated to mitigating the feed-down effects arising from decapole and dodecapole field errors. To address this challenge, novel corrections involving the operational implementation of dodecapole correctors in the IRs have been introduced for the first time. The results of these experiments provide valuable insights into the mitigation of high-order errors and contribute to the overall understanding of beam dynamics in advanced particle accelerators.

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