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Nachrichten des Jahres

Aus den Fachabteilungen

Halbleiter-Einzelelektronenpumpe (links), angeschlossen an einen hochgenauen Strom-Spannungswandler ULCA (Mitte) in Kombination mit einem Josephson-Spannungsnormal zur Spannungsmessung (rechts). Alle Bauteile und Geräte wurden von der PTB entwickelt.

Im heutigen Internationalen Einheitensystem, dem SI, ist die elektrische Basiseinheit Ampere über die Kraft zwischen zwei stromdurchflossenen Leitern definiert. Dieses „klassische Ampere“ kann mit einer Messunsicherheit von etwa 0,3 μA/A realisiert werden. Im revidierten SI, dessen Einführung für 2018 geplant ist, soll das Ampere genauer werden. Im neuen Einheitensystem wird die Stromstärkeeinheit...

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Bild 1: Lage und Bezeichnung der untersuchten Einzelproben im AVO28-Einkristall.

Ziel des „Avogadro-Projektes“ ist es, mit Blick auf die Neudefinition des Einheitensystems, die Avogadro- Konstante mit einer Messunsicherheit im Bereich von besser als 1 · 10–8 neu zu bestimmen. Eine Voraussetzung hierfür ist die Messung der molaren Masse M(Si) des Siliziums mit einer relativen Messunsicherheit von < 5 · 10–9. Dieser Wert muss neben der chemischen Präparation und...

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Die Frequenzen von Strontium-Gitteruhren im französischen Metrologieinstitut SYRTE (Paris) und der PTB wurden über Faserverbindungen nach Straßburg (705 km von Paris, 710 km von Braunschweig) verglichen. Eingezeichnet sind die jeweiligen Aufbauten aus Abfragelaser, optischem Gitter, fs-Frequenzkamm, Transferlaser und stabilisiertem Link. Die Differenzfrequenz beider Transferlaser wird in Straßburg gemessen.
(Abbildung aus der Originalveröffentlichung: C. Lisdat, G. Grosche, N. Quintin, C. Shi, S.M.F. Raupach et al.: A clock network for geodesy and fundamental science. Nature Communications, 7:12443 (2016), DOI 10.1038/NCOMMS12443)

Das weltweite Netz optischer Glasfaserverbindungen zur Datenübertragung erlaubt es, auf entfernte Instrumente von mehreren Orten gleichzeitig zuzugreifen. Indem solche Verbindungen zu Glasfaser- basierten optischen Interferometern umgebaut werden, können optische Frequenzen über sehr weite Distanzen verglichen werden. An einer 1400 km langen Glasfaserstrecke von Braunschweig nach Straßburg und...

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Bild 1: Geradheitsmessung eines Encodersystems am Nanometerkomparator auf Basis der ergänzten drei Verschiebeinterferometer

Aus den steigenden Anforderungen an die Positioniergenauigkeit von mehrachsigen Fertigungs- und Messmaschinen resultiert die Forderung, auch die jeweils verwendeten Koordinaten- bzw. Geradheitsreferenzen mit geringerer Messunsicherheit kalibrieren zu können. Hierzu wurde der Nanometerkomparator weiterentwickelt, um neben den Positionsabweichungen von Längenteilungen auch deren...

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Übersichtsbild der Ionenbeschleunigeranlage „PIAF“ der PTB. Von den beiden Beschleunigern werden die Ionenstrahlen über ein Strahlrohrsystem mit mehreren Umlenkmagneten an verschiedene Experimentierplätze geleitet. Die beiden Fotos zeigen den neuen 2-MVTandetronbeschleuniger während der Aufbauphase im Oktober 2016. In dem geöffneten Tank ist die sogenannte Beschleunigersäule zu sehen, in der die Ionen durch die angelegte Hochspannung beschleunigt werden.

Die Ionenbeschleunigeranlage PIAF („PTB Ion Accelerator Facility“) der PTB besteht aus einem energievariablen CV28-Isochronzyklotron und einem elektrostatischen Beschleuniger. Sie wird vom Fachbereich 6.4 Neutronenstrahlung betrieben und liefert Protonen-, Deuteronen- und Alphateilchenstrahlen mit Energien je nach Teilchenart von bis zu ca. 26 MeV, die für die Erzeugung von...

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Der französische Astronaut Thomas Pesquet nutzt während seines Einsatzes auf der ISS ein von der PTB entwickeltes Personendosimeter, das die Strahlungsdosis sofort anzeigt. Das Bild entstand während des Trainings (Foto: NASA, James M. Blair).

Seit November 2016 ist auf der Internationalen Raumstation ISS ein neues Strahlungsmess-System im Einsatz, das maßgeblich von der PTB entwickelt wurde. Je nach Qualität der Strahlung errechnet es die Wirkung auf lebendes Gewebe und zeigt die entsprechende Strahlungsdosis für den Astronauten ohne Zeitverzögerung an. Bisher konnten solche Daten erst nach Rückkehr der Astronauten zur Erde ausgewertet...

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Der PTB ist eine unabhängige Messung der Boltzmann- Konstante k gelungen. Damit ist eine wesentliche Bedingung des Konsultativ-Komitees für Thermometrie (CCT) erfüllt, und der Weg für die Neudefinition des Kelvins über die Festlegung der Boltzmann-Konstante ist frei. Die abschließenden Messungen von k mit dem Dielektrizitätskonstanten- Gasthermometer besitzen eine relative Messunsicherheit von...

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Größenvergleich eines mikrofluidischen Sensors mit einem Eurocent

Bei durchflusszytometrischen Untersuchungen zum Kleinen Blutbild werden optische oder Impedanz- Zellzählgeräte eingesetzt, bei denen zur Messung der weißen Blutzellen die roten Blutzellen durch Hämolyse zerstört werden. Dieses Verfahren erleichtert die Konzentrationsmessung von weißen Blutkörperchen, da deren Konzentration bei Gesunden um etwa einen Faktor tausend geringer als die der roten...

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In diesem Jahr wurde das neue Institut für Fundamentale Physik für die Metrologie an der PTB gegründet. Es beschäftigt sich mit grundlegenden physikalischen Entwicklungen, die zukünftig für die Metrologie Bedeutung gewinnen können. Innerhalb des Institutes wurden zunächst drei wesentliche Forschungsrichtungen etabliert:

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Aus dem Kuratorium

Mitglieder des Kuratoriums besichtigen eines der weltweit sieben Terminals, die im Rahmen der Vorbereitungen der ESA-Mission „Atomic Clock Ensemble in Space“ (ACES) zum Vergleich von Atomuhren auf der Erde und auf der Internationalen Raumstation ISS dienen sollen. Hier auf dem Dach des Meitner-Baus der PTB ist die zum Himmel gerichtete drehbare Antenne zu sehen.

Die jährliche Sitzung des Kuratoriums der PTB fand in diesem Jahr am 12. und 13. Mai in Braunschweig statt. Nach den Laborbegehungen im Anschluss an die einleitende offizielle Begrüßung durch den Präsidenten folgten drei Fachvorträge von Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftlern über ihre jüngsten Arbeiten. Dr. Friederike Stein berichtete über die „Validierung quantisierter...

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Aus dem Präsidium

Evaluation

Zur Evaluation der PTB durch den Wissenschaftsrat gehörten auch Besichtigungen der beiden Standorte im September 2016.

Die PTB wurde in diesem Jahr zum zweiten Mal durch den Wissenschaftsrat evaluiert. Dabei hat die Evaluationskommission auch Augenmerk auf die Fortentwicklung seit der letzten Evaluation vor neun Jahren gelegt.

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Das Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA) ist ein Forschungszentrum der Technischen Universität Braunschweig, das in enger Kooperation mit der PTB gegründet wurde und in Kooperation der beteiligten Institute bereits betrieben wird. Es ist Teil der „Metrologie-Initiative Braunschweig“ (MIB), die weitere Metrologie-Aktivitäten wie gemeinsame Berufungen sowie Doktorandenausbildungsprogramme...

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Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) hat zum 1. Juli 2016 den neuen Sonderforschungsbereich 1227 „Designte Quantenzustände der Materie (DQ-mat) – Erzeugung, Manipulation und Detektion für metrologische Anwendungen und Tests fundamentaler Physik“ an der Leibniz Universität Hannover eingerichtet.

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Bei der Verleihung des Helmholtz-Preises 2016

Am 22. Juni 2016 wurde der bedeutendste Preis der Metrologie erstmals für Forschungsarbeiten in zwei Kategorien gleichzeitig verliehen.

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Die Metrosommer-Studenten und ihre Betreuer in der PTB

Unter dem Motto „Dein genauester Sommer!“ fand vom 1. August bis zum 30. September 2016 erstmals der PTB-MetroSommer statt. Für dieses von der PTB ausgelobte freiwillige Praktikum hatten sich über 30 Studentinnen und Studenten (von MINTFächern) aus ganz Deutschland beworben, von denen letztlich 14 ausgewählt wurden, um ihr Wissen in eigenen Projekten unter Beweis zu stellen.

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Nach der erfolgreichen Zertifizierung der PTB als familienfreundliche Arbeitgeberin im Mai 2015 wurde nun das bereits angekündigte FamilienServiceBüro eröffnet.

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Aus dem Qualitätsmanagement

Das auf seine Kernleistungen im Bereich Kalibrieren, Messen, Prüfen sowie metrologische Forschung und Entwicklung ausgerichtete technische Qualitätsmanagement (QM) der PTB fand erneut seine uneingeschränkte nationale und internationale Anerkennung. Basis bildeten dabei in Ergänzung zu den in den Bundesoberbehörden geltenden gesetzlichen Regelungen die Anforderungen der ISO/IEC 17 025, die...

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Die messtechnische Rückführung der Bezugsnormale der akkreditierten Konformitätsbewertungsstellen sowie der Eichbehörden auf die nationalen Normale ist als zentrale Aufgabe in der Qualitätspolitik der PTB im Sinne der Darstellung und Weitergabe der SI-Einheiten entsprechend der Beauftragung der PTB durch das Einheiten- und Zeitgesetz sowie durch das Messund Eichgesetz verankert.

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Seit Beginn des Jahres 2015 wird die Norm ISO/IEC 17 025 „Allgemeine Anforderungen an die Kompetenz von Prüf- und Kalibrierlaboratorien“ einer tiefgehenden Überarbeitung unterzogen. Innerhalb der PTB wurde dazu eine abgestimmte Position erarbeitet, die auf nationaler Normungsebene in den DIN-Arbeitsausschuss „Zertifizierungsgrundlagen (Grundlagen zur Konformitätsbewertung)“ und dessen...

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Aus dem Technologietransfer

Kleinstromverstärker für Kalibrierpraxis und Qualitätssicherung

Kleinste elektrische Stromstärken bis hinab in den Femtoampere-Bereich (10–15 Ampere) zu erzeugen und zu messen, ist von zunehmender Bedeutung, etwa für die Entwicklung und Produktionsüberwachung von hochintegrierten Schaltkreisen, für die Dosimetrie im Strahlenschutz, für den Nachweis kleinster Stoffmengen in der Umweltmesstechnik, für biotechnologische Anwendungen wie Sensoren für DNA-Sequenzer...

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Gesetzliches Messwesen

Das neue Mess- und Eichrecht ist seit über zwei Jahren in Kraft und ist aus Sicht der PTB von allen Beteiligten erfolgreich umgesetzt worden. Das bestehende hohe Schutzniveau des deutschen Messwesens wurde beibehalten. Durch die Einrichtung des Regelermittlungsausschusses wurden die betroffenen Kreise noch stärker eingebunden. Regeln und technische Spezifikationen für national geregelte Messgeräte...

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Technische Zusammenarbeit

ADB-Vizepräsident Bambang Susantono vor Beginn der Podiumsdiskussion

Das Jahr 2016 stand für die Technische Zusammenarbeit im Zeichen strategischer Partnerschaften, deren Ausbau speziell im Bereich nachhaltiger Energie aktiv vorangetrieben wurde. Sichtbarer Ausdruck dieses Bestrebens waren zwei prominent besetzte Veranstaltungen in Kooperation mit der Asian Development Bank (ADB) und der International Electrotechnical Commission (IEC).

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Presse- und Öffentlichkeitsarbeit

Das Internationale Einheitensystem (SI) steht vor einer grundlegenden Revision. In Zukunft wird man die Werte einiger ausgewählter Naturkonstanten festlegen und daraus dann die Einheiten ableiten. Für den Meter und die Sekunde ist dies bereits heute – mit der Lichtgeschwindigkeit und einer speziellen Frequenz im Cäsiumatom – der Fall. Für diese beiden Einheiten ändert sich nichts Grundsätzliches....

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Bevor die Neudefinitionen des Einheitensystems tatsächlich auf der Generalkonferenz der Meterkonvention im November 2018 verabschiedet werden können, müssen die Experimente zur Bestimmung der Naturkonstanten in den metrologischen Laboratorien erfolgreich abgeschlossen werden. Die Ausgabe 2.2016 der PTB-Mitteilungen beschreibt diese Experimente, ohne zu tief in die wissenschaftlichen Details zu gehen. Die Aufsätze richten sich an Studenten, Lehrer und interessierte Schüler der Physik.

Bevor die Neudefinitionen des Einheitensystems tatsächlich auf der Generalkonferenz der Meterkonvention im November 2018 verabschiedet werden können, müssen die Experimente zur Bestimmung der Naturkonstanten in den metrologischen Laboratorien erfolgreich abgeschlossen werden.

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Der Weg zum neuen SI wird auch in einem PTB-Vortrag („Für alle Zeiten und Kulturen. Das neue internationale System der Einheiten“) anschaulich für ein größeres Publikum beschrieben. Die „Vortragspremiere“ fand im Rahmen der Berlin Science Week statt: Der PTB-Präsident hielt den Vortrag am 2. November 2016 im Institut Berlin der PTB. In adaptierter Form wird dieser Vortrag bei weiteren Gelegenheiten gehalten werden. (Ein Mitschnitt dieses Vortrags ist auf der Webseite der PTB zu finden.)

Der Weg zum neuen SI wird auch in einem PTB-Vortrag („Für alle Zeiten und Kulturen. Das neue internationale System der Einheiten“) anschaulich für ein größeres Publikum beschrieben.

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Im neuen Einheitensystem werden die Definitionen, indem sie auf die Werte von Naturkonstanten Bezug nehmen, viel abstrakter sein, als das heute der Fall ist. Diese neuen Zusammenhänge zu vermitteln, stellt eine anspruchsvolle didaktische Aufgabe dar, die noch keineswegs vollständig gelöst ist. Eine mögliche Unterrichtsmethodik (nach einer Idee der Presse- und Öffentlichkeitsarbeit) wurde in einem Lehrer-Workshop erfolgreich vorgestellt. Der Workshop wurde im Rahmen einer Fortbildungs-Veranstaltungsreihe des MIT Club of Germany e. V. in Braunschweig durchgeführt.

Im neuen Einheitensystem werden die Definitionen, indem sie auf die Werte von Naturkonstanten Bezug nehmen, viel abstrakter sein, als das heute der Fall ist.

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