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Fresnel-Reflektor mit 25,4 mm Durchmesser in einer Edelstahlhalterung

Das Ziel der magneto-optischen Falle (MOT) ist das zuverlässige Einfangen und Kühlen von Atomen mit Laserlicht. In dem neuen PTB-Design wird eine nahezu planare Struktur mit einer achromatischen Funktionsweise kombiniert. Durch eine periodische Rückfaltung der Spiegel auf eine Ebene, analog zu dem Prinzip der Fresnel-Linse, wird eine Beobachtung des Fallenvolumens von allen Seiten ermöglicht. Die Oberfläche besitzt eine sägezahnartige Struktur im mm-Bereich. Die Falle kann aufgrund der Planarität sogar für eine einfache Justage außerhalb einer Vakuumkammer positioniert werden. (Technologieangebot 514)

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Elektronenmikroskopisches Bild der säulenartigen Nanostrukuren auf der Silizium-Oberfläche der Photodiode (Quelle: T. Pasanen/Aalto Univ.)

Photodioden für den ultravioletten (UV-) Spektralbereich werden in einer Vielzahl von Anwendungen wie zum Beispiel der Spektroskopie, Bildgebung, Flammendetektion, Wasseraufbereitung und Biotechnologie eingesetzt. Ihre Empfindlichkeit ist aber bisher durch Verlustprozesse stark limitiert. Mit einer neuartigen Photodiode konnte die Quantenausbeute von rund 80 % auf über 130 % gesteigert werden.

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Das Infraschall-Wiedergabesystem besteht aus zwei Schallerzeugern (Kopfhörerkapseln in einem luftdichten Metallgehäuse). Über einen Schlauch wird der Schall zu einem gemeinsamen Einsteckhörer geleitet.

Infraschall steht mit der steigenden Zahl von Emissionsorten in unserer Umwelt zunehmend im gesellschaftlichen Interesse. Zusammen mit der Universität Magdeburg hat die PTB untersucht, wie der Mensch Infraschall über das Gehör wahrnimmt und ob die Detektionsschwelle eines Infraschall- Signals davon abhängt, ob es aus einem oder mehreren Tönen besteht. Das erlaubt Rückschlüsse auf die Wahrnehmung komplexer Signale, wie sie in der realen Umwelt vorkommen. Es zeigte sich, dass die Detektionsschwelle nicht durch eine dominante Komponente im Tonkomplex bestimmt wird, sondern dass im Gehör eine spektrale Integration stattfindet.

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Vergleich der Energieauflösung verschiedener Detektorsysteme (schematisch für die K-Röntgenstrahlung von <sup>59</sup>Co)(NaI: Szintillationsdetektor; Si(Li): Halbleiterspektrometer)

Mit metallisch-magnetischen Kalorimetern (MMC) können Emissionsspektren von Radionukliden vermessen werden. In der PTB wurde ein MMC-Spektrometer aufgebaut, mit dem sich fundamentale Radionukliddaten mit bisher unerreichter Genauigkeit bestimmen lassen. Diese Daten sind als Eingangsgrößen für einige Methoden zur Aktivitätsbestimmung von grundlegender Bedeutung, sodass die Einheit Becquerel mit kleineren Unsicherheiten in Form von Aktivitätsnormalen weitergegeben werden kann. Auch für andere Bereiche wie Neutrinophysik oder Nuklearmedizin sind die Daten bedeutsam.

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Stabilisiertes Quadratwirbelgitter. (L: Gitterkonstante periodisch angeordneter Hindernisse, ROI: „Region of Interest“, in der die Wirbelstatistik im Experiment mit der theoretischen Vorhersage verglichen wurde)

In einer Kooperation der PTB mit der TU Berlin gelang es, die experimentell beobachtete Turbulenzbildung in der neuartigen Klasse der aktiven Fluide sowohl theoretisch zu beschreiben als auch solche Bewegungen kontrolliert zu erzeugen.

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Verformung einer Kugelplatte aus Werkzeugstahl mit einer Masse von ca. 30 kg und einer Kantenlänge von 620 mm (blau: geringe Verformung, rot: starke Verformung, Isolinien in schwarz)

Zur Rückführung von Koordinatenmessgeräten werden typischerweise Kugel- und Lochplatten als Normale eingesetzt. Dabei kommt zur vertikalen Aufstellung häufig ein einziger, seitlich am Normal angebrachter Ständer zum Einsatz. In der PTB wurde mittels Simulationsrechnungen mithilfe der Finite-Elemente-Methode festgestellt, dass eine solche Aufstellung den steigenden Anforderungen an die Kalibrierung moderner, hochpräziser Koordinatenmessgeräte nicht mehr gerecht wird.

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Multipipette beim Befüllen einer Multiwell-Platte (großes Bild) und Schema der Digitalisierung von Nukleinsäurefragmenten bei der digitalen Tröpfchen-Polymerasekettenreaktion (ddPCR)(kleines Bild). Digitalisierung bedeutet dabei, dass jedem gefundenen Virus-RNA-Fragment der Wert 1 zugewiesen wird.

Erstmals wurde die digitale Tröpfchen-PCR in internationalen Vergleichsmessungen zur Qualitätssicherung von SARS-CoV-2-Tests und dabei insbesondere zur Quantifizierung der RNA-Konzentration erfolgreich eingesetzt.

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Messungen der UV-C-Strahlung

In der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) wurde der Prototyp eines UV-C-Raumluftreinigungsgerätes bezüglich seiner Bestrahlungsstärke im Innern vermessen, um dessen Wirksamkeit für die Neutralisierung von Keimen und Viren abschätzen zu können. Mit einer Simulation der Bestrahlungsstärkeverteilung im Gerät konnte zudem die Eignung der abschließend gewählten Lampenanordnung untersucht werden. Für den untersuchten Prototyp lässt sich abschätzen, dass durch das Gerät geführte Viren zerstört und somit die Virenlast in der Raumluft prinzipiell deutlich reduziert werden kann.

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Ein Kran lässt Teile einer technischen Anlage zu Boden.

Wasserstoff gewinnt nicht nur als klimaneutraler Energieträger zunehmend an Bedeutung, sondern auch als erneuerbares Prozessgas in der Stahlherstellung. Wird der Wasserstoff mithilfe regenerativ erzeugten Stroms hergestellt, lassen sich bei der Stahlproduktion erhebliche Mengen an CO2-Emissonen vermeiden. Das Wissen um eine geeignete Wasserstoff-Mengenmesstechnik, mit der sich industrielle Produktionsprozesse überprüfen und steuern lassen, ist jedoch noch lückenhaft. Aus diesem Grund haben die Salzgitter Flachstahl GmbH und die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) einen Kooperationsvertrag geschlossen mit dem Ziel, bereits verfügbare Messtechnik auf ihre Eignung und Eigenschaften zu prüfen und Messverfahren weiterzuentwickeln. Dieses Wissen kann über die Stahlproduktion hinaus in alle zukünftigen Einsatzgebiete von Wasserstoff einfließen und helfen, sein Klimaschutzpotential in großem Maßstab zu nutzen. 

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Network Time Protocol (NTP)

Die Synchronisation der Uhren von vernetzten Computern und digitalen Geräten ist grundlegende Voraussetzung für viele verteilte Anwendungen – etwa Datenbanken, die auf mehrere Server verteilt sind, verteilte Sensordaten im gesetzlichen Messwesen der Versorgungsnetze der Zukunft oder in der Industrie 4.0, die von einem zum nächsten Computer weitergegeben werden und exakte Zeitstempel benötigen, beim autonomen Fahren bis hin in den Bereich der IT-Systeme von Finanzhäusern (z. B. Hochfrequenzhandel), für die es regulatorische Anforderungen an die Abweichungen der Zeitstempel von der gesetzlichen Zeit gibt. Für die Synchronisation wird besonders häufig das „Network Time Protocol“ (NTP) verwendet, das auch die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) zur Weitergabe „ihrer“ Zeit UTC(PTB) verwendet. Jetzt hat das Standardisierungsgremium IETF unter Beteiligung der PTB ein Verfahren entwickelt, mit dem die Identität des Zeit-Servers sowie...

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