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Metrologie für die Zukunft

PTB-Mitteilungen 4/2012

Metrologie für die nachhaltige Erzeugung, Verteilung und Nutzung von Energie

Klaus-Dieter Sommer

Die Schaffung einer sicheren, bedarfsgerechten und nachhaltigen Versorgung mit Energie, ihre intelligente Verteilung sowie die effiziente Nutzung gehören in Anbetracht der endlichen, mit vernünftigem Aufwand auswertbaren fossilen Energieressourcen und der immer kritischere Ausmaße annehmenden Kohlendioxid-Immission in die Erdatmosphäre zu den größten wissenschaftlichtechnischen Herausforderungen, die die Menschheit heute und in den kommenden Jahrzehnten zu bewältigen hat. Dabei sind es vor allem vier Punkte, die die Dringlichkeit nachhaltiger Lösungen unterstreichen:

Metrologie für die Verbesserung der Effizienz konventioneller Kraftwerke

Thomas Lederer, Steffen Rudtsch, Klaus Anhalt, Karsten Tawackolian, Stephan Krenek

Die Erzeugung von elektrischer und thermischer Energie in konventionellen Kraftwerken bildet das Rückgrat der europäischen Energieversorgung. Metrologische Forschung zur Verbesserung der Kraftwerkseffizienz, deren Ergebnisse die unmittelbare Reduktion von CO2-Emissionen und die Schonung der natürlichen Ressourcen zur Folge haben, bilden deshalb eine zentrale Aufgabe der PTB. Die PTB ist hierfür in der europäischen Forschungslandschaft hervorragend vernetzt und betreibt federführend gemeinsam mit neun anderen nationalen Metrologieinstituten ein Forschungsvorhaben im Rahmen des European Metrology Research Programme.

Im Fokus des Forschungsvorhabens stehen die Temperatur- und Volumenstrom-Messtechnik, da diese als Leitgrößen für den Betrieb konventioneller Kraftwerke die ausschlaggebenden Prozessparameter darstellen.

Metrologie für die Photovoltaik – Sonnige Energie messen

Stefan Winter

Die stetig wachsenden Investitionen im Bereich der Photovoltaik(PV)-Industrie betrugen 2011 weltweit etwa 50 Mrd. Euro pro Jahr. Die Vorhersagbarkeit des wirtschaftlichen Ertrages von Solarmodulen hängt in entscheidendem Maße von der realistischen Bewertung des Wirkungsgrades ab. Kleinere Messunsicherheiten führen zu deutlich mehr ökonomisch und ökologischer Sicherheit und kleinerem Investitionsrisiko.

Metrologie für Windkraft-Generatoren

Harald Müller, Helmut Többen

Die genaue Bestimmung der Windgeschwindigkeit ist in der Windenergiebranche sowohl für die Erstellung von Windpotentialanalysen zur Beurteilung der Wirtschaftlichkeit von Windparks als auch für die Messung der Leistungskurven von Windenergieanlagen von zentraler Bedeutung. Dabei ist die Rückführung der Windgeschwindigkeitsmessung auf die SI-Einheiten eine PTB-Aufgabe, die mittels rückwirkungsfreier laseroptischer Verfahren unter Verwendung von Windkanälen für die Darstellung und Weitergabe der Einheit „Strömungsgeschwindigkeit“ wahrgenommen wird.

Energie aus der Umgebung – Rückführbare Messtechnik für Mikrogeneratoren

Torsten Funck, Jürgen Melcher

In unserer Umwelt existieren weitgehend ungenutzte Energiequellen in Form von Abwärme, Vibrationen und Bewegung, die durch menschliche Aktivitäten oder natürliche Energieströme gespeist werden. Diese anzuzapfen ist das Ziel neu entwickelter Mikrogeneratoren, die die Betriebsenergie z. B. für tragbare elektronische Geräte oder Sensorik an unzugänglichen Orten bereitstellen sollen. Damit kann eine drastische Reduzierung des Bedarfes an chemischen Batterien und der damit verbundenen Kosten und Entsorgungsprobleme erreicht werden.

Plasmadiagnostik für die Kernfusion

Helmut Schuhmacher, Andreas Zimbal

Von der Kernfusion, d. h. der Verschmelzung leichter Atomkerne, erhofft man sich eine unerschöpfliche Energiequelle. Mit dem Internationalen Thermonuklearen Experimentalreaktor ITER in Frankreich, einem der größten Forschungsprojekte weltweit, soll ein wichtiger Schritt von heutigen Forschungsanlagen hin zu Anlagen für die zukünftige Energieerzeugung erfolgen.

Flüssige Kraftstoffe – Transporteigenschaften und Energiegehalt

Henning Wolf, Stefan Sarge

Die Beimischung von agrotechnisch erzeugten sogenannten Biokraftstoffen zu fossilen Kraftstoffen erfordert nicht nur Modifikationen an Motoren und Einspritzsystemen, sondern für eichrechtliche, steuerrechtliche und quotenrechtliche Zwecke auch eine Neumessung der Transporteigenschaften und des Energiegehaltes der neuen Misch-Kraftstoffe.

Metrologie nicht-konventioneller Brenngase

Stefan M. Sarge

Aufgrund ihrer relativen Umweltfreundlichkeit sollen wasserstoffreiche Brenngase im zukünftigen Energiemix einen größeren Anteil einnehmen. Dazu ist eine Verbreiterung der Rohstoffbasis notwendig. Damit geht eine Verschiebung der quantitativen und qualitativen Eigenschaften des zurzeit überwiegend genutzten Erdgases einher. Zur Sicherstellung einer korrekten und fairen Ermittlung und Abrechnung der mit dem Brenngas gelieferten Energiemenge unternimmt die PTB vielfältige Anstrengungen.

Verflüssigtes Erdgas (LNG) – Erdgaslieferung ohne Pipeline

Horst Bettin, Jürgen Rauch, Markus Richter, Reiner Kleinrahm, Roland Span

Deutschland wird heute von wenigen Lieferanten über ein weit verzweigtes Pipelinenetz mit Erdgas versorgt. Will man verstärkt am weltweiten Erdgashandel partizipieren, müssen Strukturen geschaffen werden, die die Einspeisung von verflüssigt geliefertem Erdgas (Liquefied Natural Gas – LNG) ermöglichen.

Smart-Grid-Metrologie

Martin Kahmann

In der weit mehr als 100-jährigen Geschichte der öffentlichen Energieversorgung sind Netzstrukturen entstanden, die für eine zentral organisierte Erzeugung, Übertragung und Verteilung optimiert sind. Innovationen der vergangenen Jahrzehnte im Bereich von Kleinerzeugungsanlagen und Informations- und Kommunikationstechnik (IKT) lassen es aber in heutiger Zeit sinnvoll erscheinen, die Netze so weiterzuentwickeln, dass zunehmend auch eine dezentrale, durch IKT in das Gesamtversorgungssystem integrierte Einspeisung von Energie wirtschaftlich wird.

Elektrische Energiemesstechnik

Martin Kahmann

Der Handel mit Strom setzt eine geeignete Messtechnik voraus. Metrologische Infrastrukturen, innerhalb derer entsprechende Messtechnik bereitgestellt und dauerhaft verfügbar gehalten wird, entwickeln die Märkte allerdings erfahrungsgemäß nicht aus eigener Kraft. Das Arbeitsgebiet Elektrische Energiemesstechnik der PTB hat deshalb zum Ziel, die metrologischen Voraussetzungen für die richtige Messung von Elektrizität zu schaffen.

Rückführbare Wirkungsgradmessung von elektrischen Antrieben

Frank Lienesch, Christian Lehrmann

Die Erhöhung des Wirkungsgrades von elektrischen Antrieben schont die Energiereserven und gilt damit als CO2-Einsparpotential, da elektrische Antriebe etwa ein Drittel der elektrischen Energie verbrauchen. Das Einsparpotential wird sich mit der bevorstehenden Elektrifizierung der Automobile noch deutlich erhöhen. Die Europäische Union hat daher zunächst Mindestwirkungsgrade für Standardasynchronmotoren formuliert, deren Einhaltung durch die Marktüberwachung sichergestellt werden muss. Basis einer funktionierenden Marktüberwachung ist die messtechnische Rückführung der Messgrößen und definierte Messverfahren.

Metrologie für Umwelt und Klima

Klaus-Dieter Sommer, Petra Spitzer

Der Klimawandel findet mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit bereits statt, auch in Deutschland. Auffällig sind schon heute längere Trockenperioden, stärkere Regenfälle, heftige Stürme und schneefreie Winter. Unterschiedliche Modelle zeigen, dass die Durchschnittstemperatur in Deutschland in diesem Jahrhundert um ein bis 3,5 Grad Celsius steigen wird. Die Auswirkungen des Klimawandels, wie Waldbrände, Hitzewellen und ein Anstieg des Meeresspiegels dürften also tendenziell in der Zukunft zunehmen. Die größten durch den Klimawandel bedingten klimatischen Veränderungen erwarten Klimaforscher für Südwestdeutschland, Ostdeutschland, die Alpen und die Küstenregionen.

Spektrale Referenzdaten für die Atmosphärenforschung und -beobachtung

Volker Ebert, Olav Werhahn

Eine zentrale europäische molekülspektroskopische Infrastruktur in der PTB

Treibhauseffekt, Klimaerwärmung und Luftverschmutzung – diese Themen sind der Antrieb, Messtechniken zu entwickeln und zu verbessern, die es erlauben, Schadstoffe, Treibhausgase und Umweltgifte in der Luft zu überwachen und zu quantifizieren. Die Infrarotspektroskopie bietet dazu eine Vielzahl von Techniken, die auf der Kenntnis von molekularen Spektraldaten beruhen. Spektralparameter wie beispielsweise Linienstärken oder Druckverbreiterungs-Koeffizienten sind erforderlich, um die spektrale Signatur der Atmosphäre zu modellieren und Fernerkundungsdaten entsprechender Messinstrumente am Boden, auf Satelliten, Ballons oder Flugzeugen zu quantifizieren.

Rückführbare Messung von Luftverunreinigungen

Olav Werhahn, Volker Ebert

Messung dicker Luft braucht präzise dünne Luft

Die rückführbare Messung von Verunreinigungen in der Luft erfordert in zunehmendem Maße die Kooperation von Metrologen, Messstellen und Gesetzgebern. Dies ist Ausdruck eines gewachsenen Umweltgedankens in der Gesetzgebung sowie der besonderen Wertigkeit des Gesundheitsschutzes in Europa. Beides verlangt eine steigende Sensitivität der Messungen, um die Grenzwerte von Luftschadstoffen, wie z. B. Ozon oder NOx, messbar zu machen. Die PTB arbeitet mit 12 europäischen Metrologieinstituten zusammen, um die Luftschadstoffmetrologie voranzubringen. Neben der PTB sind auf deutscher Seite auch das Umweltbundesamt sowie die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung beteiligt.

Europaweites Forschungsprojekt für saubere Luft

Martin Thedens, Volker Ebert

Sie können Lungenkrebs und andere schwere Erkrankungen verursachen: die winzigen Rußpartikel aus den Abgasen von der stetig zunehmenden Anzahl von Dieselfahrzeugen. Um dennoch die Gesundheitsbelastung durch Rußpartikel gering zu halten, wurden die Grenzwerte für Dieselruß Schritt für Schritt drastisch gesenkt, von 180 mg/ km (EURO 1, 1993) bis hin zu 5 mg/km in der EURO-Norm 5. In dieser Norm wird nicht mehr nur die Massen-Konzentration der Rußpartikel, sondern auch deren Anzahl betrachtet.

Metrologie für die Umsetzung der EU-Wasser- Rahmenrichtlinie

Detlef Schiel

Organische Zinn-und Quecksilberverbindungen, anorganische Cadmiumverbindungen und bromierte Flammschutzmittel sind chemische Stoffe, die in jüngster Vergangenheit immer wieder in die Schlagzeilen der Presse geraten sind. Ihr Gefährdungspotenzial für die Umwelt ist derartig hoch, dass für diese Stoffe in der EU-Wasser-Rahmenrichtlinie (WRRL-2000/60/EG) extrem niedrige Grenzwerte festgelegt wurden und außerdem nur miteinander vergleichbare, also rückgeführte Messergebnisse zur Überwachung der Einhaltung dieser Grenzwerte herangezogen werden dürfen.

Überwachung radioaktiver Stoffe in der Umwelt

Herbert Wershofen, Dirk Arnold

Wenn die Umwelt mit Radionukliden kontaminiert wird, erwarten Entscheidungsträger und die Öffentlichkeit schnelle, hochempfindliche und zuverlässige Messungen zur Bewertung möglicher radiologischer Folgen. Die Zuverlässigkeit der Messungen wird durch die Rückführung der Messergebnisse auf nationale Primärnormale erreicht. Die empfindlichsten Messungen radioaktiver Stoffe in der Luft führen die Spurenmessstellen durch, die damit zur realistischen Abschätzung auch vernachlässigbar kleiner, zusätzlicher Strahlenexpositionen beitragen.

Rückgeführte Radiometrie für die Erdfernerkundung

Christian Monte, Berndt Gutschwager, Jörg Hollandt

Messungen mit optischen Fernerkundungsverfahren von Flugzeugen und Satelliten leisten heutzutage einen ganz wesentlichen Beitrag zur globalen Erdüberwachung. Mit ihnen sind sowohl eine großflächige Überdeckung als auch eine kontinuierliche Beobachtung möglich. Sie liefern Informationen, auf deren Basis unter anderem politische Entscheidungen getroffen werden, über welche Maßnahmen ein möglicher Klimawandel gemindert werden soll. Die harschen Umgebungsbedingungen der Satelliten, Flugzeuge oder Ballone und auch die notwendige Korrektur des Einflusses der Atmosphäre auf die Messergebnisse tragen dazu bei, die derzeit erreichbaren Messunsicherheiten deutlich zu begrenzen.

Metrologie für die Meeresforschung

Petra Spitzer

Die räumlichen Unterschiede in der Dichte des Meerwassers, hervorgerufen von Temperaturund Salinitätsgradienten, sind der Antrieb für die tiefen Meeresströmungen, die wiederum in großem Maße unser Klima bestimmen. Bereits kleine Veränderungen in der Zusammensetzung des Meerwassers können das bestehende Gleichgewicht empfindlich stören, was sich in veränderten klimatischen Verhältnissen, aber auch in Änderungen der Artenvielfalt in den Ozeanen niederschlagen kann. In der Klimaforschung werden daher sehr geringe Veränderungen von Temperatur und Salzgehalt, aber auch von pH-Wert und Sauerstoffgehalt über große Zeiträume (Jahrzehnte, Jahrhunderte) gemessen, analysiert und modelliert.

Metrologie für neue Technologien

Harald Bosse

Die Neu- und Weiterentwicklung von Produkten erfordert in den verschiedenen Phasen der Produktentwicklung – Vorlaufforschung, Entwicklung, Prototypfertigung und optimierte Produktion – den Einsatz einer unterstützenden, an die jeweiligen Entwicklungsstufen bzgl. Auflösung, Geschwindigkeit, Robustheit, Vergleichbarkeit, Messunsicherheit und Kosten bestangepassten Messtechnik. Dies gilt insbesondere auch für die Produktentwicklung im Rahmen neuer Technologien. Hierzu werden in Anlehnung an das EU-Forschungsprogramm NMP die Nanotechnologien, Werkstoffe bzw. Materialien und neue Produktionstechnologien gezählt, die als wichtige Technologiebereiche für die angestrebte Transformation einer ressourcenbasierten zur wissensbasierten Industrie identifiziert wurden. In diesem Abschnitt sollen Beiträge der PTB zur metrologischen Unterstützung der neuen Technologien dargestellt werden, ergänzt durch einige Beispiele, die auf bestimmte Entwicklungen näher eingehen.

Nanopartikel-Charakterisierung mittels Elektronenmikroskopie

Tobias Klein und Carl Georg Frase

Nanopartikel haben häufig andere Eigenschaften als „große“ Partikel derselben Materialien. Gerade dies macht sie für viele Anwendungen interessant, birgt jedoch auch potentielle Risiken für Mensch und Umwelt. Um Risiken abzuschätzen, aber auch für die technologische Weiterentwicklung, sind Verfahren wichtig, die die Größe dieser Partikel exakt messen. Daher hat die PTB ein Messverfahren für Nanopartikel auf der Basis eines Rasterelektronenmikroskops (REM) mit zusätzlichem Transmissionsdetektor entwickelt.

Charakterisierung von Nanostrukturen auf Photomasken

Egbert Buhr, Bernd Bodermann

Integrierte Schaltkreise bestehen heute aus Strukturen, die zum Teil nur einige 10 Nanometer groß sind. Bei der lithografischen Herstellung dieser Halbleiterstrukturen werden als Vorlage Photomasken verwendet, die mit einer Genauigkeit von wenigen Nanometern zu fertigen sind. In der PTB wird u. a. die hochauflösende optische Mikroskopie zur Messung solcher Nanostrukturen weiterentwickelt, ein Weg besteht in der Verwendung einer kürzeren Wellenlänge. So wird gegenwärtig ein optisches Mikroskop mit einer Beleuchtungswellenlänge von 193 nm entwickelt und charakterisiert.

Stabilität von Hightech-Materialien

René Schödel

Thermisch stabile Materialien spielen eine wichtige Rolle in der dimensionellen Messtechnik und in der Präzisionsfertigung. Die zurzeit höchsten Anforderungen an die thermische Stabilität kritischer Komponenten werden in der EUVLithographie an die Reflexionsmasken und -spiegel gestellt. Diese basieren deshalb auf Substraten aus Hightech-Gläsern/Keramiken, die einen sehr geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten α aufweisen sollen (α < 1 · 10–8 K–1).

Lasergestützte Messung großer Komponenten

Frank Härtig, Klaus Wendt

Für die Fertigungsüberwachung und Montage großer Werkstücke und Komponenten von mehreren Metern Größe steht eine Vielzahl moderner Messsysteme zur Verfügung. Abhängig von Aufgabenstellung und geforderter Genauigkeit nutzen die Systeme verschiedene Sensoren und Messprinzipien. Zu den lasergestützten 3D-Messsystemen gehören u. a. Lasertracker, Laserscanner und das triangulationsbasierte Indoor-GPS. Typische Anwendungen finden sich im Automobilbau, der Raum- und Luftfahrtindustrie, im Schiffs- und Kranbau, bei Windkraftgetrieben und vielen anderen technischen Bereichen, in denen Maß-, Form- und Positionstoleranzen an großen Bauteilen bestimmt werden müssen.

Dynamische Messung mechanischer Größen

Thomas Bruns

In vielen Bereichen der industriellen Messtechnik, bspw. der Prozesssteuerung in der Produktion, der Komponentenprüfung oder der Sicherheitsprüfung, haben wir es bei der Messung mechanischer Größen wie Kraft, Drehmoment oder Druck mit zeitlich schnell veränderlichen Signalen zu tun. Diese Dynamik stellt die Metrologie vor neue Herausforderungen, denn die Rückführung der verwendeten Messgeräte auf nationale Normale basiert bislang auf statischen Verfahren. So werden nach dem Prinzip der Kraftwirkung einer Masse im Schwerefeld der Erde die (statischen) Skalen für Kraft, Druck und Drehmoment bei der PTB mit höchster Präzision dargestellt.

Fertigungsintegriertes Messen

Daniel Hagedorn, Stephan Metschke, Uwe Langner, Heinz-Peter Heyne, Frank Löffler

In der Metrologie, im Messgerätebau aber auch in der industriellen Serienproduktion ist der Trend zu immer komplexeren und genaueren Werkstücken ungebrochen. Während die Fertigungsgenauigkeit bei modernen Werkzeugmaschinen in einer Achse in der Regel bei ca. 8 μm liegt, sind bei zu fertigenden Komponenten teilweise Genauigkeiten von wenigen Mikrometer an verschiedenen Geometrieelementen gefordert. Diese Anforderungen lassen sich dann nur durch eine fertigungsintegrierte Messtechnik realisieren.

Metrologie für die Gesundheit

Herbert Janßen, Hans Koch

Mit dem Thema Gesundheit beschäftigt sich praktisch jeder Mensch mehr oder weniger intensiv andauernd. Es ist ein Thema, das über die individuelle Sorge um das eigene gesundheitliche Wohlergehen eine besondere gesellschaftspolitische Bedeutung hat, ein Thema, bei dem es nicht nur um das Verhältnis zwischen Mensch und Medizin, Patient und Arzt geht. Die gesellschaftlichen Aspekte liegen auch in der Gestaltung unserer Lebensbedingungen, besonders der Randbedingungen, denen wir in der Arbeitswelt unterliegen und dem Erhalt der Umwelt. Hier sind es die vorsorglichen (gesetzlichen) Regelungen, die indirekt zur Verbesserung der gesundheitlichen Situation des Einzelnen beitragen.

Dosimetrie für nicht-ionisierende Strahlung

Thomas Kleine-Ostmann

Auch nicht-ionisierende elektromagnetische Strahlung, deren Quantenenergie nicht ausreicht, um chemische Bindungen in biologischen Molekülen aufzubrechen, kann für den lebenden Organismus gefährlich werden. Unbestritten sind thermische Wirkungen, die darauf beruhen, dass die Energie des Feldes in Wärme umgesetzt wird. Darüber hinaus ist nach wie vor unklar, ob nicht-ionisierende Strahlung mit Leistungsdichten unterhalb der thermischen Schädigungsgrenze nachteilige Wirkungen haben kann. Ein geeignetes Maß für die Stärke der Exposition, sowohl bei der Beurteilung von Personenexpositionen als auch bei Expositionsexperimenten mit Zelllinien, ist die spezifische Absorptionsrate (SAR), die angibt, wie viel Leistung pro Kilogramm in Wärme umgesetzt wird.

Hochintensiver therapeutischer Ultraschall: Lokale Hitze für den (Tumor-) Zelltod

Julian Haller, Volker Wilkens, Sven Sonntag, Christian Koch

Die quantitative Beschreibung der für therapeutische Zwecke eingesetzten Ultraschallfelder ist eine notwendige Voraussetzung, um die therapeutische Wirkung abschätzen, den Ablauf der Therapie planen und Sicherheitsrisiken für umliegendes gesundes Gewebe beurteilen zu können. Aufgrund der Leistungen und Temperaturen, der extrem schnellen Erwärmung und der Gefahr des Auftretens von Kavitation sind hierfür nicht-alltägliche Messmethoden notwendig.

Wasserkalorimetrie für die Dosimetrie in der Strahlentherapie

Achim Krauss

Messgröße in der Dosimetrie für die Strahlentherapie
ist die sogenannte Wasser-Energiedosis DW. In der PTB wird die Einheit dieser Messgröße, das Gray (Gy; 1 Gy = 1 J/kg), mit Hilfe eines Wasserkalorimeters bei 60Co-Strahlung unter Referenzbedingungen mit einer Standardmessunsicherheit von 0,2 % dargestellt. Rückführbar auf die Messungen mit diesem Primärnormal werden Gebrauchsdosimeter (z. B. Ionisationskammern), die in den
strahlentherapeutischen Kliniken Verwendung finden, in Einheiten der Wasser-Energiedosis kalibriert.

Strahlenschutzdosimetrie für gepulste Photonen-Strahlungsfelder

Oliver Hupe

Zum Gesundheitsschutz derjenigen Personen, die beruflich ionisierender Strahlung ausgesetzt sind, ist die Messung der Dosis gesetzlich vorgeschrieben. Die zu verwendenden Messgeräte, die Orts- und Personendosimeter, unterliegen an den meisten Arbeitsplätzen der Eichordnung und bedürfen daher einer Bauartprüfung und Zulassung durch die PTB. Wenn diese nur national gültige Bauartzulassung mit den internationalen Normen im Einklang ist, findet sie auch international Anerkennung und wird als Qualitätsnachweis für das Dosimeter angesehen. Dies wird durch die aktive Mitarbeit in den internationalen Normungsgremien sichergestellt.

Strahlenbiologische Experimente an lebenden Zellen

Ulrich Giesen

Der Microbeam (Mikro-Ionenstrahl) hat sich als eine spezielle Anlage für die Erforschung von Phänomenen im niedrigen Dosisbereich, wie z. B. den Bystander-Effekten [1] und die direkte Beobachtung von sekundenschnellen Strahlenreaktion in lebenden Zellen, mit dem „Live-cell Imaging“ etabliert.

Klinische Ultrahochfeld-Magnetresonanztomographie (UHF-MRT) – eine metrologische Herausforderung

Frank Seifert

Die Kernspintomographie (auch Magnetresonanztomographie, MRT, MRI) ist eine attraktive diagnostische Methode, da sie ohne ionisierende Strahlung Schnittbilder beliebiger Orientierung des gesamten Körpers mit hervorragendem Weichteilkontrast liefert. Sie fand Anfang der 80er Jahre Eingang in die medizinische Routine. Derzeit werden weltweit rund 70 Mio. MRTUntersuchungen pro Jahr durchgeführt.

Niedrigfeld-Magnetresonanz

Martin Burghoff

Kernspinresonanzmessungen werden seit vielen Jahren erfolgreich in der Medizin und der Forschung eingesetzt. Beispielsweise können in einem Kernspintomografen sehr hoch auflösende anatomische Bilder vom menschlichen Gehirn angefertigt werden. Kernspinresonanzmessungen können auch in sehr niedrigen Feldern durchgeführt werden. Wenn die angelegten Felder in die Größenordnung des Erdmagnetfelds kommen oder noch schwächer sind, ist es zweckmäßig, die Messungen in einer magnetischen Schirmung wie dem Berliner Magnetischen Abschirmraum 2 (BMSR-2) durchzuführen.

Metrologie für Sicherheit und Gefahrenschutz

Gerhard Ulm

Das Forschungsgebiet Sicherheit und Gefahrenschutz gehört zu den wichtigen Themenbereichen, in denen die PTB jetzt und in Zukunft forschend, messend und beratend tätig ist, bzw. sein wird, um den Verbraucherschutz zu fördern und die Lebensbedingungen zu sichern. Dabei sind der PTB durch verschiedene nationale Gesetze und Verordnungen spezielle Aufgaben zugewiesen, beispielsweise durch das Strahlenschutzvorsorgegesetz, die Strahlenschutzverordnung, die Röntgenverordnung, das Beschussgesetz und die Explosionsschutzverordnung.

Detektion von Gefahrstoffen in Frachtgut

Volker Dangendorf

Durch steigende Terrorgefahr1 und die damit einhergehende Verschärfung der Sicherheitsregeln einiger Länder im internationalen Warenverkehr gewinnt die Untersuchung von Frachtgut auf Gefahrstoffe hin zunehmende Bedeutung. Der enorme weltweite Umsatz von Gütern und die erforderliche Geschwindigkeit beim Warenumschlag machen aber eine gründliche Untersuchung wie z. B. bei der Inspektion von Reisegepäck bei Flugreisenden schwierig und teuer. Innovative Detektionsverfahren, die vollautomatisch gefährliche Stoffe erkennen können, bieten eine Chance, die Sicherheit beim Warenverkehr zu erhöhen und Auflagen zu erfüllen, ohne den Prozess unangemessen zu behindern oder zu verzögern.

Terahertz-Strahlung sicher messen

Andreas Steiger

Terahertz-Strahlung, d. h. elektromagnetische Strahlung mit Frequenzen um 1 THz bzw. Wellenlängen um 1 mm, liegt im Grenzgebiet zwischen Optik und Elektronik. Einerseits ist dies die höchste Hochfrequenz, die elektronisch erzeugt werden kann, andererseits die Ferninfrarotgrenze optischer Strahlung mit besonderen Eigenschaften.

Vertrauenswürdige Messdaten nur mit IT-Sicherheit

Dieter Richter

Vertrauenswürdige Messdaten entstehen durch richtiges und genaues Messen. Die Richtigkeit und Genauigkeit von Messungen ist von zentraler Bedeutung für die Metrologie. Messen schließt aber fast immer auch Informationsverarbeitung und immer häufiger Informationsübertragung ein. Wie wird nun gesichert, dass die Informations- und Kommunikationsprozesse zuverlässig sind?

Explosionsschutz in der PTB

Michael Beyer, Heino Bothe

Da der Explosionsschutz in der PTB innerhalb des Themengebietes Sicherheit und Gefahrenschutz eine herausragende Rolle spielt, ist ihm in diesem Heft eine ausführliche Darstellung gewidmet.

Zünddurchschlagsicherheit in der Mikroverfahrenstechnik

Elisabeth Brandes

Die chemische Industrie verwendet in zunehmendem Maße die Mikroverfahrenstechnik. Dadurch lassen sich Reaktionen, für die Substanzen mit hohem Oxidationspotential (Sauerstoff, Distickstoffmonoxid, etc.) eingesetzt werden, besser beherrschen.

Zündgefahrenbewertung von PEM-Brennstoffzellen hinsichtlich innerer explosionsartiger Verbrennungsreaktionen

Thomas Horn

Die Entwicklung eines Explosionsschutzkonzeptes für eine Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle (PEM-BZ) erfordert eine umfassende Analyse hinsichtlich möglicher Zündgefahren.

Zündung durch elektrische Entladungen

Detlev Markus

Elektrische Energie ist in vielen Bereichen des täglichen Lebens essentiell. Neben dem enormen Nutzen elektrischer Energie müssen jedoch auch ihre Gefahren beachtet werden, so auch beim Einsatz in explosionsfähiger Atmosphäre. Es existieren verschiedene Konzepte zur Beurteilung der Wahrscheinlichkeit einer Zündung explosionsfähiger Atmosphären durch elektrische Zündquellen.

Metrology for advanced industrial magnetics

This is an announcement of an applied research project to improve the metrology of magnetic sensors for industrial applications. The joint European project entitled MetMags started in July 2011. Companies who want to follow the findings of the project are most welcome to contact the participants.

Metrology aims at ultra-precise form characterization of any optical surface

Measuring flats and aspheres to an accuracy < 1 nm remains a challenge on an industrial level as of today. Thus, in September 2011 the European Union has started a € 2.9 mill. project for a three year period to measure high quality optical surfaces of lenses and mirrors directly traceable to the SI-units. It encompasses a multitude of national metrology institutes (NMI) and other stake holders. Collaborators are welcome to join the project.

Metrology to reduce thermal effects and drift in precision engineering

Current state of the art temperature measurement equipment needs regular re-calibration, which increases the down time of instruments and the costs in industrial production. Therefore, in September 2011 the European Union started a project for a three year period to analyse drift effects including aging, thermal expansion, temperature dependence of hardness and creep of materials, joints and sensors.

The aim is to contribute to a metrological knowledge base for material properties and related metrological standardisation. It encompasses a multitude of national metrology institutes (NMI) and other stake holders. Collaborators are welcome to join the project.

Aktuelles aus der OIML

Roman Schwartz

Bericht über die 14. Internationale Konferenz der OIML und die 47. Sitzung des CIML in Bukarest

Die 14. Konferenz der Internationalen Organisation für das gesetzliche Messwesen (OIML) und die 47. Sitzung des Internationalen Komitees für das gesetzliche Messwesen (CIML) fanden vom 1. bis 5. Oktober 2012 in Bukarest, Rumänien, statt. Insgesamt nahmen knapp 170 Delegierte und Beobachter aus 48 (von 57) Mitgliedstaaten, 12 korrespondierenden Mitgliedstaaten sowie mehreren internationalen Organisationen teil. Die internationale Konferenz findet im vierjährigen Turnus statt; ihr obliegt die Entscheidung über Grundsatzfragen und das Budget der OIML.

Regeln für die Durchführung von Vergleichsmessungen von Dosimetern gemäß § 2 Abs. 3 Satz 3 der Eichordnung

1 Vorbemerkung

Nach § 2 Absatz 3 Satz 3 und 5 der Eichordnung vom 12. Aug. 1988 (BGBI. I S. 1657) sind von der Physikalisch- Technischen Bundesanstalt (PTB) oder von einer Institution, die von der zuständigen Behörde im Benehmen mit der PTB anerkannt ist, regelmäßig Vergleichsmessungen für Dosimeter zu veranstalten. Die PTB gibt hiermit die Aktualisierung der bisherigen Regeln (PTB-Mitt. 100 (1990) Nr. 3) für die Vergleichsmessungen bekannt, die von ihr veranstaltet werden. Bei der Überarbeitung wurden unter Punkt 5 die Empfehlung der Strahlenschutzkommission „Anforderungen an Personendosimeter“, verabschiedet in der 247. Sitzung am 24./25. Februar 2011, berücksichtigt. Weiterhin wurden Erfahrungen aus den bisherigen Vergleichsmessungen eingearbeitet.