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Archiv der PTB-News

PTB-News 3.2020PTB-News 3.2020

Hardwarekomponenten eines Open-Source-Niedrigfeld-MR-Tomografen: Pulsgenerator, Hochfrequenzverstärker, Sende-/Empfangsumschalter mit Empfangsvorverstärker, Anregungsspule, Gradientenverstärker, x-, y- und z-Gradientenspulen für die räumliche Kodierung und MR-Magnete mit Einsätzen zur Feldhomogenisierung. Ein Kopfphantom dient zur Veranschaulichung der Dimensionen. Die Baupläne werden für alle frei zugänglich veröffentlicht und zur nicht-exklusiven (auch kommerziellen) Nutzung freigegeben.

Im Rahmen einer internationalen Kooperation arbeitet die PTB an der Entwicklung von kostengünstigen Magnetresonanztomografen (MRT) mit Veröffentlichung aller technologischen Details als Open-Source-Hardware (OSH). Mit solchen OSH-MRTs konnten nun erste Aufnahmen gemacht werden.

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Schematische Darstellung der Floureszenzanregung einer Nanostruktur, die aus Atomen, verschiedener Elemente (A, B, C) zusammengesetzt ist. Bei Anregung mit einem Röntgenstrahl (E<sub>0</sub>) wird jeweils charakteristische Fluoreszenzstrahlung (E<sub>1</sub>, E<sub>2</sub>) emittiert.

In der PTB wurden Methoden zur elementspezifischen Rekonstruktion von periodisch nanostrukturierten Oberflächen optimiert, die für die Herstellung hochmoderner integrierter Schaltkreise verwendet werden. Durch die neuartige Analyse der Röntgenfluoreszenzstrahlung wird es möglich, die räumliche Verteilung von verschiedenen Atomen innerhalb der Nanostrukturen zu bestimmen.

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Berkovich-Spitze auf einem Silizium-AFM-Cantilever (großes Bild) zusammen mit den Idealabmessungen einer Berkovich-Spitze (oben links) und einer Seitenansicht der gefertigten Spitze (oben rechts). Der Öffnungswinkel beträgt (143 ± 0,5)<sup>o</sup>, was gut mit der Spitzendefinition der ISO-Norm übereinstimmt. Die effektive Spitzenhöhe <em>h</m> beträgt ca. 1&nbsp;μm und ist damit ausreichend für oberflächennahe, mechanische Messungen, z. B. zur Bestimmung des eindringtiefenabhängigen elektromechanischen Verhaltens nanoskaliger Halbleitermaterialien.

Der neuartige Picoindenter aus der PTB, der die Spitze eines Rasterkraftmikroskops (AFM) als Eindringkörper verwendet, um Nanomaterialien dimensionell und mechanisch zu charakterisieren, wurde jetzt entscheidend erweitert: Im „Laboratory for Emerging Nanometrology“ (LENA) wurden mithilfe eines fokussierten Ionenstrahls (FIB) pyramidenförmige Berkovich-Spitzen auf AFM-Cantilevern hergestellt, die...

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Schematische Darstellung der Molekül-basierten Einzelphotonenquelle für Anwendungen in der Quantenradiometrie, z. B. für die Kalibrierung eines Einzelphotonendetektors (1, SPAD) über einen Referenz-Detektor (2, analog). Der Wert von g<sup>(2)</sup>(0) = 0,08 bedeutet eine sehr niedrige Wahrscheinlichkeit, dass zwei Photonen gleichzeitig emittiert werden. DBT: Dibenzoterrylen.

Einzelphotonenquellen sind sogenannte nicht-klassische Lichtquellen. Anders als Laser oder Glühlampen senden sie das Licht nur als einzelne Quanten (Photonen) aus. Anwendungen dafür finden sich in vielen Bereichen der Quantentechnologie, z. B. in der Quanten-basierten Bildgebung, im Quantencomputing, in der Quantenschlüsselverteilung und in quantenverstärkten optischen Messungen. Außerdem sind sie...

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Schematisches Schaltbild (stark vereinfacht) einer Josephson-Impedanzmessbrücke kombiniert mit einem Quanten-Hall-Referenzwiderstand (QHR). Der Messstrom wird von zwei Stromquellen (links und rechts) eingespeist, die Spannungsmessung erfolgt quantenbasiert über zwei pulsgetriebene Josephson-Spannungsnormale (U<sub>1</sub> und U<sub>2</sub>). Nach Abgleich der Messbrücke durch Justierung der Spannungsverhältnisse und Phasenwinkel ist die durch den Detektor gemessene Spannung Null und damit das Verhältnis der Impedanzen des Prüflings (Z<sub>DUT</sub>) und des Quanten-Hall-Impedanznormals (Z<sub>QHR</sub>) gleich dem sehr genau bekannten Verhältnis der beiden Brückenspannungen U<sub>1</sub> und U<sub>2</sub>.

Die PTB untersucht im Rahmen eines europäischen Metrologieforschungsprojekts die Nutzbarkeit neuartiger Quanten-Hall-Widerstandsnormale auf der Materialbasis von Graphen für die Impedanzmetrologie. Die Arbeiten dienen der Entwicklung quantenbasierter Impedanzmessbrücken für vereinfachte Kalibrierungen elektrischer Wechselspannungsgrößen für den praxisnahen, flexiblen und effizienten Einsatz, zum...

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Übersicht über die Inhalte der Datenbank. Jeder Eintrag entspricht einer Zeile in der Tabelle in zeitlicher Reihenfolge von oben nach unten. Schwarze Pixel zeigen vorhandene Werte an, fehlende Werte bleiben weiß.

Eine in der PTB entwickelte Datenbank liefert mehr als 20 000 EKG-Aufnahmen, maschinenlesbare Befunde und Anmerkungen von Kardiologen. Sie wurde vor allem für die Entwicklung maschineller Lernverfahren aufbereitet und ist zu deren besseren Vergleichbarkeit in Trainings- und Testabschnitte organisiert. Die Datenbank mit Namen PTB-XL ist bei PhysioNet öffentlich verfügbar.

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Der optische Inspektionskanal (gelb) ermöglicht die Detektion der Höhe eines Flüssigkeitsspiegels, der sich am vertikalen Hubkolben (grau) ausbildet.

Zur Kalibrierung kleinster Durchflüsse (< 0,1 ml/min) wird in der PTB derzeit ein Kolbensystem zur volumetrischen Durchflussbestimmung aufgebaut, bei dem oberhalb der Dichtung des vertikal verfahrenen Kolbens eine Flüssigkeit mit geringem Dampfdruck eingebracht werden kann. Die bei diesem Messprozess üblicherweise entstehenden Unsicherheiten durch thermische Einträge werden minimiert. Ein...

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Sende- und Empfangsantenne zukünftiger Kommunikationssysteme im Millimeterwellen- und Terahertzfrequenzbereich müssen zielgerichtet aufeinander ausgerichtet werden, um miteinander kommunizieren zu können. Ein neues Konzept aus der PTB sieht vor, zwei orthogonal zueinander ausgerichtete Drehfunkfeuer aus der terrestrischen Funknavigation zu kombinieren und für diesen neuen Anwendungsbereich zu...

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Die beiden faserbasierten Punktlichtquellen befinden sich auf dem bewegten Objekt. Der Bildsensor registriert das Interferenzmuster, dessen Orientierung den Rollwinkel angibt.

Die PTB hat ein kostengünstiges Verfahren entwickelt, um den Rollwinkel bei hochpräzisen Linearverstellern in der optischen Messtechnik oder der industriellen Fertigung besonders einfach zu messen. Es besteht aus nur zwei Single-Mode-Glasfasern sowie einem herkömmlichen Bildsensor und benötigt keine zusätzliche Optik. Die zwei fest zueinander positionierten Enden der Glasfasern befinden sich auf...

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Auszeichnungen

Fabian Wolf

Der Mitarbeiter des QUEST-Institutes an der PTB wurde mit dem „Carl Zeiss Award for Young Researchers“ ausgezeichnet. Damit ehrt der Ernst-Abbe- Fonds im Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft Wolfs Arbeit zu quantenverstärkten Messungen mit Fock-Zuständen der Bewegung von gefangenen Ionen.

Holger Großhans

Der Mitarbeiter des Fachbereichs 3.5 „Explosionsschutz in der...

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Dr.-Ing. Prof. h.c. Frank Härtig ist neuer Vizepräsident der PTB. Er löst damit Hon.-Prof. Dr. Roman Schwartz ab, der das Amt sechs Jahre lang innehatte. 

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Ein Forschungsverbund aus Leibniz Universität Hannover (LUH), TU Braunschweig, TU Clausthal, Jade Hochschule Wilhelmshaven und PTB wird vom Land Niedersachsen seit Juli 2020 für zunächst fünfzehn Monate beim Aufbau eines Innovationslabors für Wasserstofftechnologie unterstützt. Damit sollen in enger Zusammenarbeit von Hochschulen, Forschungseinrichtungen und Praxispartnern anwendungsnahe und...

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Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) verlängert die Förderung des Sonderforschungsbereichs „Designte Quantenzustände der Materie (DQ-mat) – Herstellung, Manipulation und Detektion für metrologische Anwendungen und Tests fundamentaler Physik“ der Leibniz Universität Hannover und der PTB für weitere vier Jahre mit rund 9,2 Millionen Euro. In dem Sonderforschungsbereich geht es um die...

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Bereits jetzt sind große europäische Forschungszentren über ein Glasfaser-Netzwerk verbunden, in das hochgenaue Atomuhren Laserlicht einspeisen. (Abb.: Stefan Schröder/Uni Bonn)

Ein Konsortium aus europäischen nationalen Metrologieinstituten, der Universität Bonn und hochspezialisierten Firmen soll unter dem Namen „Clock Optical Network Services – Design Study“ (CLONETS-DS) ab dem 1. Oktober eine Designstudie für ein zukünftiges Netzwerk zur Verteilung hochgenauer optischer Frequenzen und Zeitsignale entwickeln. So sollen der Wissenschaft künftig über eine gemeinsame...

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Im Auftrag des Bundesministeriums für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (BMZ) unterstützt die PTB seit rund 60 Jahren den Aufbau von Qualitätsinfrastrukturen in Schwellen- und Entwicklungsländern. Im Mai 2020 haben BMZ und PTB eine neue Vereinbarung unterzeichnet, die den Auftrag der PTB deutlich ausbaut. Das Volumen für den Aufbau von Qualitätsinfrastruktur in Kooperationsländern der...

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PTB-News 2.2020PTB-News 2.2020

Das Bild zeigt eine Probe mit atomaren Stufenhöhen, aufgenommen mit einem konfokalen Laserscanning-Mikroskop. Jede der Terrassen ist eine atomar glatte Netzebene des Silizium (111)-Kristalls, mit einer konstanten Stufenhöhe von h ≈ 0,314 nm. Die Längsachse der Probe ist ca. 100 μm lang.

Im Zuge der Revision des Internationalen Einheitensystems (SI), die am 20. Mai 2019 in Kraft trat, hat die internationale Meterkonvention auf Vorschlag des beratenden Komitee für die Länge (CCL) zugelassen, den Gitterparameter des Siliziumkristalls – also den Abstand zwischen den atomaren Schichten – als Basis für die sekundäre Darstellung des Meters im Nanometerbereich zu nutzen. In der...

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Das OTT-System verwendet Terminals zur Einspeisung und am Zielort. Eine Anzahl von bidirektionalen, optischen Inline-Verstärkern dient bei weit entfernten Standorten zur Kompensation der Signalabschwächung in der Glasfaser.

Jedes mobile Telekommunikationsnetz erfordert eine Synchronisation zwischen seinen verschiedenen Komponenten. Die Deutsche Telekom Technik AG hat entschieden, für die zukünftige Überwachung ausgewählter Punkte in ihrem Netz eine Methode zu testen, die von der AGH University of Science and Technology in Krakau entwickelt wurde. Sie basiert auf optischer Zeitübertragung (OTT), die in Zusammenarbeit...

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Nachweis der kohärent überhöhten Abstrahlung: Nach einem vollen Umlauf um den Speicherring (Dauer 160 ns) ist die mit einer Photodiode gemessene Abstrahlung des von der Laserstrahlung mikrostrukturierten Elektronenpakets deutlich intensiver.

In Kooperation mit dem Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) und der Tsinghua-Universität Peking wurde an der Metrology Light Source (MLS), dem Elektronenspeicherring der PTB in Berlin, der Machbarkeitsnachweis für die erste Stufe des sogenannten „Steady State Micro Bunching“ (SSMB) erfolgreich erbracht. Dies ebnet den Weg für zukünftige Synchrotronstrahlungsquellen mit höheren Intensitäten.

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Typischer Messaufbau der PTB für planare On-Wafer-Streuparametermessungen: Prüfspitzen über Teststrukturen auf einem Silizium-Wafer

Die PTB hat den Nachweis erbracht, dass auf kommerziellen Substraten gefertigte On-Wafer-Kalibrierstrukturen als Transfernormale für Referenzkalibrierungen verwendet werden können. Damit wird für planare Streuparametermessungen erstmalig eine Anbindung an industrielle Anwendungen ermöglicht.

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Das neue Gerät besteht aus einer Halbkugel, auf der 15 einzelne Spektrometer angebracht sind, sodass 15 unterschiedliche Raumwinkel zeitgleich gemessen werden können. Damit lässt sich die Haupteinfallsrichtung der Röntgenphotonen auf die Person und insbesondere auf die Augenlinse simultan ermitteln, sodass die Zeit für die Charakterisierung des Arbeitsplatzes im laufenden Klinikbetrieb auf das Nötigste beschränkt wird.

Im Zuge des am 31.12.2018 in Kraft getretenen Strahlenschutzgesetzes (StrlSchG) wurden die Grenzwerte für die Augenlinsendosis deutlich abgesenkt. Um die Einhaltung dieser neuen Grenzwerte verlässlich nachzuweisen, muss die Wirksamkeit bestehender Strahlenschutzmaßnahmen und die Notwendigkeit einer zusätzlichen Überwachung des Personals überprüft werden. Für die Charakterisierung der...

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Testprobe mit magnetischen Strukturen, an der Messungen im Rahmen des Ringvergleichs durchgeführt wurden. Die hellgrünen Bereiche bestehen aus einer magnetischen Schicht, in den dunklen Bereichen wurde diese Schicht lithografisch entfernt.

Für die Messung von räumlich auf der Nanometerskala variierenden magnetischen Feldverteilungen standen bislang keine international standardisierten Messverfahren zur Verfügung. Das von der PTB geleitete und kürzlich erfolgreich abgeschlossene EMPIR-Metrologieforschungsprojekt „NanoMag“ schließt diese Lücke und ermöglicht zukünftig international vergleichbare Messungen von Magnetfeldverteilungen...

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Messaufbau mit Sensoren auf einer gabelähnlichen Struktur, die am Äquator der Kugel untergebracht sind

In verschiedenen Industriebranchen, wie der Optik oder Fertigungsmesstechnik, werden nahezu perfekte Kugeln verwendet. Herkömmliche Verfahren zur Messung der Formabweichung sind für eine industrielle Fertigung dieser Kugeln jedoch viel zu langsam und aufwendig. Eine neue PTB-Messapparatur ist zuverlässig und kostengünstiger als bestehende Systeme und führt zu schnellen Messergebnissen. Sie besteht...

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Funktionsmuster einer Planck-Waage

Die zusammen mit der TU Ilmenau entwickelte, hochpräzise, stufenlos messende Planck-Waage funktioniert nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation. Dabei wird ein zu wiegendes Massestück auf der einen Seite der Waage durch eine elektrische Kraft auf der anderen Seite aufgewogen. Diese ist untrennbar mit der Planck-Konstante verbunden und lässt sich so unmittelbar auf die neue...

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Prinzipskizze des Double-Pass-AOM-Prototypen

Akustooptische Modulatoren (AOM) dienen zur Modulation der Frequenz und Intensität von Laserstrahlung. Verläuft der Strahl zweimal durch den AOM, wird eine Verdopplung der Frequenzverschiebung bei gleichzeitig guter Unterdrückung der primären Strahlfrequenz ermöglicht. Diesen Aufbau nennt man Double-Pass-Anordnung. Das neue PTB-Design verwendet eine spezifische Faltung des Strahlengangs für die...

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Auszeichnungen


Christian Sanner, Nils Huntemann, Richard Lange

Die beiden Wissenschaftler im PTB-Fachbereich 4.4 Zeit und Frequenz (Huntemann, Lange) sowie ihr ehemaliger PTB-Kollege (Sanner, heute am JILA, Boulder, USA) haben den Helmholtz-Preis 2020 in der Kategorie „Grundlagen“ erhalten. Der Helmholtz- Preis ist einer der bedeutendsten Preise in der Metrologie und wird vom Helmholtz- Fonds alle zwei Jahre...

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Schneller, weiter besser – diese Entwicklung wird auch nach der Einführung von 5G weitergehen. Wie Konzepte für noch höhere Übertragungsraten aussehen könnten, erforscht ein DFG-Projekt namens „Metrology for THz Communications“ (Meteracom). Im Zentrum steht dabei der Terahertz-Frequenzbereich, in dem zukünftig mehr als 100 Gigabit pro Sekunde übertragen werden könnten. Das ist etwa das Zehn- bis...

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Eine Ampel mit den Farben rot, orange, gelb und grün.

Schon seit einigen Wochen hat die PTB zahlreiche Maßnahmen umgesetzt, um das Coronavirus SARS-CoV-2 zu bekämpfen: So wurden nahezu alle Veranstaltungen für die nächste Zeit abgesagt, und alle Dienstreisen – auch zwischen den PTBStandorten – wurden gestrichen. Für alle, die auf den PTB-Geländen in Braunschweig und Berlin arbeiten, gelten strenge Hygiene- und Verhaltensregeln. Und ein Großteil der...

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PTB-News 1.2020PTB-News 1.2020

Künstlerische Darstellung des Ionenpaars: lasergekühltesBe<sup>+</sup> (r. o.) und hochgeladenes Ar<sup>13+</sup> (l. u.)

In einer Kooperation mit dem Max- Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg ist es am QUEST-Institut in der PTB erstmals gelungen, Präzisionsspektroskopie an hochgeladenen Ionen durchzuführen. Das Pionierexperiment erschließt den Sektor der hochgeladenen Ionen für neuartige Atomuhren und Tests fundamentaler Physik.

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Im Einzelpartikelzähler wird die Suspension mit einer Kanüle in den konischen Bereich der Durchflussküvette injiziert und anschließend durch die Verjüngung und den umgebenden Hüllstom beschleunigt. Dadurch werden die Partikel entlang der Strömungsrichtung separiert und passieren überwiegend einzeln den Laserfokus. Dabei wird für jedes Partikel das Streulicht in Laserstrahlrichtung (Vorwärtsstreuung) und senkrecht dazu (Seitwärtsstreuung) gemessen.

Im Rahmen eines Technologietransferprojekts wurde an der PTB ein Durchfluss-Einzelpartikelzähler für die Detektion und Größenbestimmung von Mikro- und Nanopartikeln in Suspension entwickelt. Der daraus entstandene Prototyp deckt für Polystyrolpartikel einen dynamischen Messbereich von 80 nm bis 8 μm im Durchmesser ab.

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Ausleseelektronik für dc-SQUID-Multikanalsysteme. Im Vordergrund: 19"-Einschubkarte mit Ausleseelektroniken für 9 Sensorkanäle.

Im Rahmen einer Industriekooperation hat die PTB eine neue Ausleseelektronik für dc-SQUID-Multikanalsysteme entwickelt. Sie ist hoch skalierbar und flexibel einsetzbar und erlaubt das zeitgleiche Auslesen von bis zu einigen tausend Kanälen.

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UnsicherZerfallsreihe des Thorium-227. Man erkennt gut die Besonderheit von Thorium, dass es nämlich überwiegend Alpha-Zerfälle gibt.

In der PTB ist es erstmals gelungen, die spezifische Aktivität einer Thorium-227 Lösung mithilfe von Flüssigszintillationszählern sehr genau zu bestimmen. Damit sind von nun an rückgeführte Aktivitätsmessungen dieses Radionuklids, das für die Radioimmuntherapie in der Nuklearmedizin erprobt wird, möglich. Auch die Halbwertszeit von Thorium-227 wurde mit zwei Messverfahren bestimmt.

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Links: klassische Druckmessung mit dem Kolbenmanometer gemäß <em>p</em><sub>PB</sub> = <em>F</em><sub>g</sub>/A<sub>eff</sub> (PB: pressure balance, also Kolbenmanometer; g: Gravitationskraft; A<sub>eff</sub>: effektive Fläche eines Kolben-Zylinder-Systems). Rechts: der neue elektrische Ansatz: Die durch das Messgas hervorgerufene relative Änderung der Kapazität C(<em>T</em>) bei einer bekannten Temperatur <em>T</em>, die mit einem kalibrierten Widerstandsthermometer R(<em>T</em>) ermittelt wird, lässt sich direkt mit dem Gasdruck verknüpfen. In die nötigen Ab-initio-Berechnungen der Gaseigenschaften gehen die Dielektrizitätskonstante und die Interaktion der Gasteilchen ein: p<sub>ab-initio</sub>(C,<em>T</em>, Gas<sub>ab-initio</sub>)

Im Rahmen der Arbeiten zur Neudefinition der Basiseinheit Kelvin wurde in der PTB eine neue Methode zur Druckmessung entwickelt, die auf der Kapazitätsmessung von Heliumgas beruht. Schon im ersten Anlauf war sie fast genauso gut wie die weltweit beste Methode zur Druckmessung mit einem Kolbenmanomter.

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Die fliegende Messplattform der PTB vor einer Windenergieanlage.

In der PTB ist es weltweit erstmals gelungen messtechnisch aufzuzeigen, wie, in welchem Maße und unter welchen Bedingungen Windenergieanlagen Einfluss auf die Signalintegrität von Flug-Navigationsanlagen haben. Diese Erkenntnisse machen ein Prognosewerkzeug möglich, das bei hunderten im „Genehmigungsstau“ steckenden Bauanträgen für eine schnellere Entscheidung sorgen könnte.

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Links: Überhöhte Darstellung einer Multiradienfläche. Rechts: Foto einer Realisierung. Der Durchmesser beträgt 40 mm.

Nicht-sphärische optische Flächen, also Asphären und Freiformflächen, sind heutzutage wesentliche Komponenten vieler moderner Abbildungssysteme in Industrie und Forschung. Zur Überprüfung hochgenauer Messgeräte für die Messung von Asphären und Freiformflächen wurden spezielle Referenzflächen entwickelt, die sich abschnittsweise aus Kugelflächen zusammensetzen. Erste Prototypen wurden in der PTB...

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Asphärische Linsenform

Für moderne optische Messsysteme stellen sich neue Herausforderungen im Bereich der Simulation und Optimierung der Messsysteme und Auswerteverfahren. Dies gilt insbesondere für Systeme zur Formmessung von Asphären, Freiformflächen und für die Simulation von Optiksystemen, wie sie heute in Kamerasystemen und komplexen optischen Messsystemen eingesetzt werden. Hierbei werden Optimierungsverfahren,...

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Ein Prototyp des Detektors, installiert am 50-MeV-Forschungsbeschleuniger MELAF bei der PTB-Braunschweig

Ein in der PTB entwickelter Detektor misst die mittlere Energie und Ladung geladener Teilchen pulsaufgelöst und in Echtzeit. Das Gerät, das bis zu 10 Messungen pro Sekunde liefert, ist auch für kontinuierliche Ionen- oder Elektronenstrahlung geeignet. Seine Funktionsweise ermöglicht außerdem die Energiebestimmung von Teilchenstrahlung sehr geringer Intensität. Das Gerät besteht aus einer...

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Ergebnis einer elektrothermischen Entfernung der Durchkontaktierung

Dünnschichtsensoren ermöglichen die hochpräzise und ortsaufgelöste Messung diverser physikalischer Zustände, insbesondere auch an besonders kleinen und schwer zugänglichen Stellen sowie unter rauen Umweltbedingungen. In der Produktion der Dünnschichtsensoren sind mögliche Fehlstellen wie Durchkontaktierungen aufgrund von Pinholes in der Isolierung ärgerlich, da die aufgebrachten...

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Auszeichnungen

Rudolf Meeß, Thomas Wiedenhöfer, Frank Härtig, Katharina Lehrmann

Das Wissenschaftlerteam der PTB hat den Technologietransferpreis der Industrie- und Handelskammer Braunschweig für die Weitergabe einer mess- und fertigungstechnischen Meisterleistung aus der Forschung in die Industrie erhalten:

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Für die Entwicklung einer völlig neuen Atomuhr haben PTB-Forscher zusammen mit internationalen Kollegen einen prestigeträchtigen Synergy Grant des europäischen Forschungsrates ERC eingeworben. Ziel des Projektes, das für sechs Jahre mit insgesamt 13,8 Millionen Euro gefördert wird, ist die Entwicklung eines völlig neuen Typs Atomuhr:

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Die erste Cäsiumuhr CS1 der PTB

Seit nunmehr 50 Jahren tickt mit der Atomuhr CS1 ein bedeutendes Quantennormal der PTB. Im Jahr 1969 war die Uhr in der Atomuhrenhalle PTB fertiggestellt; in demselben Jahr wurden erste Messwerte publiziert. Die relative Unsicherheit von CS1 im Jahr 1970 betrug 4,5 · 10−13; heute ist sie für die besten primären Uhren etwas höher als 1 · 10−16.

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PTB-News 3.2019PTB-News 3.2019

Additiv gefertigte Dentalbohrführung zum Bohren von Löchern für Zahnimplantate in künstliche Kiefermodelle mit nur wenigen Stützzähnen. Bohrwinkel α und Bohrtiefe wurden mit Computertomografie gemessen.

Die Medizin setzt große Hoffnungen in Implantate und Hilfsmittel, die für jeden individuellen Patienten spezifisch angefertigt werden. Sie können über additive Fertigung (3D-Druck) produziert werden, und das in fast beliebig komplexen Formen. Vor ihrem breiten Einsatz fordern Medizinbranche und Zertifizierungsstellen den Nachweis gleichbleibend hoher Qualität. Im Rahmen des europäischen Projekts...

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Schematischer Aufbau der virtuellen Mammografie

Zugelassene Geräte im Rahmen des Mammografie-Screening-Programms müssen gewährleisten, dass Radiologen auch kleine Kontraste sicher erkennen können. In jährlichen Kontrollmessungen wird daher die Bildqualität jedes Gerätes überprüft. Dazu müssen Testbilder von Phantomen aufgenommen und mit Analyseverfahren ausgewertet werden. Die PTB hat eine Software entwickelt, die diese Aufnahmen durch...

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Die OBCA neben dem Transfernormal montiert auf dem Translationssystem in der „Reduced Background Calibration Facility<sup>2</sup>“ der PTB

In der PTB wurde die Referenzstrahlungsquelle des EnMAP-Satelliten zur Erdfernerkundung mit hoher Auflösung kalibriert. Damit ist die langfristige Vergleichbarkeit und Rückführung seiner globalen Messdaten aus dem geobiologischen, geochemischen und geophysikalischen Bereich sichergestellt.

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Caesium-Fontänenuhren CSF2 (Vordergrund) und CSF1. Die Atome werden im unteren Teil des Vakuum-Aufbaus lasergekühlt und nach oben beschleunigt. Im oberen Teil werden sie während ihres Fluges mit Mikrowellen bestrahlt.

Die beiden Caesium-Fontänenuhren CSF1 und CSF2 der PTB sind seit vielen Jahren als primäre Frequenznormale und als Basis der Zeitskala der PTB etabliert. Durch umfangreiche Untersuchungen konnten jetzt die Unsicherheiten der beiden Uhren um einen Faktor 5 (CSF1) bzw. 2,4 (CSF2) verringert werden. Mit den erreichten relativen Unsicherheiten von 2,7 · 10–16 für CSF1 und 1,7 · 10–16 für CSF2 gehören...

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Foto des JAWS-Chips mit 3000 integrierten Josephson-Kontakten und des Photodioden-Chipcarriers (PDCC), angeschlossen an die optische Faser

In der PTB wurde ein pulsgetriebenes Josephson-Normal zur Erzeugung von Wechselspannungen realisiert, bei dem die Spannungspulse mithilfe von optischen Komponenten synthetisiert werden. Dies bietet Vorteile gegenüber dem herkömmlichen Betriebsverfahren, bei dem die antreibenden Spannungspulse über elektrische Hochfrequenz-Zuleitungen auf den supraleitenden Chip geleitet werden.

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Links: Farblich kodierte räumliche Verteilung der Elektronentemperatur Τe in den Nanostrukturen. Mitte: Rasterelektronenmikroskopaufnahme der Nanostruktur im Querschnitt, Rechts: Elektronendichteverteilung ne. Die Falschfarbendarstellungen links und rechts zeigen die Ergebnisse von Simulationen.

In einem Forschungskonsortium ist es gelungen, in ein neues Regime der relativistischen Licht-Materie-Wechselwirkung vorzustoßen. Dadurch wurden in einem kompakten Laborexperiment sehr heiße und dichte Plasmen erzeugt, die neue Perspektiven für Experimente zur laser-induzierten Kernphysik und Labor-Astrophysik ermöglichen.

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Inlet of an integrating sphere

Ulbricht-Kugeln werden zur Messung des Lichtstroms eingesetzt, so auch bei der Transmissionsmessung von Mikroskopobjektiven. Diese Transmissionsmessungen können durch ein neues Zusatzelement jetzt genauer werden. Der in der PTB entwickelte spezielle Einsatz passt die Einlassöffnung der Ulbricht-Kugel dem Objektiv optimal an. Durch den Einsatz befindet sich das Objektiv nicht mehr im kritischen...

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Die kalorimetrischen, wassergekühlten Module umschließen die Batteriezelle vollflächig mit gutem thermischen Kontakt.

Batteriezellen müssen von der Entwicklung bis hin zur Produktion auf Leistungsfähigkeit und Betriebssicherheit getestet werden. Für ihre thermische Überwachung wurde in der PTB ein modulares Kalorimeter entwickelt, das aus einer variablen Anzahl nahezu identischer Baugruppen besteht und die Vermessung verschiedenster Batteriezellgrößen erlaubt. Die Module gestatten eine einfache Skalierung in der...

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Winkelmessung mit einem Autokollimator

Zur Messung kleiner Winkeländerungen von Objekten werden Autokollimatoren verwendet. Der hierbei genutzte Detektor, oft ein flächenhafter CCD-Sensor, wird mit einer linienförmigen Messmarke ausgeleuchtet. Deren Position auf dem Sensor wird detektiert und hat durch die Pixelgröße eine begrenzte Auflösung. In dem neuen Verfahren wird diese Messmarke unter einem spezifisch auf den Sensor...

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Auszeichnungen

Oliver Hupe

Der Leiter der Arbeitsgruppe 6.31 „Photonendosimetrie“ wurde auf dem EURADOS Annual Meeting 2019 in den Council gewählt. Er wird dort im Executive Board als Treasurer vertreten sein. Die European Radiation Dosimetry Group (EURADOS e. V.) bildet ein Netzwerk aus mehr als 70 europäischen Institutionen und 600 Wissenschaftlern.

Oliver Hupe

Richard Lange

Der Doktorand im Fachbereich 4.4 „Zeit und...

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Die deutsche Delegation in Peking. Mit dabei waren der Nobelpreisträger Klaus von Klitzing, PTB-Präsident Joachim Ullrich, PTB-Vizepräsident Roman Schwartz sowie der ehemalige PTB-Präsident Ernst O. Göbel.

Die 40-jährige erfolgreiche Zusammenarbeit zwischen Deutschland und China wurde im Rahmen eines dreitägigen Festaktes in Peking gefeiert und in die nächste Etappe geschickt: Am 21. August unterzeichneten Vertreter des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) und des chinesischen Staatlichen Zentralamts für Marktregulierung (SAMR) ein „Memorandum of Understanding“ über die Fortsetzung...

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Medizinische Daten, die im Falle eines Unfalls lebensrettend sein könnten, werden bisher an verschiedenen Stellen unabhängig voneinander gespeichert. Dies soll ein zunächst auf drei Jahre angelegtes Forschungsprojekt ändern. Darin schließen sich TU Braunschweig, MHH und PTB zu einem Zentrum für Unfall- und Notfallinformatik zusammen. Ein Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines „digitalen...

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Ein neues EURAMET-Metrologienetzwerk mit dem Namen „Smart Electricity Grids“ hat zum Ziel, die Forschungsaktivitäten rund um intelligente Stromnetze zu koordinieren und eine nachhaltige europäische metrologische Forschungsstruktur auf diesem Gebiet zu schaffen. Die PTB beteiligt sich an der operativen Arbeit und ist in den Leitungsgremien des Netzwerks vertreten.

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Ein weiteres EURAMET-Netzwerk soll europaweit einheitliche Strukturen rund um die Qualitätssicherung in der Labormedizin schaffen und die metrologische Rückführung wichtiger Messgrößen auf diesem Gebiet sicherstellen. Damit werden die Anforderungen einer neuen EU-Verordnung zur In-vitro-Diagnostik umgesetzt.

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Um die neuesten Entwicklungen auf dem Gebiet der Hochpräzisionsmessungen geht es in einem WE-Heraeaus-Symposium am 7. November im Institut Berlin der PTB. Ein knappes halbes Jahr nach der Revision des Internationalen Einheitensystems berichten Experten, darunter der Nobelpreisträger Wolfgang Ketterle (MIT), über Fundamentalkonstanten, aber auch über neueste Entwicklungen auf den Gebieten...

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PTB-News 2.2019PTB-News 2.2019

Ein abstimmbarer Laser regt eine äußerst schmalbandige Resonanz eines Yb<sup>+</sup>-Ions in einer Atomuhr an. Zwei Ionen mit senkrecht zueinander ausgerichteten Wellenfunktionen (gelb) werden mit Laserlicht mit einer einstellbaren Frequenzverschiebung Δ <em>f</em> abgefragt, um eine möglicherweise auftretende Frequenzdifferenz zu messen. Der gesamte Experimentaufbau rotiert mit der Erde einmal am Tag relativ zum Fixsternhimmel.

Ein erster Langzeitvergleich zweier optischer Ytterbiumuhren lieferte zuverlässige Resultate über deren Genauigkeit und Stabilität an der Grenze des bislang Messbaren. Gleichzeitig konnte damit die Lorentz-Symmetrie für Elektronen in noch engeren experimentellen Grenzen bestätigt werden.

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Hochgenaue Winkelmessungen mit Autokollimatoren werden signifikant von der Luftbrechzahl und damit insbesondere vom Luftdruck beeinflusst. Daher müssen Druckänderungen beim Vergleich von Messungen an unterschiedlichen Standorten berücksichtigt werden. Die PTB hat geeignete Strategien sowohl zur Korrektur der Messergebnisse als auch zur Evaluierung der Messunsicherheit entwickelt.

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Die Ankündigung der großen Halbleiterproduzenten Samsung und TSMC im Herbst 2018, EUV-Lithografie (EUVL) für die Herstellung ihrer High-End- Prozessoren einzusetzen, markiert den kommerziellen Durchbruch dieser Technologie nach einer langen Phase der Vorlaufforschung. Die PTB unterstützt bereits seit zwanzig Jahren die Entwicklung von Projektionsoptiken für die EUVL durch At-Wavelength- Metrologie...

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An der PTB ist seit Kurzem ein LED-basierter Sonnensimulator im Einsatz, mit dem die spektrale Zusammensetzung, Helligkeit und Dauer der simulierten Sonnenstrahlung unabhängig voneinander variiert werden können. Er bietet damit entscheidende Vorteile gegenüber marktüblichen Xenon-Sonnensimulatoren. Solarmodule können jetzt an der PTB einem breiten Spektrum an realitätsnahen Tests unterzogen...

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In der PTB wurde ein Mikroskop für die Abbildung magnetischer Nanostrukturen entwickelt, das erstmals eine quantitative Messung magnetischer Feldverteilungen mit Nanometer-Auflösung über zentimetergroße Probenbereiche erlaubt.

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Bei Aufnahmen an Computertomografen (CT) kann die Strahlenbelastung des Patienten je nach Art der Untersuchung durchaus nennenswert sein. Mit dem Ziel, die effektive Dosis für den individuellen Patienten unmittelbar nach der Aufnahme innerhalb von wenigen Minuten am CT anzuzeigen, hat die PTB eine mobile Messapparatur entwickelt. Sie ist in der Lage, die für Dosisberechnungen notwendigen...

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Rasterkraftmikroskope werden nicht nur zur Messung von Nanostrukturen und feinen Rauheiten, sondern auch als Kraftsensoren in der Pharmazie oder Materialforschung verwendet. Für eine präzise Kraftmessung ist die genaue Bestimmung der Biegesteifigkeit des Cantilevers wichtig. Bislang fehlen hierfür geeignete Messverfahren. Das neue Transfernormal der PTB kalibriert kleinste Kräfte für die Anwendung...

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Mikrostrukturierte Ionenfallen stellen die technologische Basis einer skalierbaren Architektur für einen zukünftigen Quantencomputer auf Basis einzelner Ionen dar. Hier werden die Ionen anhand inhomogener elektrischer Felder über der Oberfläche gespeichert. Mehrere Verfahren aus der PTB für die Herstellung von mehrlagigen Schichtstrukturen werden den hohen Anforderungen der Anwendung gerecht. Sie...

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Größenverteilungen oder wellenlängenabhängiger Brechungsindex von Mikropartikeln können bisher nur durch größeren Aufwand bestimmt werden. Ein neues Verfahren aus der PTB vereinfacht die Messung: Aus dem Transmissionsspektrum von Partikeln in Suspensionen, Emulsionen oder Aerosolen wird der spektrale Extinktionsquerschnitt abgeleitet und anschließend mithilfe eines mathematischen...

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Seit dem 24. November 2018 ist Taiwan im Besitz einer eigenen Siliziumkugel, mit der die Masse nach der Revision des Internationalen Einheitensystems (SI) realisiert werden kann. Übergeben wurde die Kugel (genauer: das isotopenangereicherte 1 kg 28Si-Massenormal) von PTB-Präsident Joachim Ullrich und dem zuständigen Abteilungsleiter Frank Härtig. Empfänger war das Industrial Technology Research...

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Eine neue Forschungsinitiative, das MPG-PTB-RIKEN-Zentrum, bündelt die Kompetenz weltweit führender Wissenschaflergruppen auf den Gebieten Atomund Kernphysik, Antimaterieforschung, Quantenoptik und Metrologie. Gemeinsam wollen sie nach Antworten auf fundamentale Fragen der Physik suchen – etwa jene, ob die Naturkonstanten wirklich konstant sind. Dazu setzt das breit ausgerichtete...

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Erstmals haben drei Smart Meter Gateways eine Baumusterprüfbescheinigung von der PTB erhalten. Das Smart Meter Gateway ist die Schlüsseltechnologie für die Digitalisierung der Energiewende. Beispielsweise bildet es zusammen mit einem modernen Stromzähler ein intelligentes Messsystem, das in der Energiewirtschaft zukünftig eine zentrale Rolle einnehmen wird. Unter Einhaltung höchster...

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Die PTB hat 2018 den ersten Ladeeinrichtungen für Elektrofahrzeuge eine Baumusterprüfbescheinigung ausgestellt. Damit wird bescheinigt, dass sie allen mess- und eichrechtlichen Anforderungen genügen und exakte Messungen sowie einen für den Kunden transparenten und genau nachvollziehbaren Ladevorgang gewährleisten – also erkennbar macht, wann der Kunde wo wieviel getankt hat, als Basis für die...

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Das von der TU Braunschweig und der PTB seit 2014 gemeinsam betriebene Graduiertenkolleg NanoMet wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft für weitere 4,5 Jahre gefördert. Im Rahmen des Graduiertenkollegs werden Promotionsarbeiten im Bereich der Nanometrologie in den drei Themenfeldern „Komplexe Systeme“, „Quanten-Systeme“ und „Biologische Systeme“ bearbeitet. Dabei wird der Gruppe von 26...

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Am 20. Mai, dem Weltmetrologietag, ist es soweit: Das revidierte Internationale Einheitensystem (SI) tritt in Kraft. Am 16. November war es auf der 26. Generalkonferenz für Maße und Gewichte in Versailles von den Vertretern aller Mitgliedsstaaten der Meterkonvention einstimmig beschlossen worden. Ab dem 20. Mai beruhen sämtliche SI-Einheiten auf einem Satz von 7 definierenden Konstanten der Natur;...

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Die regelmäßige Überprüfung der Kfz- Abgaswerte (AU) wurde Ende 2017 in mehreren Punkten verschärft. Dies machte umfangreiche Forschungsarbeiten und die zeitnahe Ausstellung oder Erneuerung zahlreicher Baumusterprüfbescheinigungen für AU-Messgeräte erforderlich. Hierfür wurde innerhalb von nur 12 Monaten ein neues Prüflaborgebäude errichtet und in Betrieb genommen. Es umfasst hochmoderne Labore...

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PTB-News 1.2019PTB-News 1.2019

Auszeichnungen

Frank Härtig

Der Leiter der Abteilung 1 „Mechanik und Akustik“ wurde einstimmig zum „President Elect“ der IMEKO gewählt. In den kommenden drei Jahren koordiniert er 24 technische Komitees. Im Jahr 2021 wird er dann für drei Jahre die Präsidentschaft übernehmen.

Gisa Foyer , Holger Kahmann

Die ehemalige Mitarbeiterin und der Mitarbeiter des Fachbereichs 1.2 „Festkörpermechanik“ haben auf dem...

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Im neuen Internationalen Einheitensystem (SI) werden sieben Naturkonstanten als definierende Bezugsgrößen festgelegt. Die sieben Basiseinheiten – in der Grafik im äußeren Kreis angeordnet – verlieren ihre herausgehobene Stellung. (Grafik: BIPM)

Die Staaten der Meterkonvention haben auf ihrer 26. Generalkonferenz für Maße und Gewichte (CGPM) im November 2018 in Versailles eine grundlegende Revision des Internationalen Einheitensystems (SI) beschlossen. In Zukunft werden sich alle SI-Einheiten auf die festgelegten Werte von sieben ausgewählten Naturkonstanten beziehen. Die Generalkonferenz folgt damit einer Empfehlung des Internationalen...

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a: T1-Karte des Herzens eines gesunden Probanden. b: Evaluierung der Genauigkeit der T1-Werte in einem Phantom für verschiedene Herzschlagfrequenzen (bpm). Die Genauigkeit der T1 Werte (rot) ist unabhängig vom Herzschlag, wohingegen MOLLI, die am weitesten verbreitete Methode zur T1-Bildgebung, T1-Werte für hohe Herzraten unterschätzt (blau).

Magnetresonanztomografie (MRT) ist ein wichtiges Bildgebungsverfahren in der Kardiologie. Bisher ist MRT auf qualitative Bilder beschränkt, da die Messzeit aufgrund von Herzbewegung und Atmung limitiert ist. An der PTB wurde ein neues Bildrekonstruktionsverfahren entwickelt, das biophysikalische Parameter des Herzmuskels mit einer hohen räumlichen Auflösung quantifiziert und eine objektive...

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Das Spektralradiometer blickt in 2400 m Höhe auf die aufgehende Sonne in Izaña.

In einer Kooperation zwischen der PTB und der Firma Gigahertz-Optik wurde ein neu entwickeltes kompaktes Array- Spektralradiometer charakterisiert und im Feldeinsatz getestet. Das Gerät kann ohne großen Aufwand und in kurzen Intervallen die direkte spektrale Bestrahlungsstärke der Sonne auf der Erde messen und erlaubt somit einen Rückschluss auf die Gesamtozonsäule der Erdatmosphäre.

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Schematische Darstellung der Kombination aus FEM-Berechnung der elektrischen Feldstärkeverteilung und GIXRF-Messungen an einer Si3N4-Gitterstruktur auf einem Silizium-Substrat.

Die zunehmende Komplexität von nanostrukturierten Oberflächen bei technologischen Anwendungen ist eine Herausforderung für deren metrologische Charakterisierung. Besonders in der Halbleiterindustrie sind hochkomplexe Nanostrukturen, die aus unterschiedlichen Materialien zusammengesetzt sind, von großer Bedeutung. Im PTBLaboratorium am Elektronenspeicherring BESSY II ist jetzt an einer Si3N4-Nanons...

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Entnahme einer Wasserprobe der Oker in Braunschweig

Quecksilber ist für viele Organismen giftig. In der Umwelt ist es weitverbreitet und kommt in unterschiedlichen chemischen Formen vor, die über die Nahrung, das Wasser und die Luft aufgenommen werden können. Zur vollständigen Risikobewertung müssen alle Formen und deren mögliche Umwandlungsprodukte bekannt sein und bestimmt werden. Deshalb wurde eine rückführbare Analysenmethode entwickelt, die...

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Skizze des TLD-basierten Spektrometers. Grundprinzip: Je tiefer die Strahlung in das Spektrometer eindringt, desto höher ist ihre Energie.

Bei der Laser-Materialbearbeitung von Werkstücken kann unerwünschte Röntgenstrahlung entstehen. Deren Dosisleistung und spektrale Verteilung wurde jetzt erstmals genau bestimmt.

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Eines der neuen Designs, die für ein ausgeglichenes Verhältnis der Steifigkeiten sorgen: ein modifizierter Kantilever mit Aussparungen im Schaft.

Die heutige Rasterkraftmikroskopie (atomic force microscopy, kurz AFM) steht vor der Herausforderung, dreidimensionale Strukturen zuverlässig zu messen. Bisher funktioniert das nicht ganz fehlerfrei: Handelsübliche Kantilever (Messnadeln eines AFM) reagieren unausgeglichen, wenn sie Kräften der drei Raumdimensionen ausgesetzt sind. In der PTB wurde dieses Problem mit neuen Kantilevern gelöst. Sie...

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1: Klemmung für Flachbandkabel: Die in der Kanalhöhe einstellbare Klemmvorrichtung wird durch Schraubverbindungen aufeinandergepresst und ist auch stapelbar.2: Klemmung für Rundkabel: Mehrere Federelemente im Inneren fixieren das Kabel.

In modernen Tieftemperatursystemen werden zunehmend „trockene“ Kryostate verwendet, die im Vakuum, allein durch direkten thermischen Kontakt, kühlen. Kabel und elektrische Leitungen können dabei den Kühlprozess behindern, wenn sie nicht an geeigneten Stellen zwischen Raumtemperatur und Betriebstemperatur thermisch angekoppelt werden. Zwei neue Konstruktionen aus der PTB zur thermischen Ankopplung...

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Der Spannungsteiler: Die 99 Präzisionswiderstände im Plexiglasrohr werden wahlweise in Reihe oder parallel geschaltet.

Genaue Messungen von hohen Spannungen im Bereich von 200 kV erfordern den Einsatz von Spannungsteilern. Sie zerteilen große Spannungen in kleinere, die erst dann präzise vermessen werden können. Die Signalgröße wird durch den Teilungsfaktor bestimmt, der bislang durch regelmäßiges Kalibrieren an nationalen Normalen bestimmt werden muss. In der PTB wurde ein sich selbst rückführender...

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Was bringt die Revision des Internationalen Einheitensystems SI, die am 16. November 2018 beschlossen wurde und am 20. Mai 2019 in Kraft tritt? Diese Frage liefert völlig unterschiedliche Antworten, je nachdem, ob man Bürger, Schüler, Wissenschaftler oder Messtechnikexperten in der Industrie fragt. Die maßstäbe-Redaktion hat gefragt und ihre Antworten zu einem bunten, vielfältigen Heft...

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„QuantumFrontiers“, ein gemeinsames Vorhaben der Leibniz Universität Hannover und der TU Braunschweig in enger Zusammenarbeit mit der PTB, wird zum Exzellenzcluster und erhält damit für zunächst sieben Jahre eine Millionenförderung im Rahmen der Exzellenzstrategie des Bundes und der Länder, die Spitzenforschung an deutschen Universitäten fördert und Deutschland als international konkurrenzfähigen...

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von links: PTB-Präsident Prof. Dr. Joachim Ullrich, Prof. Dr. Gavin O’Connor, Prof. Dr.-Ing. Anke Kaysser-Pyzalla, Präsidentin der TU Braunschweig, und Dr. Bernd Güttler, Leiter der PTB-Abteilung 3 „Chemische Physik und Explosionsschutz“ (Foto: Bernt Erlewein, TU Braunschweig)

Dr. Gavin O’Connor hat zum 1. September 2018 in einer gemeinsamen Berufung von TU Braunschweig und PTB eine Stelle als Universitätsprofessor angetreten. Forschungsschwerpunkte des 45-jährigen Chemikers sind die Massenspektrometrie im Bereich biologische Messungen und chemische Metrologie. O’Connor war zuvor in der Gemeinsamen Forschungsstelle der Europäischen Kommission in Geel, Belgien, tätig. In...

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PTB-News 3.2018PTB-News 3.2018

Auszeichnungen

Joachim Ullrich

PTB-Präsident Prof. Dr. J. UllrichDer PTB-Präsident ist von der Leibniz Universität Hannover zum Doktor der Naturwissenschaften ehrenhalber ausgezeichnet worden. Damit würdigt die Universität die herausragenden wissenschaftlichen Leistungen von Professor Ullrich im Bereich der experimentellen Quantenphysik, belegt durch mehr als 450 Veröffentlichungen in renommierten wissenschaftlichen Fachzeitschriften sowie...

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Geometrische Abweichungen bei der Kegelstrahlgeometrie. Die Bilder entstehen in unterschiedlichen Tiefen in der Szintillatorschicht des Detektors. In Rot ist der Strahlengang ohne Filter und umgebendes Material zu sehen in Blau mit Filter und umgebendem Material. Der Effekt ist abhängig vom Röntgenspektrum in Kombination mit Probenmaterial und Abstand a.

Längenmessungen mit industrieller Röntgen-Computertomografie (CT) in Kegelstrahlgeometrie wiesen bisher (ohne zusätzliche taktile Referenzmessungen) relative Messunsicherheiten von etwa 1 · 10–4 auf. Ein in der PTB entwickeltes Verfahren kann dies um zumindest einen Faktor 10 verbessern. Kern der Entwicklung ist eine pixelaufgelöste Abstandskorrektur der Röntgenquelle zum Flatpanel-Detektor. Das...

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Die optische Uhr in ihrem Transportcontainer und die optischen Komponenten zur Frequenzübertragung im Untergrundlabor LSM

Der Verlauf der Zeit hängt von der Position des Betrachters in einem Gravitationspotenzial ab. Dieser Effekt kann für eine große Masse wie die der Erde durch den Vergleich hochgenauer Atomuhren gemessen und zur Bestimmung ihrer Höhendifferenz genutzt werden. Die transportable optische Strontiumuhr der PTB ermöglicht jetzt erstmals eine flexible Wahl des Ortes, an dem eine der Uhren betrieben wird.

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Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme einer typischen GaN-Säule nach Nanoindentationsmesung mit Berkovich-Indenterspitze

Säulenartige Nanoobjekte können jetzt mithilfe der Indentationstechnik mechanisch charakterisiert werden. Möglich wird das durch eine in der PTB entwickelte neuartige Auswertemethode und ein Korrekturverfahren für die Kompressibilität der Säulen.

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Schema der Doppelionisationskammer zur Messung atomarer Photoionisationsquerschnitte mit Synchrotronstrahlung an der Metrology Light Source (MLS)

In Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IPM in Freiburg i. Br. wurden an der Metrology Light Source (MLS) der PTB die Wirkungsquerschnitte zur Photoionisation von Edelgasen im Spektralbereich von Vakuum-Ultraviolett-Strahlung gemessen. Die Ergebnisse stellen eine Erweiterung bereits bestehender Datensätze dar, mit kleineren Unsicherheiten und einer soliden metrologischen Rückführung auf das...

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Messaufbau der PTB zur elektrochemischen Messung des pHT-Werts. Die Apparatur enthält die mit den künstlichen Meerwasserproben gefüllten Harned-Zellen, deren Spannungen unter temperierten Bedingungen gemessenen werden.

In Zusammenarbeit mit dem Leibniz- Institut für Ostseeforschung Warnemünde wurden in der PTB erstmals pH-Werte von Meerwasser mit einem mittleren Salzgehalt (fünf bis zwanzig Gramm pro Kilogramm Meerwasser) rückführbar auf das primäre pH-Normal der PTB gemessen. Dies sichert die Vergleichbarkeit von im Meer gemessenen pH-Werten, was z. B. für die zuverlässige Quantifizierung der...

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Aufbereitetes und konditioniertes Biogas ist ein wesentlicher Bestandteil des Energiekonzeptes der Bundesregierung auf dem Weg zu einer kohlenstoffarmen Energieversorgung. (Bild: Ökobit GmbH)

Umfangreiche Analysen und innovative Verfahren der Unsicherheitsbetrachtung erlauben den Einsatz von Gasnetz- Zustandsrekonstruktionssystemen in Regionalnetzen im geschäftlichen Verkehr zur Bestimmung des Energiegehaltes von Erdgas. In der PTB wurden hierfür die Voraussetzungen geschaffen.

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Messplatz während einer Messung mit dem Vibrometer. Das Vibrometer befindet sich in dem blauen Gehäuse. Die Folie ist in den roten Tubus eingesetzt und liegt auf der Wasseroberfläche auf.

An der PTB wurde ein neuartiger Messplatz für die primäre Kalibrierung von Ultraschallhydrophonen entwickelt. Hydrophone sind Sensoren für die Bestimmung des Ultraschallwechseldrucks in flüssigen Medien. Eingesetzt werden sie hauptsächlich in der Medizintechnik, um Ultraschallgeräte zu prüfen. Der neue Messplatz deckt einen vergrößerten Frequenzbereich bei verminderter Unsicherheit ab.

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Schema des Messaufbaus für die Kalibrierung des induktiven Spannungsteilers (in der Abbildung: „Teiler“) mit den beiden JAWS-Spannungsnormalen. Der Lock-In-Spannungsverstärker dient zusammen mit dem Transformer (Bildmitte) zur Signalverstärkung und damit zur Erhöhung der Sensitivität des Messverfahrens.

Die PTB entwickelt ein auf pulsgetriebenen Josephson-Spannungsnormalen basierendes Messsystem, das eine hochpräzise Bestimmung von Wechselspannungen bei Frequenzen bis zu 100 kHz und oberhalb von 100 V erlauben soll. Da die Ausgangsspannungen von Josephson- Spannungsnormalen auf wenige Volt begrenzt sind, erfordert dies den Einsatz von Spannungsteilern. Jetzt wurde erstmals ein induktiver...

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Für die Übertragung von ultrastabilen optischen Frequenzen über lange Glasfaserstrecken werden bidirektionale Verstärker benötigt, um die optischen Verluste von etwa 20 dB pro 100 Kilometer zu kompensieren. Für die in der PTB entwickelten Faser-Brillouin-Verstärker mit einem Gain von etwa 45 dB, die sich unter anderem erfolgreich an der Faserverbindung zwischen Braunschweig und Paris bewährt...

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Beispielhafter Strahlenverlauf: oben mit vier Reflexionen pro Spiegel, darunter in der neuen Herriott-Zelle mit dreifach erhöhter Anzahl an Reflektionen (12 Reflexionspunkte pro Spiegel)

Kleinste Mengen bestimmter Gase können erhebliche Auswirkungen auf die Gesundheit, die Umwelt oder industrielle Prozesse haben. Sie können mit einer in der PTB entwickelten, verbesserten Herriott-Zelle deutlich empfindlicher als zuvor nachgewiesen werden. Plane Spiegel im Innenraum ermöglichen eine Sieffektivere Nutzung. So kann die optische Weglänge bei gleichem Volumen der Zelle um mehr als eine...

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Weltweit einmaliges Forschungszentrum mit PTB-Beteiligung (Foto: Carpus + Partner)

Am 6. Juli wurde das Gebäude des neuen Hannover Institut für Technologie (HITec) der Leibniz Universität Hannover feierlich eröffnet. Das Institut vereint erstmalig in Europa Grundlagenforschung, angewandte Forschung und Technologieentwicklung auf dem Gebiet der Quantenphysik und Geodäsie unter einem Dach. Als wichtigste Kooperationspartner unmittelbar an der Forschungsprogrammatik des HITec...

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Am 5. April 2018 gründete sich an der PTB der Verein „Deutsches Nationales Komitee der Internationalen Beleuchtungskommission CIE (DNK-CIE)“. Zum ersten Vorsitzenden des neuen Vereins wurde Armin Sperling, PTB, gewählt.

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An der Berliner Charité entsteht ein Sonderforschungsbereich zur diagnostischen Bildgebung mit dem Namen „In vivo Darstellung pathologischer Veränderungen der Extrazellulärmatrix“ (Sprecher: Prof. Dr. Bernd Hamm). Daran wirken neben der Charité die Freie Universität Berlin, die Technische Universität Berlin, das Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung, die Bundesanstalt für...

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Titelseite Broschüre Junge Wissenschaft

Eine neue Publikation ist jetzt bei der PTB beheimatet: das Online- Journal „Junge Wissenschaft“ (https://www. junge-wissenschaft.ptb. de). Ausschließlich „junge Forscher“ (Altershöchstgrenze 23 Jahre) können hier nach den üblichen Regeln wissenschaftlichen Publizierens, einschließlich eines Peer-review-Prozesses, veröffentlichen. Die Junge Wissenschaft wird von der Presse- und...

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PTB-News 2.2018PTB-News 2.2018

Johannes Thielking, Wissenschaftler bei der PTB, mit dem Laseraufbau zur Untersuchung des Thorium-229-Atomkerns

Der Atomkern Thorium-229 besitzt eine unter allen bekannten Nukliden einmalige Eigenschaft: Es sollte möglich sein, ihn mit ultraviolettem Licht anzuregen. Über den dafür verantwortlichen niederenergetischen Zustand des Th-229- Kerns war bisher nur wenig bekannt. Nun ist es erstmals gelungen, die Form der Ladungsverteilung dieses Kernzustands mithilfe von spektroskopischen Untersuchungen an der...

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Vergleich von gemessenen und modellierten Resonanzfrequenzen des als Fallstudie untersuchten Kraftaufnehmers für dynamische Kalibrierungen mit unterschiedlichen elastungsmassen. Das Diagramm zeigt die modellierten sowie die experimentell bestimmten Resonanzfrequenzen bei Stoßund Sinusanregung in Abhängigkeit der Belastungsmasse. Der Messpunkt für 1 kg repräsentiert eine typische Sinuskalibrierung mit großen Massen und Anregungen bis zu wenigen Kilohertz. Zusätzlich aufgetragen sind die experimentell ermittelten Resonanzen bei Stoßanregung.

Erstmals können die Ergebnisse unterschiedlicher dynamischer Kalibriermethoden (stoßförmig bzw. sinusförmig) in eine gute Übereinstimmung gebracht werden. Ein mathematisches Modell für einen Messaufbau mit beidseitig elastisch angekoppeltem Kraftaufnehmer macht es möglich.

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Herkömmliche Kalibrierscheine könnten bald der Vergangenheit angehören. Um nachzuweisen, dass und wie ein Messgerät kalibriert wurde, könnten die metrologischen Institute weltweit statt der analogen Versionen zukünftig „Digitale Kalibrierscheine“ (DK) verwenden. Vor allem die Maschinenlesbarkeit würde Fertigungs- und Qualitätsüberwachungsprozesse, bei denen die Digitalisierung immer stärker Einzug...

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Je mehr Strom aus regenerativen Energiequellen kommt, desto komplexer werden die Stromnetze. Das macht den Aufbau intelligenter Stromnetze, in denen Erzeuger, Verbraucher und Messstellen miteinander kommunizieren, immer wichtiger. In einem EU-Projekt entstanden mathematische Modellierungsverfahren für eine bessere Vorhersagbarkeit des Netzverhaltens sowie sichere Verschlüsselungsmethoden.

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Fluoreszenzkamerasystem mit Kamerakopf, Elektronikeinschub im PC und Bediensoftware, die einen Gewebeausschnitt mit fluoreszierendem Wächterlymphknoten (rot hervorgehoben) zeigt. Detailbild links unten: Anordnung der LEDs im Kamerakopf.

Die PTB hat ein Kamerasystem für das Auffinden von Wächterlymphknoten mithilfe des fluoreszierenden Kontrastmittels Indocyaningrün entwickelt und gemeinsam mit der Klinik für Gynäkologie der Charité Universitätsmedizin Berlin erfolgreich erprobt.

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Ein „topologischer Isolator“ ist im Inneren (Bulk) isolierend und an der Oberfläche leitfähig. Eine ferromagnetische Dotierung bewirkt, dass die Oberfläche senkrecht zur Magnetisierungsrichtung M ebenfalls isolierend wird. Am Rande des Films verlaufen eindimensionale „Randkanäle“, also elektrische Ringströme. In diesem Zustand ist der Hallwiderstand ρxy bei verschwindendem Magnetfeld quantisiert und nimmt den Wert der von-Klitzing-Konstanten h/e2 an, wobei gleichzeitig die Längsleitfähigkeit ρxx verschwindet.

In Zusammenarbeit mit der Universität Würzburg gelang der PTB eine Messung des quantisierten anomalen Hall-Effekts mit einer relativen Messunsicherheit von 2,5 ∙ 10–7. Das ist eine Verbesserung um fast drei Größenordnungen. Damit rückt die Kombination quantisierter Hall-Normale für den elektrischen Widerstand mit Josephson- Spannungs-Normalen auf einem Chip näher. Das wäre ein Durchbruch für die...

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Gemäß einer neuen europäischen Qualitätsleitlinie müssen Elementverunreinigungen in Arzneimitteln angemessen kontrolliert werden. Daher haben das European Directorate for the Quality of Medicines and HealthCare (EDQM), das Joint Research Center (JRC) Geel, die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) und die PTB hochgenaue Referenzlösungen für die vier besonders toxischen Elemente...

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Zwei Kolben erzeugen einen konstanten Volumenstrom, indem sie abwechselnd das Fluid aus dem Zylinder verdrängen.

Die Durchflussmesstechnik benötigt für Prüf- und Kalibrierstände exakte Fluidantriebe, die kontinuierlich konstante Volumenströme erzeugen können. Eine Neuentwicklung der PTB besteht aus zwei synchronisierten Kolbensystemen, die einen pulsationsfreien und konstanten Fluidstrom bilden können. Der Durchfluss ist außerdem schnell variierbar. Durch optische Positionsbestimmung ist die Fördermenge zu...

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Flansch mit Widerlagern zur Aufnahme von Kraftsensoren (blau). Im Hintergrund ein typischer Gondelprüfstand. Hier kann das neue PTB-Kraft-Hebel-System eingebaut werden.

Die rückführbare Messung von Drehmomenten von mehr als 2 MN ∙ m ist beispielsweise für die Windenergiebranche von enormer Bedeutung. Eine Erfindung aus der PTB ermöglicht die Rückführung, indem das Drehmoment in mehrere Kraftsignale zerlegt wird, die über eine definierte Hebellänge gemessen werden. Zudem kann der Drehmomentsensor die meisten Störkomponenten entkoppeln. Die Messunsicherheit beträgt...

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Geteilte Greifbacke mit Markierungspunkten (rot) für die Messung der Greifkraft

Die Handhabung und exakte Steuerung von Mikrogreifern bedarf einer hohen Präzision. Bisherige Messeräte sind durch einen hohen Fertigungsaufwand charakterisiert und lassen nur eine eingeschränkte Materialauswahl zu. Eine PTB-Entwicklung vereinfacht jetzt die Greifkraftmessung: Die Greifer werden segmentiert und zur Reduktion der Steifigkeit durch Federelemente verbunden. Auf beiden Segmenten...

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Auszeichnungen

Dietmar Drung, Hansjörg Scherer, Martin Götz, Eckart Pesel

Die Mitarbeiter der Fachbereiche 7.2 Kryophysik und Spektrometrie (D. Drung) sowie 2.6 Elektrische Quantenmetrologie (H. Scherer, M. Götz, E. Pesel) haben den diesjährigen Helmholtz-Preis in der Kategorie „Präzisionsmessung in der angewandten Messtechnik“ gewonnen. Ausgezeichnet wird damit ihre Entwicklung eines neuen Stromverstärkers,...

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Das Fachjournal der PTB, die PTB-Mitteilungen, ändert seinen Charakter: Aus einer kostenpflichtigen Verlagspublikation ist ab diesem Jahr eine Open-Access-Veröffentlichung geworden, frei zugänglich für jeden Interessierten. Sie finden die PTB-Mitteilungen auf der Website der PTB im Kapitel „Presse & Aktuelles“ und dort unter „Zeitschriften & Magazine“. Auch in dieser digitalen Zukunft soll der...

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Der PTB-Jahresbericht hat mit der gerade erschienenen Ausgabe 2017 ein neues Gesicht bekommen: knapper, nachrichtlicher, bunter, informativer. Sie finden ihn als pdf zum Herunterladen auf der Website der PTB unter „Presse & Aktuelles“ und dort unter „Zeitschriften & Magazine“.

Wenn Sie ihn als gedruckte Version kostenlos erhalten möchten, schicken Sie bitte eine Bestellung per E-Mail an Opens window for sending emailpresse@p...

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Mit dem Weltmetrologietag (20. Mai) dieses Jahres beginnt ein Countdown für das Internationale Einheitensystem (SI): Im November 2018 wird das neue oder revidierte SI, in dem alle Einheiten auf Naturkonstanten zurückgeführt werden, aller Voraussicht nach von der Generalkonferenz für Maß und Gewicht verabschiedet werden. Und am darauffolgenden Weltmetrologietag (20. Mai 2019) tritt das revidierte...

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PTB-News 1.2018PTB-News 1.2018

Im Bild sind rotationssymmetrische Gräben mit kontinuierlichem Farbverlauf auf einem Wafer zu sehen.

Zur genauen Bearbeitung von Siliziumwafern muss die Orientierung des Kristalls erkannt werden. Eine PTB-Erfindung verbessert die Bestimmung der Orientierung von <110>-Wafern durch eine zusätzliche Detektion von einstrahlendem Licht auf speziellen Teststrukturen (s. Bild). Sie sind auf der Oberfläche eingebracht und ermöglichen erstmals einen automatisierbaren Bestimmungsprozess. Damit wird die...

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Die Industrie setzt für die Fertigung von Halbleiterbauelementen die Methode der Projektionslithografie ein. Dabei werden die Nanostrukturen der logischen Schaltkreise von einer Photomaske auf den Halbleiter-Wafer optisch abgebildet. Für die Prozesskontrolle sind an verschiedenen Stellen über die Photomaske verteilt Messfelder aus periodisch angeordneten Nanostrukturen aufgebracht, die aus Platz-...

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Die PTB hat eine Methode entwickelt, die für das Temperaturmanagement von Nanoschaltkreisen genutzt werden kann. Die Methode basiert auf magnetischen Tunnelkontakten und ermöglicht quantitative Temperaturmessungen mit einer Zeitauflösung unterhalb einer Nanosekunde. Dabei wird der Tunnelkontakt, unter Ausnutzung der Temperaturabhängigkeit des Tunnelwiderstands, als kalibriertes Thermometer...

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Die PTB hat in einer Industriekooperation eine Empfangsspule für die neuartige Bildgebungsmethode des Magnetic Particle Imaging (MPI) entwickelt. Sie wurde bereits erfolgreich an dem Berliner MPI-System implementiert und getestet. Die neue Spule verbessert die Sensitivität deutlich, sodass sich jetzt bereits wenige Nanogramm magnetischer Nanopartikel detektieren lassen.

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Das „neue SI“, das voraussichtlich im nächsten Herbst beschlossen wird, beruht auf Naturkonstanten, die sich mithilfe makroskopischer Quanteneffekte direkt messen lassen. Die theoretischen Grundlagen dieser Effekte mit höchster Genauigkeit experimentell zu überprüfen ist eine Kernaufgabe der Metrologie. Beim Quanten-Hall-Effekt gelang dies nun erstmals auch an einem Zustand, bei dem nicht mehr...

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Untersuchungen in einem Modellsystem aus übereinander gleitenden Ionenketten am QUEST-Institut an der PTB erlauben grundlegende Erkenntnisse über Reibung in Nanostrukturen und Biomolekülen. Dabei wurde im Falle von Defekten in der Gitterstruktur ein Übergang zur Superlubrizität beobachtet und erklärt.

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Der Prototyp des Ultraschallpegel-Messsystems besteht aus einem Laptop, einem Analog-Digital-Konverter, einem Speisemodul, einem Vorverstärker und einer Viertelzoll-Kondensator-Mikrofonkapsel.

In Zusammenarbeit mit dem Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung ist in der PTB der Prototyp eines transportablen Messsystems für Luftultraschall entstanden. Damit kann an Arbeitsplätzen eine mögliche Gefährdung durch die weit verbreiteten Ultraschallmaschinen, die mitunter sehr hohe Schalldruckpegel erzeugen, erfasst und bewertet werden.

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Die Mischvorrichtung (rot) umgibt einen zentralen Strömungskanal und leitet ein Verdünnungsgas zur optimierten Vermischung hinein.

Bisher werden zwei aerosole oder fluide Medien etwa in der Abgasmesstechnik gemischt, indem das eine Medium seitlich zur Strömungsstrecke des anderen Mediums eingespeist wird. Dabei vermischen sich die beiden Medien erst weit hinter der Einspeisung homogen. Ein in der PTB entwickeltes Mischmodul verkürzt diese Strecke, wodurch Materialkosten und Platz gespart werden können. Außerdem kann jetzt...

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Beispiel eines Kalibriernormals der PTB in einer Sternschaltung

Netzwerkanalysatoren mit mehr als zwei Messtoren müssen für den täglichen Gebrauch in der Elektronik, Nachrichtentechnik und besonders in der Hochfrequenztechnik kalibriert werden, was derzeit teilweise hohen Aufwand erfordert. Eine neue Kalibriermethode aus der PTB verbessert dies. Dabei werden neuartige mehrtorige Normale als Sternschaltung ausgeführt und mit einer PTBReferenzkalibrierung...

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Das Internationale Einheitensystem SI wird grundlegend revidiert. Das höchste Expertengremium in der Welt der Metrologie, das Internationale Komitee für Maß und Gewicht (Comité international des poids et mesures, CIPM) hat auf seiner Jahresversammlung in Paris eine grundlegende Empfehlung dazu ausgesprochen: Die internationale Gemeinschaft, die sich in der Meterkonvention zusammengeschlossen hat,...

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Auszeichnungen

Roman Schwartz

 Der Vizepräsident der PTB wurde am 11. Oktober 2017 für eine Amtszeit von 6 Jahren einstimmig zum Präsidenten des Internationalen Komitees für Gesetzliches Messwesen (CIML) gewählt. Davor war er bereits langjähriger CIML-Vizepräsident gewesen.

Uwe Arz

 Der Mitarbeiter des Fachbereichs 2.2 „Hochfrequenz und Felder“ hat zusammen mit mehreren Kollegen für das Paper „Establishing...

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Richtfest für einen Erweiterungsbau des Willy-Wien-Laboratoriums der PTB in Berlin: Das neue Labor- und Bürogebäude mit direkter Anbindung an den benachbarten Elektronenspeicherring Metrology Light Source wird bei einer Bruttogrundfläche von rund 1400 Quadratmetern Büroflächen, Funktions- und Laborräume sowie einen Seminarbereich enthalten. Der Anbau wird vom Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung...

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Erster Spatenstich für ein hochspezialisiertes Forschungsgebäude in der PTB Berlin: Der neue Walther-Meißner-Bau wird Labor-, Mess- und Reinräume für höchstgenaue Messungen der Temperatur und für Forschungsarbeiten rund um supraleitende Sensorik bieten. Der Entwurf für den Neubau stammt von Rohdecan Architekten aus Dresden, die aus einem vom Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung (BBR) ausgelobten...

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Vertreter von 16 europäischen Institutionen, die Synchrotronstrahlungsquellen und/oder Freie-Elektronen-Laser betreiben, haben sich am 13. November 2017 in Brüssel zum LEAPS-Konsortium (League of European Accelerator-based Photon Sources) zusammengeschlossen. Mit der geballten wissenschaftlichen Exzellenz sollen Herausforderungen auf den Gebieten Energie, Transport, Gesundheitswesen,...

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Unter dem Motto „Dein genauester Sommer!“ können wieder Studierende vom 1. August bis zum 28. September in aktuellen PTB-Forschungsprojekten mitarbeiten. Für das freiwillige Praktikum im Rahmen des MetroSommers kann sich bewerben, wer an einer deutschen Universität ein MINT-Fach studiert und sich zwischen dem dritten Semester eines Bachelor- oder Diplomstudiengangs und dem Antritt der Master- oder...

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PTB-News 3.2017PTB-News 3.2017

Schema des Raster-Scan-Verfahrens, das am HIT verwendet wird. Der Ionenstrahl (grün) wird mithilfe von Magneten über ein vordefiniertes Raster gescannt, wobei an jeder Position die erforderliche Zahl der Teilchen bestimmt wird. Durch Variation der Energie wird zusätzlich die Eindringtiefe der Ionen in den Tumor (das Gebilde auf der rechten Seite des Bildes) variiert. So kann der Tumor insgesamt sehr exakt bestrahlt werden. (Abb.: HIT)

Die Tumorbestrahlung durch Kohlenstoffionen wird deutlich genauer. Mithilfe von PTB-Untersuchungen konnte die Genauigkeit der Energiedosis-Messung um das Dreifache verbessert werden. An der Forschungskooperation war das Deutsche Krebsforschungszentrum (DKFZ) und das Heidelberger Ionenstrahl- Therapiezentrum (HIT) beteiligt.

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Prototyp des neuen SQUID-18-Kanal-Moduls. (a) Multikanalmodul. (b) Messsystem mit sieben Multikanalmodulen.

Zur Weiterentwicklung der hochempfindlichen magnetischen Messtechnik für die biomedizinische Forschung sowie zur Bearbeitung grundlegender Fragestellungen der Physik wurde in der PTB ein neues mehrkanaliges Vektor- Magnetometer-Modul entwickelt. Das neue 18-Kanal-System bildet die Basis eines modular konzipierten Messsystems.

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Verifikation des 3D-Lasermeters bei den Messungen am polnischen Metrologieinstitut GUM. Eine konstante Distanz von 19 m wurde mit den Wellenlängen 532 nm und 1064 nm des 3D-Lasermeters der Firma SIOS GmbH (kleines Bild) gemessen. Bei Nutzung eines Temperatursensor-Netzwerks zur Brechzahlkompensation gibt es während dieser Heizphase eine scheinbare Reduzierung der Distanz um bis zu 30 μm (rote Kurve). Im Gegensatz dazu bleibt die Distanz aus der intrinsisch bestimmten Brechzahlenkorrektur (blaue Kurve) abgesehen vom etwas größeren Rauschen stabil.

Die PTB hat im Rahmen eines internationalen Projektes den Prototypen eines 3D-fähigen Interferometers entwickelt, das die optische Brechzahl der Luft intrinsisch kompensiert. Dieses sogenannten 3D-Lasermeter wurde in zwei Versuchsreihen unter erschwerten industriellen Umgebungsbedingungen erfolgreich erprobt.

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Chip mit supraleitender SQUID-Serienschaltung des Wanderwellenverstärkers im Probenhalter mit Mikrowellenanschlüssen. Die Serienschaltung enthält 2296 SQUIDS in einer 11,5 cm langen mäanderförmigen Hochfrequenzleitung.

Die Quanteninformationstechnologie benötigt rauscharme und sehr breitbandige Verstärker für schwache Mikrowellensignale. Ein in der PTB entwickelter neuartiger parametrischer Verstärker mit Josephson-Kontakten zeichnet sich durch hohe Verstärkung, große Bandbreite und geringes Rauschen aus.

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Geometrie-Phantom (blau umrandet) zur Bewertung der Detailtreue und unterschiedliche große magnetische Prüfkörper (weiß umrandet) mit definierten Kombinationen von Nanopartikeln und Harzen aus der generativen Fertigung. Die Größe des Bauraums beträgt 230 mm x 160 mm x 125 mm.

Mit einem in der PTB weiterentwickelten Verfahren lassen sich erstmals Kunststoff-Testkörper (Phantome) herstellen, die definierte Beimengungen von magnetischen Nanopartikeln enthalten. Dieses Verfahren eröffnet die Möglichkeit, präzise und langzeitstabil magnetische Nanopartikelverteilungen in beliebiger Geometrie zum Testen magnetischer Bildgebungsmodalitäten für die Biomedizin bereitzustellen.

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Referenzmessplatz für den Gesundheitszustand von Li-Ionen-Batteriezellen für E-Fahrzeuge. Aufgrund der großen elektrochemisch gespeicherten Energiemenge müssen die Alterung und die Impedanzmessungen in klimatisierten Sicherheitsschränken durchgeführt werden.

Für die Praxistauglichkeit von batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen werden Messverfahren benötigt, die schnell und zuverlässig Auskunft darüber geben, ob und wie weit sich die maximale Ladekapazität einer Li-Ionen-Batterie bereits verringert hat. Dies wird als Gesundheitszustand bezeichnet. Hierfür hat die PTB einen Referenzmessplatz aufgebaut, der die elektrochemische Impedanzspektroskopie...

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Das EUI-Instrument von Solar Orbiter während der Montage im großen Vakuumtank an der MLS

Solar Orbiter ist eine Raumsonde der Europäischen Raumfahrtagentur ESA, die in einer siebenjährigen Mission die Sonne umkreisen und wissenschaftlich erforschen soll. Der Start ist derzeit für Oktober 2018 geplant. Drei der Instrumente von Solar Orbiter werden die Sonne im Vakuum- bzw. extremultravioletten (VUV- bzw. EUV-) Spektralbereich mit Strahlung bei Wellenlängen kürzer als 130 nm beobachten....

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Anordnung der Sensorelemente in der Gassensorik.

Ein neuer Miniatur-Gassensor der PTB bestimmt nicht nur präzise den Volumenstrom eines Gases, sondern identifiziert auch die Zusammensetzung z. B. von mehreren Energiegasen. Hierzu misst er Wärmeleitfähigkeit, Temperaturleitfähigkeit und spezifische Wärme innerhalb einer Zehntelsekunde bei Gasvolumina von wenigen Millilitern. Die Wärmeleitfähigkeit wird nach dem Heizdrahtverfahren bestimmt. Die...

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Streifenelektrode

Der Oberflächenwiderstand gilt im Explosionsschutz als ein wichtiger Parameter zur Beurteilung der elektrostatischen Aufladbarkeit von Bauteilen. In solchen Fällen droht die Gefahr von Beschädigungen durch elektrostatische Entladungen; im schlimmsten Fall kommt es zur Zündung von explosionsfähiger Atmosphäre. Eine in der PTB konstruierte Streifenelektrode dient dazu, Oberflächenwiderstände nach...

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Mikrofluidische Baugruppe mit Flusskanal (Mitte) und Sensorelektroden.

Die quantitative Untersuchung von Zellen im Blut mithilfe der Durchflusszytometrie ist ein Routineverfahren der medizinischen Diagnostik. Durch eine Weiterentwicklung des Verfahrens an der PTB können die Konzentrationen von Erythrozyten, Thrombozyten und Leukozyten in Blutproben gleichzeitig und zuverlässig ausschließlich mittels AC-Impedanz durchgeführt werden. Damit wird eine Hämolyse vermieden,...

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Auszeichnungen

Die PTB
Der Wissenschaftsrat hat die PTB evaluiert und als exzellent bewertet. Das Ergebnis übertrifft die bereits hervorragende Bewertung der ersten Evaluation aus dem Jahr 2008 noch einmal. In der am 2. Mai veröffentlichten Stellungnahme lobt der Wissenschaftsrat die Wahrnehmung der gesetzlichen Kernaufgaben, die Forschungstätigkeiten und Dienstleistungen der PTB sowie die für beide Aspekte...

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Als erstes Projekt der nationalen Initiative „Quantentechnologie – Grundlagen und Anwendungen“ (QUTEGA), die vom Bundesministerium für Bildung und Forschung ins Leben gerufen wurde, startete am 1. Mai das Verbundprojekt „Optische Einzelionenuhr für Anwender“ (optIclock), bei dem unter Führung der TOPTICA Photonics AG und der PTB innerhalb von drei Jahren ein Demonstrator für eine optische...

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Mit dem Helmholtz- Preis ehren der Helmholtz- Fonds e. V. und der Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft alle zwei bis drei Jahre Wissenschaftler für Präzisionsmessungen in Physik, Chemie und Medizin.

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PTB-News 2.2017PTB-News 2.2017

Der PTB ist eine unabhängige Messung der Boltzmann-Konstante kB gelungen. Damit ist eine wesentliche Bedingung des Konsultativ-Komitees für Thermometrie (CCT) erfüllt, sodass der Neudefinition des Kelvins über die Festlegung der Boltzmann-Konstante nichts mehr im Wege steht. Die abschließenden Messungen von kB mit dem Dielektrizitätskonstanten-Gasthermometer haben eine relative Unsicherheit von...

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Bei Blutproben mit krankhaft veränderten Blutzellen können die in der Routinediagnostik verwendeten Hämolyse- und Färbemethoden dazu führen, dass bestimmte Zellpopulationen fehlerhaft identifiziert werden oder ihre Konzentration ungenau bestimmt wird. Ein in der PTB entwickeltes AC-Impedanzverfahren erlaubt dagegen, Vollblutproben ohne verfälschende Einflüsse durch eine Probenvorbehandlung zu...

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Seit dem 1. Mai existiert das neue Gerätezentrum „Metrologie für ultraniedrige Magnetfelder“ auf dem Gelände der PTB in Berlin-Charlottenburg. Gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), bietet die PTB damit externen Wissenschaftlern aus Universitäten, internationalen Metrologieinstituten und Unternehmen Zugang zu ihrem Know-how und ihrer weltweit einzigartigen Ausstattung mit...

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TES/SQUID-Detektormodul (Innenansicht des Kryostaten ohne Strahlungsschirme)

Seit vielen Jahren ist die PTB führend bei der Entwicklung hochempfindlicher Stromsensoren auf der Basis von SQUIDs (Superconducting Quantum Interference Devices). Jetzt wurden PTB-SQUID-Stromsensoren als wesentliche Bestandteile von supraleitendenden Mikrokalorimetern erfolgreich eingesetzt, um neuartige Einzelphotonen- Emitter und Mikrolaser für die Quantenoptik zu charakterisieren.

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Die PTB hat ihren im Vorjahr aufgestellten Weltrekord übertroffen, bei dem elektrische Ströme mit Einzelelektronenpumpen generiert und deren Quantisierung mit einem speziellen Messverstärker mit höchster Genauigkeit verifiziert wurden. Die neue Bestmarke, ermöglicht durch Verbesserungen des experimentellen Aufbaus, liegt bei einer relativen Messunsicherheit von nur 0,16 μA/A. Zudem wurde das...

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Im Rahmen eines BMBF-Projektes wurden Hochgeschwindigkeitsmessungen mit piezoresistiven Mikrotastern erforscht. Dabei wurden Scangeschwindigkeiten von bis 15 mm/s erfolgreich erprobt. Ein wichtiger Aspekt war dabei die Abnutzung der Spitze.

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In der PTB wurde weltweit erstmals eine transportable optische Strontium-Gitteruhr entwickelt und getestet. Die Uhr ist für internationale Vergleiche, geodätische Anwendungen und Grundlagenuntersuchungen in der Physik geeignet.

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Zur Messung mittlerer Kräfte (etwa 10 kN) bis hin zu sehr großen Kräften (größer als 10 MN) lassen sich mehrere kalibrierte Kraftaufnehmer zu einem Buildup- Messsystem zusammenzuschalten. Durch steigende Anforderungen, insbesondere im Bereich sehr großer Kraftaufnehmer bis zu 50 MN, gewinnt die Reduzierung der Messunsicherheit dieser Systeme immer mehr an Bedeutung. Die Neuentwicklung aus der PTB...

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In der PTB wurde ein Herstellungsverfahren für einlagiges Graphen entwickelt, um daraus ein Quantennormal für die elektrische Einheit des Widerstandes zu erstellen. Die Zuverlässigkeit und Einfachheit dieser verbesserten mehrstufigen Sublimations-Methode ermöglicht die Herstellung großflächiger Graphenstrukturen. Auch die Massenproduktion qualitativ hochwertiger einlagiger Graphenschichten rückt...

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Ultraschall wird als therapeutische Maßnahme in der Medizin für vielfältige Anwendungen verwendet, beispielsweise zur Zerstörung von Nierensteinen oder Tumoren. Mit einem neuen Verfahren der PTB kann eine rückführbare räumliche Kalibrierung z. B. von hochintensiven therapeutischen Ultraschallgeräten durchgeführt werden. Auf Basis von thermochromen Folien, die ihre Farbe bei Wärmeeintrag durch...

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Auszeichnungen

Jan Wernecke wurde für seine Promotionsarbeit „When size does matter: Dimensional metrology of nanostructured layers and surfaces using X-rays“ an der Technischen Universität Berlin mit dem Ernst-Eckhard-Koch-Preis 2016 des Freundeskreises Helmholtz-Zentrum Berlin ausgezeichnet. Die Arbeit entstand in der Arbeitsgruppe Röntgenradiometrie am Berliner Elektronenspeicherring BESSY II.

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Im von der DFG mit knapp 10 Millionen Euro geförderten Sonderforschungsbereich „Designte Quantenzustände der Materie“ (DQ-mat) arbeiten Forscher der Leibniz Universität Hannover, des Zentrums für angewandte Raumfahrt und Mikrogravitation in Bremen und der PTB in Braunschweig zusammen, um besondere quantenmechanische Eigenschaften von Vielteilchensystemen für die Metrologie auszunutzen. Unter...

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Der PTB-Fachbereich 8.5 „Metrologische Informationstechnik“ wurde als Mitglied in die Fakultät der Helmholtz Research School on Security Technologies (HRSST) aufgenommen. Dies ist ein gemeinsames Programm der Technischen Universität Berlin und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e. V. (DLR), das 2010 ins Leben gerufen wurde und u. a. exzellente Doktoranden fördert, die sich mit der...

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euspen

Die European Society for Precision Engineering and Nanotechnology (euspen) veranstaltet einmal im Jahr an wechselnden Orten in Europa eine internationale Fachkonferenz mit Industrieausstellung, die als Forum für den Austausch über Innovationen, Forschung und Entwicklungen im Bereich der Präzisionsmess- und Fertigungstechnik dient. In diesem Jahr findet die Konferenz vom 29.5 bis 2.6 in...

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Das Internationale Einheitensystem SI wird gründlich reformiert. Im Herbst 2018 soll eine große internationale Konferenz die historischen Weichen stellen. Statt auf sieben Basiseinheiten wird das SI dann auf dem Fundament von Naturkonstanten ruhen. Die PTB hat diesen Prozess mit diversen großen Forschungsprojekten begleitet, unter anderem dem Avogadroprojekt zur Neudefinition des Kilogramm und des...

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PTB-News 1.2017PTB-News 1.2017

Ultrahochvakuum-Apparatur für kombinierte Röntgenfluoreszenz- und Photoelektronenspektroskopie an Oberflächen von Siliziumkugeln.

Um von der Maßverkörperung des in Paris aufbewahrten Urkilogramms unabhängig zu werden, soll die SI-Einheit Kilogramm neu definiert werden. In der PTB wird dafür im Rahmen des Avogadro-Projektes die Anzahl der Siliziumatome in einer monokristallinen Siliziumkugel bestimmt. Dies erfordert unter anderem die Messung der Oberflächeneigenschaften auf höchstem metrologischen Niveau. Die PTB hat dafür...

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Referenzfederbalken aus Silizium zur Bestimmung der Antastkraft von Tastschnittgeräten. Aus der Verbiegung des Balkens an einer Endmarke (siehe Pfeil) lässt sich die Antastkraft ermitteln.

In Mikrosystemen werden metallische Bauteile zunehmend durch solche aus kostengünstigen Polymeren ersetzt. Erstmals beschreibt jetzt eine Norm, an deren Entwicklung die PTB beteiligt war, Methoden zur präzisen Messung der Dicke von Polymerschichten, sowohl für optische als auch für taktile Oberflächenmessverfahren. Letzteres beinhaltet Verfahren, mit denen sowohl die Antastkraft als auch der...

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In-vivo-MR-Spektrum mit Fitergebnis aus einem mit der SHAVE-Methode angeregten anatomisch geformten Voxel, das nur weiße Gehirnsubstanz enthält, also nicht mit grauer Substanz kontaminiert ist. Die einzelnen Peakpositionen im Spektrum repräsentieren Metaboliten, ihre Amplituden deren Konzentrationen.Im inneren Bild ist rechts das Voxel im Gehirnbild zu sehen (gelb).

Mit der Magnetresonanzspektroskopie (MRS) lassen sich Stoffwechselprodukte (Metaboliten ) im menschlichen Gehirn in vivo und nichtinvasiv bestimmen. Allerdings ist sie bisher auf quaderförmige Volumina beschränkt. Das macht es schwierig, die Metaboliten selektiv in einer bestimmten Gehirnstruktur zu quantifizieren, um ein genaues neurochemisches Profil dieser Struktur zu erstellen. Eine neue...

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Die multispektrale Zeilenkamera zerlegt das Farbspektrum.(Abb.: Chromasens GmbH)

Spektrale Farbmessungen sind heutzutage in vielen Bereichen der Wissenschaft und Industrie unverzichtbar. Beispielsweise sind in der Druckindustrie eindeutige Farbdefinitionen und exakte Farbwiederholungen nötig. Bisherige Verfahren liefern allerdings nur stichprobenartige und lokal begrenzte Ergebnisse – und das unter teils erheblichem Aufwand. Die PTB hat in einem gemeinsamen Projekt mit der...

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Spatial Angle Autocollimator Calibrator: Granit-Basisplatte (1), Referenz-Autokollimatoren (2; 3), zu kalibrierender Autokollimator (4), Linearschlitten (5), Reflektorwürfel (6), Zweiachsen-Kippsystem (7)

In der PTB wurde ein neuartiges Kalibriersystem für Autokollimatoren aufgebaut, der Spatial Angle Autocollimator Calibrator. Das System erweitert die Kalibriermöglichkeiten für optische Winkelmessungen erstmalig von ebenen auf räumliche Winkel. Zusätzlich erlaubt es Kalibrierungen in einem Abstand von 250 mm bis 1800 mm.

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EUV-Strahlrohr der PTB an der Metrology Light Source. Im Vordergrund (rechts) erkennt man den Reinraum, in dem die Proben eingebaut werden. Dahinter befindet sich (verdeckt) das große EUVReflektometer. Die teilweise sehr großen und schweren Spiegel werden mit einem Roboter (links im Reinraum) in das Reflektometer eingesetzt.

Die seit 1998 bestehende Kooperation mit der Firma Carl Zeiss SMT GmbH auf dem Gebiet der EUV-Radiometrie wurde bis Ende 2020 verlängert. In der PTB bildet diese Zusammenarbeit Ausgangspunkt und Grundlage für ein Arbeitsgebiet, durch das die deutsche und europäische Halbleiterindustrie bei der Entwicklung der EUV-Lithografie umfangreich messtechnisch unterstützt wird. Neben der EUV-Reflektometrie...

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Monoatomare Stufen in einer Amphitheaterstruktur auf (111)-Silizium

Mit einem neuartigen Herstellungsverfahren werden in der PTB auf (111)-Siliziumwafern gezielt Bereiche bis 150 μm² Größe erzeugt, die sowohl atomar glatte Oberflächen als auch Oberflächen mit monoatomaren Stufen besitzen. Bei dem Verfahren wird ein selbstorganisierender Prozess ausgelöst, der im Ultrahochvakuum an mehreren lithografisch strukturierten Positionen zu einem gezielten Heizprozess...

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Mit dem neuen Helmholtzresonator wurden störende Resonanzen in einem Treppenhaus deutlich reduziert.

Ob der High-End-Freund in seinem Wohnzimmer oder der Toningenieur in seinem Aufnahmestudio – sie alle kennen die ortsabhängigen Tiefton-Resonanzen, die das Musikempfinden unangenehm stören können. Genauso unangenehm kann niederfrequentes Maschinenrauschen in industriellen Räumen durch Raumresonanzen verstärkt werden. Durch die PTB-Erfindung, einen speziell fein abstimmbaren Helmholtzresonator,...

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Prinzipskizze der Testmasse (rot) im Messaufbau

In herkömmlichen supraleitenden Gravimetern wird über das Magnetfeld einer supraleitenden Spule eine Testmasse gehalten. Eine aufwendige Regelung ermöglicht mit diesem Messprinzip, die Schwerkraft der Erde an geografischen Orten zu messen. In der neuen PTB-Erfindung wird eine abweichende Magnetfeld- Geometrie und damit einhergehend eine neue Testmasse in Form eines Doppelkegels integriert. Die...

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Auszeichnungen

Roman SchwartzRoman Schwartz,
Vizepräsident der PTB, wurde bei der 51. CIML-Sitzung in Straßburg als „CIML First Vice-President“ im Amt bestätigt und für weitere 6 Jahre wiedergewählt. (CIML: Internationales Komitee für gesetzliches Messwesen).

Raya Roshana GallasRaya Roshana Gallas
Die Mitarbeiterin des Fachbereichs 6.2 „Dosimetrie für Strahlentherapie und Röntgendiagnostik“ hat für ihre herausragende Masterarbeit mit dem Titel...

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Als ein Teil des „Aktionsplans Nanotechnologie 2020“ der Bundesregierung haben die für die Sicherheit von Mensch und Umwelt zuständigen Bundesbehörden ihre gemeinsame Forschungsstrategie ausgeweitet.

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Der wissenschaftliche Austausch zwischen der PTB und ihrem argentinischen Partnerinstitut Instituto Nacional de Tecnologia Industriel (INTI) wird enger.

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Unter dem Motto „Dein genauester Sommer!“ können auch in diesem Jahr wieder Studierende vom 1. August bis zum 30. September in aktuellen PTB-Forschungsprojekten mitarbeiten.

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Auch in diesem Jahr bieten PTB und TU Braunschweig wieder eine internationale Sommerschule an, die vom Helmholtz-Fonds gefördert wird. Sie richtet sich an Doktoranden in MINT-Fächern aus dem In- und Ausland und findet vom 8. bis zum 11. August 2017 in Kloster Drübeck statt. Oberthema: „Frontiers of the Measurable“. Bewerbungsschluss: 21. April 2017.

Weitere Informationen: Opens external link in new windowwww.ptb.de/summer-schoo...

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Im Jahr 2017 gibt es Aufrufe für neue EMPIR-Projekte auf folgenden Themengebieten: TP Industry, TP Fundamental, TP Normative und TP Research Potential.

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PTB-News 3.2016PTB-News 3.2016

Der deutsche Teil der Strecke nutzt kommerziell angemietete Glasfasern und Einrichtungen des Deutschen Forschungsnetzes (DFN). Der französische Teil nutzt das Netz des Bildungs- und Forschungsministeriums RENATER, das von GIP RENATER betrieben wird. Etwa in der Mitte der Strecke, im IT-Zentrum der Universität Straßburg, treffen sich die Signale aus dem LNE-SYRTE und der PTB, sodass die Uhren der beiden Institute dort miteinander verglichen werden können. (Abb.: PTB)

Optische Atomuhren haben in den letzten Jahren spektakuläre Fortschritte gemacht. Sie sind inzwischen 100-mal genauer als die besten Cäsium-Atomuhren. Leider ist diese Genauigkeit bisher nur lokal nutzbar, denn die herkömmliche Übertragungstechnik per Satellit verursacht eine zu hohe Frequenzunsicherheit. Eine neuartige 1400 km lange Glasfaserverbindung zwischen Braunschweig und Paris ändert dies...

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Bei der LDA-Methode werden zwei Laserstrahlen überlagert. Im Kreuzungsbereich entsteht das Messvolumen, mit dem Fluidgeschwindigkeiten gemessen werden können. Durch ein Fenster wird auf einem Messraster (gelb, im Bild oben) das Geschwindigkeitsprofil innerhalb der Rohrleitung vermessen, das durch Integration den Volumenstrom liefert.

Für die Steigerung der Energieeffizienz thermischer Kraftwerke kommt es entscheidend darauf an, die Messunsicherheit bei der Warmwasser-Volumenstrommessung zu senken. Die derzeitige Unsicherheit von etwa 2 % lässt keine optimale Kraftwerk-Regelung zu und limitiert so den Wirkungsgrad. Deshalb wurde in der PTB ein laseroptisches Volumenstromnormal (LVN) entwickelt, mit dem Messgeräte mit einer...

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Fluoreszenz-Streudiagramm zur Identifikation der CD34-positiven Stammzellen, der weißen Blutzellen (Leukozyten) und der der Probe hinzugefügten Kalibrierpartikel.

Bei einer Stammzelltransplantation ist die Dosis von entscheidender Bedeutung. Um die für die Dosisbestimmung erforderliche Konzentration vitaler Stammzellen besser messen zu können, wurde in der PTB ein Referenzverfahren zur Stammzellzählung entwickelt und erstmals eingesetzt, um die Ergebnisse mit den beiden derzeit verwendeten Methoden zu vergleichen.

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In diesem PTB-Labor werden Solarzellen mit Weißlicht sowie einfarbigem Licht (durch die Öffnung in der Mitte) bestrahlt und kalibriert.

Herkömmliche Messverfahren für die Bestimmung der Leistung von Solarzellen erlauben nur schwer Ertragsprognosen unter realen Einsatzbedingungen. In der PTB ist es gelungen, an einem neuartigen Messplatz mittels eines laserbasierten spektralen Messverfahrens Solarzellen so umfassend zu charakterisieren, dass sich ihr Ertrag für jede beliebige klimatische Bedingung berechnen lässt. Zudem ermöglicht...

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Reference microphone for airborne ultrasound (¼-inch measurement microphone mounted on an adapter to ½ inch) in the calibration setup at PTB’s acoustic anechoic chamber.

In der PTB wurde ein Verfahren zur Kalibrierung von Mikrofonen im Ultraschallbereich bis zu 100 kHz entwickelt. Damit können Bezugs- und Gebrauchsnormale für Labore aus Industrie und Forschung hergestellt werden, um eine Rückführung für Luftultraschall zu gewährleisten. Der neue Kalibrierservice ist ab sofort verfügbar.

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Drei der neuen Magnesium-Isotopen-Referenzmaterialien (Foto: Dora Kolar-Bosnjak, BAM)

Im Rahmen des Avogadro-Projektes zur Neudefinition von Kilogramm und Mol hat die PTB mathematische und experimentelle Methoden zur Messung extrem genauer und rückgeführter Isotopenverhältnisse entwickelt. Dieselben Verfahren gingen entscheidend in die Entwicklung dreier Magnesium-Isotopen- Referenzmaterialien ein, die die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) demnächst auf den...

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Fertigungskette einer 1-kg-Siliziumkugel am Beispiel des Avogadro-Projekts; Darstellung der Verfahrensstufen vom Rohling bis zur perfekten Sphäre

Ultrapräzise Kugeln weisen lediglich Formfehler und eine Rauheit im Nanometer-Bereich auf. Ihre Kristalloberflächen sind gleichzeitig frei von metallischen Kontaminationen und zeigen keine Schädigungen in der Tiefe des Werkstoffs. All dies stellt höchste Anforderungen an den Fertigungsprozess. Mit dem Ultrapräzisions-Fertigungsverfahren ist es möglich, Kugeln mit geringen Formabweichungen im...

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Halbleiter-Neutronenmonitor für gepulste Strahlungsfelder mit Moderatorkugel. Miniaturisierung der Elektronik leicht erzielbar.

Gepulste Strahlungsfelder in neuartigen medizinischen Beschleunigern und in der Grundlagenforschung stellen wegen der hohen Zählratendynamik und Detektorsättigung neue Herausforderungen an den Strahlenschutz. Mit dem Dosimeter der PTB steht erstmals ein elektronischer Strahlungsmesser für gepulste Neutronenfelder mit hoher Isotropie, geringer Totzeit und damit hoher metrologischer Güte zur...

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Aufbau des mikroelektromechanischen Systems mit zwei Faserinterferometern

Frei stehende dünne Membranen werden in vielen wissenschaftlichen und industriellen Bereichen eingesetzt. Die Dicke der Membranen ist hier häufig funktionsrelevant. Das neue Messprinzip der PTB ermöglicht es, die Membrandicke schnell und sehr genau zu bestimmen. Die Membran wird dabei von beiden Seiten kontaktiert. Durch Integration zweier Faserinterferometer in das mikroelektromechanische System...

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Auszeichnungen

Harry Stolz

Harry Stolz
Der Geschäftsführer der PTB-Konformitätsbewertungsstelle wurde am 20.04.2016 zum neuen Chairman von NoBoMet gewählt. NoBoMet (Notified Bodies in Metrology) ist die europäische Koordinierungsgruppe der Benannten Stellen für die europäischen Richtlinien für Messgeräte 2014/32/EU und nichtselbsttätige Waagen 2014/31/EU.

Wolf Fabian Fabian Wolf

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Die Opens internal link in current windowneueste Ausgabe der maßstäbe, des wissenschaftsjournalistischen Magazins der PTB, nimmt die Leser mit auf eine Reise durch den Alltag. Der Titel des Heftes lautet: „Alltag in Maßen“. Was wir auch tun und womit wir uns auch umgeben, Messungen sind immer dabei. Und das nicht zu knapp. Die Leserreise beginnt zuhause und im Körper, macht bei Lebensmitteln kurz Halt – und muss auf allen...

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Ab jetzt zeigen wir Ihnen im Internet zu jeder PTB-News-Ausgabe einen Film. Er liefert Ihnen Hintergrundinfos sowie einen direkten Blick in die Laborarbeit. Los ging es mit dem Thema „Weltrekord bei zwei optischen Atomuhren“ (2.2016). Zu diesem Heft (3.2016) bieten wir Ihnen einen Film zum Thema „Wie viel Strom liefert eine Solarzelle?“ Sie finden den Film jeweils direkt bei der passenden...

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Großer Erfolg für die Quantenmetrologie: Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) hat zum 1. Juli 2016 den neuen Sonderforschungsbereich 1227 „Designed Quantum States of Matter (DQ-mat) - Generation, Manipulation, and Detection for Metrological Applications and Tests of Fundamental Physics“ an der Leibniz Universität Hannover eingerichtet. Die beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler...

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EMRP und EMPIR

Seit einigen Jahren vernetzen sich Metrologieinstitute, Forscher und Firmen mit Unterstützung der EU, um ihre Ressourcen zu bündeln und jene Messtechnik bereit zu stellen, die eine moderne Gesellschaft braucht. Dies spiegelt sich auch darin wider, dass mit Unterstützung der Europäischen Union zunächst im Rahmen des 7. EU-Forschungsrahmenprogramms und nachfolgend als eine Förderung unter Artikel...

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PTB-News 2.2016PTB-News 2.2016

Messung des Einflusses der thermischen Umgebungsstrahlung auf die Frequenz des gespeicherten Ions in der Ytterbiumuhr: Der „Uhrenlaser“ (blauer Strahl) regt das gespeicherte Ion (gelb) mit einer speziellen Pulssequenz an. Die Resonanzfrequenz des Ions wird durch Infrarotstrahlung verschoben (hier durch einen Infrarotlaser, roter Strahl). Dies lässt sich mithilfe des Uhrenlasers messen.

Mit zwei verschiedenen optischen Atomuhren, die zurzeit bei Genauigkeit bzw. Stabilität weltweit an der Spitze liegen, ist die PTB gut gerüstet für zukünftige Aufgaben, etwa in der Grundlagenphysik, wo solche Uhren für die Suche nach möglichen Änderungen von Fundamentalkonstanten gebraucht werden.

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Das Weltraumteleskop Herschel (2009–2013) ermöglichte faszinierende Einblicke in die Entstehung von Sternen. (Abb.: ESA)

Weltraumteleskope wie das Infrarot- Observatorium Herschel der Europäischen Raumfahrtorganisation ESA beobachten Strahlung im fernen Infrarot. Dabei ist die Kühlung ihrer Instrumente unerlässlich, damit sie nicht selbst störende Infrarotstrahlung emittieren. Die Spiegel dieser Teleskope, die bei Temperaturen unterhalb von -190°C zum Einsatz kommen, werden aus speziellen ultrastabilen Keramiken...

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Oben links: Chip mit zwei JAWS-Schaltungen (mit insgesamt etwa 18 000 integrierten Josephson-Kontakten). Mitte: Raster-Elektronenmikroskop-Aufnahme einer JAWS-Schaltung. Oben rechts und unten links: Detailvergrößerungen der Schaltung.

In der PTB konnte die Ausgangsspannung eines pulsgetriebenen ACJosephson- Spannungsnormals durch Verwendung dreifach gestapelter Josephson- Kontakte und durch Serienschaltung von acht Schaltungen mit insgesamt 63 000 Kontakten signifikant erhöht werden: Lagen zuvor erzielte maximale Ausgangsspannungen bei etwa 300 mV Effektivwert, so wurde nun erstmals der für metrologische Anwendungen wichtige...

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Die gemessene Feldverteilung des Herzens der Mutter (links) und des Fötus (rechts). Rote Isofeldlinien bezeichnen die Gebiete mit einem positiven Vorzeichen des magnetischen Feldes, blaue die mit negativem Vorzeichen. Die Positionen der Herzen sind nur schematisch zu verstehen, da ihre exakte Lage in dieser Testmessung nicht bestimmt wurde. Beide Herzschlagsignale wurden gleichzeitig gemessen und dann mit einem mathematischen Algorithmus separiert.

Mit optischen Magnetfeldsensoren haben Forscher der PTB am Bauch einer schwangeren Frau die magnetischen Signale gemessen, die durch die Herzaktivität ihres ungeborenen Kindes entstehen. Sie konnten zeigen, dass die gemeinsam mit dem US-amerikanischen National Institute of Standards and Technology (NIST) entwickelte Technik so verlässlich misst wie andere Methoden und darüber hinaus zusätzliche...

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Gegenwart und Zukunft der Alphaspektrometrie unter definiertem Raumwinkel: Rechts im Bild der gegenwärtige Aufbau mit Quellenhalterung und Blendensystem bis hin zu dem Detektor. Im Messbetrieb befindet sich der Detektor bündig an der Austrittsöffnung des Blendensystems. In der linken Bildhälfte der zukünftige Detektor. Das zugehörige Blendensystem nebst Quellenhalterung und Vakuumkammer befinden sich im Bau.

Bislang wird die metrologische Charakterisierung von Alphastrahlern nur in wenigen nationalen Metrologieinstituten angeboten, da die Herstellung der Quellen und die charakterisierende Messtechnik sehr aufwendig sind. In der PTB ist nun die Bestimmung der Aktivität offener Alphateilchen emittierender radioaktiver Quellen in das Dienstleistungsangebot aufgenommen worden. Derartige Aktivitätsnormale...

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Auszeichnungen

Frank Härtig
Der Leiter der Abteilung 1 „Mechanik und Akustik“ wurde im Januar vom „Institute of Ultra-precision Optoelectronic Instrument Engineering“ der Universität „Harbin Institute of Technology“ (HIT), China, aufgrund seiner Arbeiten im Bereich der Messtechnik und seiner zukunftsweisenden Entwicklungen im Bereich der Rückführung metrologischer Algorithmen zum Ehrenprofessor ernannt.

 Harald...

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Seit dem 1. April 2016 ist Andrey Surzhykov W3-Professor für fundamentale Physik der Metrologie. Vorausgegangen war ein gemeinsames Berufungsverfahren zwischen PTB und TU Braunschweig. Ein Schwerpunkt der Arbeiten von Surzhykov ist die relativistische Theorie atomarer Systeme, die unter anderem für neue Ansätze zur Messung von Fundamentalkonstanten und zur Überprüfung des Standardmodells der...

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Beim ersten Spatenstich (von links nach rechts): Dr. Harald Müller (PTB), Dr. Rolf Kumme (PTB), Dr. Karin Kniel (PTB), Dr. Frank Härtig (PTB, Projektkoordinator), Prof. Dr. Joachim Ullrich (PTB, Präsident), Renate Müller-Steinweg (Staatl. Baumanagement), Juliane und Peter von Klitzing (Architekten), Hendrik Welp (Architekt), Dr. Christian Schlegel (PTB)

Als erstes nationales Metrologieinstitut der Welt plant die PTB, der Windindustrie eine zuverlässige und umfassende Qualitätssicherung anzubieten.

Zu diesem Zweck entsteht auf dem Gelände in Braunschweig ein neues Gebäude, das Kompetenzzentrum Windenergie. Es wird ein Groß-Koordinatenmessgerät beherbergen, mit dem sehr große Bauteile von Windanlagen gemessen werden können. Dazu kommen Mess- und...

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Mit der Gründung der „Niedersächsischen Arbeitsgemeinschaft Akustik“ (NAGA) haben fünf Institutionen der Region Südostniedersachsen vereinbart, künftig in Forschung und Lehre stärker zu kooperieren. Die Technische Universität Braunschweig (TUBS), das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), die Technische Universität Clausthal (TUC), die Leibniz Universität Hannover und die PTB versprechen...

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EMRP und EMPIR

Seit einigen Jahren vernetzen sich Metrologieinstitute, Forscher und Firmen mit Unterstützung der EU, um ihre Ressourcen zu bündeln und jene Messtechnik bereit zu stellen, die eine moderne Gesellschaft braucht. Dies spiegelt sich auch darin wider, dass mit Unterstützung der Europäischen Union zunächst im Rahmen des 7. EU-Forschungsrahmenprogramms und nachfolgend als eine Förderung unter ...

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PTB-News 1.2016PTB-News 1.2016

(a)	Konzeptioneller Aufbau des Experiments mit MgH<sup>+</sup>(orange) und Mg+ (grün) in einer linearen Ionen-falle. Der Ionenkristall wird über Mg<sup>+</sup> in den Grundzustand gekühlt. Eine oszillierende Dipolkraft ändert den Bewegungszustand abhängig vom Rotationszustand von MgH<sup>+</sup>. Dies wird über Mg<sup>+</sup> ausgelesen.(b)	Typisches Detektionssignal, in dem ein Quantensprung in den (<em>J</em> = 1)-Rotationszustand (Sprung vom roten zum blauen Bereich) des Moleküls und aus ihm heraus (blau nach rot) zu sehen ist.

Am QUEST-Institut der PTB ist es erstmalig gelungen, den Quantenzustand von gefangenen und indirekt lasergekühlten Molekülionen nachzuweisen, ohne das Molekül oder seinen internen Zustand zu zerstören. Dadurch konnten von der thermischen Umgebungsstrahlung induzierte Quantensprünge in einem einzelnen Molekül direkt beobachtet und eine neue Form der Spektroskopie demonstriert werden. Die neue...

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Auszeichnungen

Manfred Peters
Der ehemalige Vizepräsident der PTB hat die Ludwig Finkelstein Medal 2015 erhalten. Das Institute of Measurement and Control, eine international tätige britische Ingenieurs-organisation, würdigt damit seine langjährigen, bedeutenden Beiträge in der internationalen Metrologie und hebt hervor, dass Peters, der unter anderem in den Jahren 2000 bis 2003 Präsident der IMEKO (International...

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Funktionsprinzip der untersuchten Einzelelektronenpumpe: Einzelne Elektronen, dargestellt als rote Kugeln, werden von einem „dynamischen Quantentopf“ (zwischen den „Hügeln“ der hier dargestellten Potentiallandschaft) von der einen Seite eines Leiters (im Bild von links) kommend eingefangen und zur anderen Seite hin ausgeworfen. Das Ganze wiederholt sich im Takt der Wechselspannung, die an der linken Barriere des Quantentopfs anhebt und absenkt.

Einzelelektronenpumpen sind aussichtsreiche Kandidaten zur Realisierung eines zukünftigen Quantenstrom-normals und Gegenstand intensiver metrologischer Forschung. Unter Einsatz eines neuartigen, höchstgenauen Stromverstärkers ist es PTB-Forschern gelungen, die Quantisierung des von einer Einzelelektronenpumpe gelieferten Stromes in der Größenordnung von 100 pA bislang unerreicht genau...

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Alte (oben) und neue Methode (unten) im Vergleich: Die Intensität der Röntgenstrahlung wird mit Ionisationskammern gemessen. Wie stark eine Materialschicht (Testobjekt) die Röntgenstrahlung (rot) schwächt, ergibt sich aus dem gemessenen Verhältnis der Strahlungsintensität mit und ohne Testobjekt im Strahl. Die Streustrahlung (blau) wird bei der herkömmlichen Schmalstrahlgeometrie (SSG) von der Ionisationskammer nicht erfasst; bei der neuen Methode der inversen Breitstrahlgeometrie (IBG) ist die flache Ionisationskammer dazu in der Lage.

Eine neue Messmethode aus der PTB ist in die aktualisierte Version der internationalen Normenreihe IEC 61331 eingegangen. Die Anwendung dieser unter Federführung der PTB entstandenen Norm bedeutet eine erhebliche Verbesserung des Strahlenschutzes für das Personal und die Patienten in der medizinischen Röntgendiagnostik und der Nuklearmedizin.

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Capacitor systems (cross capacitor with partial capacitances C<sub>XC1</sub> and C<sub>XC2</sub> and cylindrical capacitor with capacitance C<sub>Zylinder</sub>) with corresponding pressure vessels to measure the dielectric constant of helium.

Neue Messungen mit dem Dielektrizitätskonstanten-Gasthermometer der PTB haben einen Wert für die Boltzmann-Konstante k ergeben: 1,380650·10-23  J/K. Dabei wurde die Messunsicherheit auf 4 Millionstel (4  ppm) verbessert. Der neue Wert stimmt im Rahmen von 1,5  ppm mit dem aktuellen CODATA-Wert überein (CODATA: Committee on Data for Sci-ence and Technology). Im nächsten Jahr soll der endgültige...

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Neutronenmonitor (links) bei der Kalibrierung mit monoenergetischen Neutronen in den Referenzstrahlungsfeldern der PTB

Das Fusionsexperiment Wendelstein 7-X, das kürzlich am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) in Greifswald in Betrieb gegangen ist, soll die Eignung von Fusionsanlagen des Typs Stellarator zur Energieerzeugung demonstrieren. Ende 2015 wurde darin zum ersten Mal ein Heliumplasma erzeugt. Die Erzeugung von Plasmen mit Deuterium, bei denen durch Kernreaktionen Neutronen erzeugt werden, ist zu...

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Communication of individual modules within the system architecture

Messgeräte nutzen oft große Standard-Betriebssysteme als Softwarefundament, welche die Softwareprüfung  er-schweren, weil sie zahlreiche „Bugs“ enthalten. Eine in der PTB entwickelte neue Systemarchitektur nutzt die Vorteile der Standard-Betriebssysteme, etwa die höhere Funktionalität, eine bekannte Benutzeroberfläche und lauffähige Treiber, gewährleistet aber dennoch Sicherheit aufgrund von...

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18. Januar 2016
Eröffnung des EMPIR Call 2016

mit den Themenschwerpunkten Energie, Umwelt sowie prä- und conormative Forschungsarbeiten. Der Call betrifft die Einreichung von Skizzen zu Potential Research Topics (PRTs) einzureichen. Deadline für das Einreichen von PRTs ist der 29. Februar 2016. Weitere Informationen unter: Opens external link in new windowhttp://msu.euramet.org/calls.html

 

 

24./25. Februar 2016
Metrology for...

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26.–29. April 2016
Control

Internationale Fachmesse für Qualitätssicherung. Landesmesse Stuttgart.

10.–12. Mai 2016
Sensor & Test
Messtechnik-Messe. Nürnberg.

7. –9. Juni 2016
Optatec

Internationale Fachmesse für optische Technologien, Komponenten und Systeme. Messezentrum Frankfurt.

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Vom 1. August bis zum 30. September 2016 können Studierende in aktuellen PTB-Forschungsprojekten mitarbeiten. Der Slogan lautet: „Dein genauester Sommer!“ Die erstklassige technische Ausstattung der PTB und ihr breites Aufgabenspektrum bieten eine einmalige Basis für eigene Forschungserfolge. Für das freiwillige Praktikum im Rahmen des MetroSommers kann sich bewerben, wer an einer deutschen...

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PTB-News 3.2015PTB-News 3.2015

MEMS-Nanoindentor mit Rubinkugel als Eindringkörper

Ein in der PTB entwickelter MEMS-basierter Nanoindentor ermöglicht die gleichzeitige Messung von Eindringtiefe und Eindringkraft. Ein nachfolgendes Abtasten des Indentationseindrucks entfällt, was Zeit spart. Die Kompaktheit und die Möglichkeit zur präzisen Massenfertigung machen den Einsatz einer großen Zahl von parallel angeordneten Sensoren möglich. Wegen der kleinen Kräfte, die das MEMS misst,...

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Auszeichnungen

Martin Kahmann
Der Leiter des Fachbereichs 2.3 Elektrische Energiemesstechnik erhielt die DKE-Nadel für seine langjährige, umfangreiche Tätigkeit als Obmann, Sprecher, Vorsitzender und Leiter diverser Arbeitskreise von DKE und CEN sowie für seinen langjährigen, aktiven Einsatz zum Wohle der Normung auf nationaler und internationaler Ebene.

Best Paper Award an Gruppe um Thomas Kleine-OstmannDr.-Ing. Thomas Kleine-Ostmann
Der...

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Elektronenorbitale eines PTCDA-Moleküls (links) und dreidimensionale Impulsverteilung der Elektronen nach Photoemission (rechts). Unter der Annahme freier Photoelektronen besteht der Zusammenhang im Wesentlichen aus einer Fouriertransformation (FT). Die Ziffern 1 bis 4 bezeichnen die vier wichtigsten Flügel der Verteilung im Impulsraum.

Erstmals ist es gelungen, die dreidimensionale Verteilung von Elektronen in Molekülen durch Elektronenspektroskopie sichtbar zu machen. Dazu wurden auf einer Metalloberfläche angeordnete Moleküle mit kurzwelligem Licht bestrahlt und die Winkel- und Energieverteilung der über den photoelektrischen Effekt herausgelösten Elektronen gemessen. Das als Orbitaltomografie bezeichnete Verfahren wurde an...

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Ein an eine Endplatte geschraubtes Endmaß (Foto oben im Bild). Bei der Phasentopografie kann man innerhalb einer Wellenlänge topografische Änderungen sehr fein messen. In der Darstellung hier sind die auftretenden Phasensprünge um ganzzahlige Vielfache der Wellenlänge an den Übergän-gen zwischen Basisplatte und Endmaß bzw. im Bereich der Schrauben nicht korrigiert worden, um die eigentliche Verbie-gung sichtbar zu machen. Man sieht deutlich, dass sowohl die Endmaßoberfläche (mittlerer Bereich) als auch die Basisplatte (Bereich oben und unten) durch die beim Anziehen einge-brachten Kräfte Verformungen aufweisen.

Im Rahmen des europäischen Forschungsprojekts „Thermal design and dimensional drift“ (T3D) wurden in der PTB diverse Verbindungstechniken hinsichtlich Langzeitverhalten und Reaktion auf thermische Einflüsse erstmalig mit einer Genauigkeit von etwa einem Nanometer untersucht.

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Grundlegender und entarteter Austauschprozess

Atomares Xenon kann in Molekülkäfigen vorübergehend eingeschlossen werden. PTB-Wissenschaftler haben entdeckt, dass dabei der direkte Austausch von Xenon-Gastatomen – ohne den üblichen Weg eines zwischenzeitlich entleerten Wirtsmoleküls – eine wichtige Rolle spielt. Der Prozess könnte in neuen Verfahren der biomedizinischen Analytik und Bildgebung Anwendung finden.

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Optisch bestimmtes Quer-schnittsprofil (rote Kurve) einer Silizium-Gitterstruktur. Zum Vergleich im Hintergrund das elektronenmikros-kopisch gemessene Querschnittspro-fil eines identisch hergestellten Messobjekts, das für diese Aufnahme durchgeschnitten werden musste.

Eine in der PTB entwickelte optische Messmethode bietet die Möglichkeit, die Größe von Gitterstrukturen zu messen, die deutlich kleiner sind als die verwendete optische Wellenlänge. Solche Strukturen spielen beispielsweise eine wichtige Rolle bei der Entwicklung neuartiger effizienterer Optiken sowie bei der lithografischen Herstellung moderner nanoelektronischer Bauelemente, können aber mit...

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Silizium-Chip mit Feldern unterschiedlicher Kalibrierstrukturen (links); Raman-Mapping eines schachbrettartigen Musters mit einer nominalen Periodizität von 2 µm (rechts). Anhand von Profilen der Raman-Signalintensität des Siliziums in horizontaler und vertikaler Richtung (gestrichelte Linien) werden Kalibrierfaktoren für die (x, y)-Positioniereinheit des Raman-Mikroskops bestimmt.

Ein in der PTB entwickeltes Normal für die dimensionelle Kalibrierung von Raman-Mikroskopen gestattet sowohl die laterale Kalibrierung der Scan-Einrichtung als auch die Bestimmung der optischen Auflösung. Die quantitative Auswertung von Raman-Mappings wird damit zur rückgeführten chemischen Oberflächenanalytik.

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Vergleich verschiedener Daten für die partiellen Photoionisationsquerschnitte der Pd-Unterschale. Der Ansatz eines energieunabhängigen Verhältnisses (rot) weist Abweichungen bis zu einem Faktor 4 auf.

Durch verbesserte Messverfahren ist es PTB-Mitarbeitern aus dem Bereich Spektrometrie mit Synchrotronstrahlung in Kooperation mit Industriepartnern gelungen, die bisher lediglich durch theoretische Berechnungen vorhergesagte unterschiedliche Energieabhängigkeit von partiellen Photoionisationsquerschnitten experimentell zu bestätigen. Damit ist der insbesondere bei der Röntgenfluoreszenzanalyse oft...

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Bewegungskorrektur in einem MRT-System mithilfe von UWB-Radar

Bei der Magnetresonanztomografie (MRT) können die Bewegungen des Herzens, das Atmen oder andere Bewegungen des Patienten die Bildqualität beeinträchtigen. Dieses Problem lässt sich über simultane Einstrahlung von Ultra-Breitband (UWB)-Radar-Signalen lösen. Zusammen mit der TU Ilmenau hat die PTB ein Antennensystem entwickelt, das den Einsatz der UWB-Technik in der innovativen Ultra-Hochfeld-MRT...

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Verschiedene koaxiale Kalibriernormale

Vektorielle Netzwerkanalysatoren (VNA), mit denen in der Hochfrequenztechnik die Übertragungscharakteristik von aktiven und passiven Bauelementen im Frequenzbereich der Mikro- und Millimeterwellen vermessen werden, können mit einer PTB-Methode schneller kalibriert werden. Statt wie bisher grundsätzlich mit Kalibriernormalen des identischen Konnektorsystems zu arbeiten, werden jetzt...

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NanoMag
Das EU-geförderte Projekt „NanoMag – Nanometrology Standardization Methods for Magnetic Nanoparticles“ wurde auf dem EuroNanoForum 2015 in Riga in die Top Ten der mehr als 1000 EU-Projekte im Bereich Nanotechnologien/Neue Materialien gewählt. Das Projekt hat das Ziel, die Messverfahren für magnetische Nanopartikel zu validieren und zu vereinheitlichen. Der Fachbereich Biosignale der PTB...

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Termine

Die PTB auf Messen

14. Oktober
MEORGA
Spezialmesse für Prozessleitsysteme, Mess-, Regel- und Steuerungstechnik. Volkswagen Halle Braunschweig.
Ansprechpartner: Andreas Barthel
(0531 592-8307, andreas.barthel(at)ptb.de)

Weitere Termine

12.–16. Oktober 2015
8th Symposium on Frequency Standards and Metrology 2015
Seminaris See-Hotel, Potsdam. Ansprechpartnerin: Ingrid Herrmann
(0531 592-4011, 8fsm(at)ptb.de)...

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PTB-News 2.2015PTB-News 2.2015

Uhrenvergleiche zwischen Atomuhren mit Caesium und Ytterbium bestätigen die Konstanz einer Naturkonstante: des Massenverhältnisses von Proton und Elektron. (Abb.: PTB)

Sind Naturkonstanten wirklich konstant? Neue Untersuchungen in der PTB zeigen: Eine wichtige Naturkonstante, nämlich das Massenverhältnis von Proton zu Elektron, kann sich selbst über das Alter unseres Sonnensystems von etwa 5 Milliarden Jahren hochgerechnet nur maximal um einen millionstel Teil verändert haben. Bisher galt die allenfalls noch mögliche Änderung als doppelt so hoch. PTB-Physiker...

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Horizontaler Schnitte durch GISAXS-Bilder vor (oben) und nach (unten) einer thermischen Behandlung. Jede Zeile stellt ein Intensitätsprofil (blau: gering, rot: hoch) bei einem bestimmten Einfallswinkel der Röntgen-strahlung auf die Probe dar, also bei unterschiedlicher Eindringtiefe. Die thermisch behandelte Probe zeigt das Fehlen von Signalen der oberflä-chensensitiven Streuung bei kleinen Einfallswinkeln, was den Verlust von Strukturordnung an der Oberfläche anzeigt. Die Ordnung bei größeren Einfallswinkeln, d. h. bei Streuung auch aus tieferen Schichten in der Nähe der Grenzfläche zum Substrat, bleibt erhalten.

Die innere Strukturierung technologisch relevanter Polymerfilme im Nanometer-Bereich lässt sich im Prinzip sehr gut mit Streuung von Synchrotronstrahlung im Röntgenbereich bei Wellenlängen unter 1 Nanometer untersuchen. Allerdings entsteht an der Grenzfläche des Films zum Substrat oft ebenfalls Streuung, die die Empfindlichkeit der Methode stark einschränkt. Im PTB-Laboratorium an der...

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Durch die hohe Transparenz des Graphens ist die mit einer blauen Linie markierte und durch acht Zuleitungen aus Gold kontaktierte Quanten-Hall-Struktur unter dem Lichtmikroskop praktisch nicht vom ebenfalls transparenten SiC-Substrat zu unterscheiden. Im Gegensatz zum vorherigen Artikel ist hier nur das Substrat sichtbar, aber der Film unsichtbar.

Die besonderen Eigenschaften des zweidimensionalen Leitermaterials Graphen lassen sich auch beim Quanten-Hall-Effekt nutzen, der weltweit die Basis für äußerst präzise Kalibrierungen des elektrischen Gleichstrom-Widerstandes ist. Graphen ist den bisherigen Materialien in vielerlei Hinsicht überlegen. Jetzt wurde in der PTB gezeigt, dass es auch bei elektrischen Wechselstromanwendungen überragende...

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Höhentopografie der PZT-Probe (Durchmesser: 15 mm, Dicke: 2 mm) bei 20 °C und 100 °C mit und ohne angelegte Spannung

In der PTB wurde erstmals die piezoelektrisch induzierte Längenänderung von funktionalen Materialien bei hohen Temperaturen lateral aufgelöst gemessen. Zu diesem Zweck wurde eine neue Probenumgebung entwickelt, die sich in das bestehende Interferometer für präzise Längenmessungen integrieren lässt.

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Taststifte mit einem Durchmesser von 8 mm bis 1 mm für KMG (links) und von 0,3 mm für Mikro-KMG

In der PTB wurden die Eigenschaften von diamantbeschichteten Tastkugeln für die Anwendung mit Koordinatenmessgeräten (KMG) untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass mit ihrem Einsatz in Koordinaten-, Form- und auch Konturmessgeräten sowohl die Lebensdauer der Tastkugeln deutlich erhöht als auch die Unsicherheit der Messungen verringert werden können.

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Messung der Thermospannungsdifferenz beider Arme eines Thermoelements, dargestellt als entsprechende Temperaturdifferenz (rote Kurve). Bei konstanter Tem-peraturdifferenz erwartet man ein Ergebnis wie bei der Messung eines Kurzschlusses (hier zum Vergleich als schwarze Kurve gezeigt). Der Einsatz des Chopper-Vor-verstärkers (im Diagramm ab etwa 8,5 Stunden) bewirkt eine Verringerung der Rauschamplitude um etwa einen Faktor vier auf effektiv 0,1 mK (peak-to-peak).

Ein Chopperverstärker mit überragenden Eigenschaften wurde in der PTB entwickelt und in einem Messaufbau für das Avogadro-Projekt zur Spannungsmessung an Thermoelementen eingesetzt. Dadurch konnte eine Verringerung der Rauschamplitude um den Faktor vier erzielt werden.
 

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Messdaten für die Planck-Konstante (links der gestrichelten Linie). Die Fehlerbalken zeigen Standardmessunsicherheiten. Als Ergebnis der neuen Ausgleichsmethode ist die Wahrscheinlichkeitsverteilung für den Wert der Planck-Konstanten gezeigt, zusammen mit dem daraus ermittelten Schätzwert und der entsprechenden Standardmessunsicherheit (rechts der gestrichelten Linie).

An der PTB wurde ein statistisches Verfahren zum Ausgleich inkonsistenter Messdaten entwickelt. Seine Vorteile sind zuverlässigere Resultate und eine realistischere Einschätzung der beigeordneten Unsicherheiten. Das Verfahren kann zum Beispiel zur Bestimmung von Fundamentalkonstanten angewandt werden.


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Messung der Strömungsgeschwindigkeit in einer Rohrleitung (links: LDA-Sonde, rechts: optischer Zugang)

Die Laser-Doppler-Anemometrie (LDA) misst optisch, also berührungslos, die Geschwindigkeit in Flüssigkeiten. Ein in der PTB entwickeltes Verfahren zur Positionsbestimmung des Messvolumens senkt die Unsicherheit der Volumenstrombestimmung bei der Kalibrierung von Durchflusssensoren mittels LDA deutlich. Aus der Leistung des rückgestreuten Laserlichtes rekonstruiert es den Strahlverlauf der...

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Überprüfung von Komponenten und Systemen auf ihre elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) außerhalb von speziellen stationären Laboren

Ein in der PTB entwickeltes Prüfsystem ermöglicht erstmals eine Überprüfung von Komponenten und Systemen auf ihre elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) außerhalb von speziellen stationären Laboren. Es zeichnet sich durch einfache Bedienung und kurze Messzeiten aus. Unterschiedliche Trägerfrequenzen ermöglichen die Simulation aller praktisch relevanten elektromagnetischen Störquellen. Über...

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Lückennormal

Beispiel eines Lückennormals mit 3 gewählten Kugelquartetten

Längen an Gewinden, Zahnrädern oder anderen lückenbehafteten Bauteilen werden häufig in Zweiflankenanlage gemessen. Das in der PTB entwickelte Lückennormal erfasst und korrigiert oft vernachlässigte Einflüsse, die durch selbstzentrierendes Antasten oder Zweipunktanlage entstehen. Auf einer thermisch invarianten Grundplatte sind mindestens vier in der Position zueinander kalibrierte...

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Auszeichnungen

Ulrich JohannsmeyerUlrich Johannsmeyer

Der Leiter des Fachbereichs 3.6 Explosionsgeschützte Sensorik und Messtechnik hat den internationalen IEC 1906 Award erhalten. Mit diesem Preis würdigt die Internationale Elektrotechnische Kommission das Expertenwissen und hohe Engagement des Normungsexperten.

Ian LerouxIan Leroux

Der Gastwissenschaftler am QUEST-Institut in der PTB hat den Heraeus-Poster-Preis für seine...

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Termine

EMRP- und EMPIR-Termine

Dissemination workshops im europäischen Metrologie-Forschungsprogramm EMRP (European Metrology Research Programme) bzw. dem Nachfolgegprogramm EMPIR
(European Metrology Programme for Innovation and Research) mit PTB-Koordination oder maßgeblicher PTB-Beteiligung (Manchmal nur teilweise öffentlich – bei Interesse bitte beim Ansprechpartner nachfragen).


23. Juni 2015
Eröffnu...

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“NanoMag”

At the EuroNanoForum 2015 in Riga, the “NanoMag” Project – Nanometrology Stan-dardization Methods for Magnetic Nanopar-ticles” which is funded by the EU was selected as one of the Top 10 among more than 1000 EU projects in the field of “Nan-otechnologies/New Materials”. The project aims to validate and harmonize measure-ment procedures for magnetic nanoparticles. PTB’s “Biosignals”...

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PTB-News 1.2015PTB-News 1.2015

Aus dem aus Russland gelieferten polykristallinen Material hat das Institut für Kristallzüchtung, Berlin, einen hochreinen <sup>28</sup>Silizium-Einkristall gezogen. Er besitzt eine Isotopenreinheit von 99,998 %. Hieraus fertigt die PTB nahezu perfekte Kugeln und wird aus deren Analyse die Avogadro- und die Planck-Konstante bestimmen.

Im neuen Einheitensystem gehören die Avogadro-Konstante und das Planck’sche Wirkungsquantum zu den wesentlichen Eckpfeilern. Die Messungen dieser Konstanten wurden im internationalen Avogadroprojekt vorangetrieben und basieren auf dem Zählen von Atomen in Kugeln aus reinem Silizium. Nachdem vor einigen Monaten von russischen Vertragspartnern neues, nahezu isotopenreines Ausgangsmaterial geliefert...

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Diese numerischen Simulationen des poroelastischen Modells zeigen die Mikrotröpfchen mit verschiedenen Strukturen. Von oben rechts im Uhrzeigersinn: turbulente Strukturen, rotierende Spiralwellen, Antiphasenoszillation sowie von rechts nach links laufende „ebene“ Welle. Die Farben zeigen Regionen von mechanischer Kontraktion (blau) und Relaxation (rot) an, die Strömungsbewegungen mit Geschwindigkeiten der Größenordnung von 0,1 μm/s bis 1 μm/s verursachen.

In einem von PTB-Mathematikern entwickelten Modell für biologische Strukturbildung werden Zellen als aktive poröse und elastische Materialien beschrieben. Simulationen mit diesem Modell konnten experimentell beobachtete Wellenmuster in Mikrotropfen des Schleimpilzes Physarum polycephalum reproduzieren und ermöglichen Voraussagen für neue Experimente.

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Schema des Satellitenvergleichs der optischen Strontium-Gitteruhren der PTB in Braunschweig und des NICT in Tokio. Die Pfeile repräsentieren den Up- (rot) und Down-Link des Zweiwegverfahrens, das Störungen sehr gut unterdrückt.

Interkontinentale Vergleiche von Atomuhren sind derzeit nur mithilfe von Satelliten möglich. Das bei den verwendeten Methoden vorhandene Messrauschen bestimmt dabei die erforderliche Messzeit. Für den Vergleich der optischen Strontium-Gitteruhren der PTB und des japanischen Institute of Information and Communications Technology (NICT) in Tokio wurde jetzt eine neue, vom NICT entwickelte Methode...

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Der SPICE-Spektrograf eingebaut im großen Vakuumtank an der MLS

Das Sonnen-Spektrometer SPICE (SPectral Imaging of Coronal Environment) ist Teil der Solar-Orbiter-Mission der europäischen Raumfahrbehörde ESA, deren Start für das Jahr 2017 vorgesehen ist. Im Rahmen einer mit dem Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung vereinbarten Forschungskooperation und in Zusammenarbeit mit dem Rutherford Appleton Laboratory in England ist kürzlich das Engineering-...

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Oben: Der Profilscanner vor einer Düse mit einem Durchmesser von 800 μm. Die Düsenöffnung selbst ist nicht zu sehen. Der Silizium-Biegebalken ist 7,5 mm lang. Er besteht aus zwei 5 mm langen, zusammengeklebten Cantilevern.Unten: gemessene Topografie der Düse

Mithilfe eines von der PTB zusammen mit zwei Kooperationspartnern entwickelten Profilscanners konnten erstmals die inneren Oberflächen von kleinen Düsen mit Durchmessern im Mikrometerbereich und hohem Aspektverhältnis erfolgreich charakterisiert werden.

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Zweikanaliger ULCA-Prototyp (Frontansicht mit SMA-Anschlüssen)

Ein in der PTB entwickeltes handliches Pikoamperemeter ist in der Lage, rückgeführte Messungen kleinster Stromstärken auf bislang unerreicht hohem Präzisionsniveau durchzuführen. Der Ultrastable Low-noise Current Amplifier (ULCA) übertrifft die Präzision bislang erhältlicher Pikoamperemeter um das etwa Hundertfache.

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Die Einführung der 450-mm-Technologie bei der Waferherstellung und die weitere Verkleinerung kritischer Abmessungen erfordert verbesserte Röntgenanalyse-Methoden. Daher hat die PTB eine Designstudie einer Metrologie-Kammer für die Charakterisierung von 450-mm-Wafern konzipiert, deren Kernstück ein mehrachsiger, zum Patent angemeldeter Manipulator ist. Durch die räumliche Stapelung sämtlicher...

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Die verlässliche, quantitative Messung der Ausgasungsraten von Vakuumkomponenten hat in den letzten Jahren erheblich an Bedeutung gewonnen. Mit der neuen Referenzausgasungsprobe der PTB lassen sich solche Ausgasungsratenmesssysteme kalibrieren und auf ein nationales Normal rückführen. Die kompakte Bauweise erlaubt den Einsatz in vielfältigen Szenarien. Die Probe liefert einen genau bekannten,...

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Wie führt man hochempfindliche Glasfasern auf engstem Raum drehbar und entlang der Längsrichtung verschiebbar in Vakuumbehälter ein? Eine neue Entwicklung der PTB löst dieses Problem. Sie ermöglicht die Positionierung und nachträgliche Justage von Glasfasern. Dabei werden Leckagen, die bei herkömmlichen Durchführungen auftreten können, minimiert, das Bruchrisiko aufgrund einer kompressionsfreien...

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Auszeichnungen

Harald TelleHarald Telle
erhielt den 2014 I.I. Rabi Award für seine Pionierarbeiten bei der Anwendung optischer Frequenzkämme zur phasenkohärenten Frequenzmessung.

 

 

 

 

Franziska RennerFranziska Renner
Die Mitarbeiterin des Fachbereichs 6.2 Dosimetrie für Strahlentherapie und Röntgendiagnostik erhielt den Elekta-Preis der Deutschen Gesellschaft für Medizinische Physik e. V. für ihre Arbeit „Benchmark experiment to verify...

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EMPIR

Das Europäische Parlament hat ein 600 Millionen Euro schweres Forschungsprogramm genehmigt, das die Metrologie, die Wissenschaft des exakten Messens, für die großen Herausforderungen unserer Zeit weiter stärkt.

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PTB-News bis 2014

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