Kapsch und ScienceCenter-Netzwerk: Wissenschaftsworkshops für Kinder
 
Entdecken, erforschen, experimentieren
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Wien (pts027/26.08.2013/14:00) – Entdecken, erforschen, experimentieren. Unter diesem Motto fanden vom 19.-23. August 2013 interaktive Wissenschaftsworkshops bei der Kapsch Group statt. Die Workshops wurden gemeinsam mit dem ScienceCenter-Netzwerk speziell für Wiener Hortgruppen und Kinder der Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter von Kapsch angeboten.

Rund 160 Kinder im Alter zwischen sechs und zehn Jahren gingen an den fünf Tagen verschiedenen technischen und naturwissenschaftlichen Phänomenen auf den Grund. Die jungen Forscherinnen und Forscher wurden von speziell geschulten Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern des ScienceCenter-Netzwerks und von Kapsch-Lehrlingen beim Experimentieren begleitet. Ausgerüstet mit gedruckten Sammelkarten können die Kinder die Experimente auch zu Hause vorführen und wiederholen.

"Wir wollen den Kindern zeigen, dass Technik Spaß machen kann und Wissenschaft wirklich spannend ist", erklärt Rudolf Bernscherer, Head of Human Resources der Kapsch Group. "Die geschulten Kräfte vom ScienceCenter-Netzwerk schaffen es perfekt, hier spielerisches Lernen zu ermöglichen. Es war wirklich großartig zu sehen, mit welchem Eifer die Nachwuchswissenschaftler bei der Sache waren." So wurde in den Workshops beispielsweise erforscht, wie man eine Luftballonrakete nach dem Rückstoßprinzip oder mit einfachen Materialien eine "Kritzelmaschine" bauen kann, wohin Zuckermoleküle im Wasser verschwinden – und wie man ihnen mit Tinte auf der Spur bleiben kann. Andere Kinder versuchten sich daran, Glühbirnen über einen einfachen Stromkreis zum Leuchten zu bringen oder machten Strom hörbar.

"Mit unseren Workshops können wir den Kindern ein spannendes Ferienprogramm bieten, das sie sonst in ihren Hortgruppen so vielleicht nicht durchführen können", sagt Barbara Streicher, Geschäftsführerin des Vereins ScienceCenter-Netzwerk. "Und natürlich lernen unsere Teilnehmerinnen und Teilnehmer auch ganz nebenbei noch eine Menge Dinge aus Wissenschaft und Technik. Wir sehen das als aktive Antwort auf die Neugier der Kinder und Jugendlichen." Auch die Lehrlinge von Kapsch profitierten von der Kooperation, konnten sie doch aktiv ihr schon erworbenes Wissen an die Kinder weitergeben und für sich selbst dabei feststellen, wie viel sie in Sachen Technik schon gelernt haben.

Kapsch Group und ScienceCenter-Netzwerk – gemeinsam für mehr Spaß an Technik

Die Kapsch Group kooperiert heuer erstmalig mit dem ScienceCenter-Netzwerk bei der Durchführung der interaktiven Workshops für Wiener Hortkinder. Das ScienceCenter-Netzwerk als Zusammenschluss österreichischer Organisationen und Personen möchte durch eine Vielzahl interaktiver Aktivitäten zu mehr Verständnis von Wissenschaft und Technik beitragen. "Beim Experimentieren lernt man viel mehr als wenn man nur die graue Theorie dazu hört", sagt Rudolf Bernscherer. "Mit der Unterstützung dieser Workshops schaffen wir einen Raum, in dem die Kinder durch anfassen, erleben und ausprobieren Fähigkeiten in Wissenschaft und Technik entwickeln oder Begabungen entdecken können. Vielleicht eröffnet das auch ganz neue Wege für die berufliche Entscheidung."

Neben diesem Engagement unterstützt Kapsch auch zahlreiche Projekte und Veranstaltungen mit dem Ziel junge Menschen – insbesondere auch Mädchen – für technische und naturwissenschaftliche Berufe zu begeistern. Damit möchte das Unternehmen schon frühzeitig technische Fachkräfte für die Zukunft gewinnen und den Frauen- und Mädchenanteil in diesen Bereichen im Unternehmen steigern.

Kapsch zählt zu den erfolgreichsten Technologieunternehmen Österreichs mit globaler Bedeutung in den Zukunftsmärkten Intelligent Transportation Systems (ITS), Railway und Public Operator Telecommunications sowie Informations- und Kommunikationstechnologie (IKT). Zur Kapsch Group zählen die drei Schlüsselgesellschaften Kapsch TrafficCom, Kapsch CarrierCom und Kapsch BusinessCom. Als Familienunternehmen mit Sitz in Wien steht Kapsch seit mehr als 100 Jahren für die konsequente Entwicklung und Implementierung neuer Technologien zum Nutzen seiner Kunden. Mit einer Vielfalt von innovativen Lösungen und Dienstleistungen leistet Kapsch einen wesentlichen Beitrag zur verantwortungsbewussten Gestaltung einer mobilen und vernetzten Welt. Die Unternehmen der Kapsch Group beschäftigen in ihren weltweiten Niederlassungen und Repräsentanzen rund 5.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter.

Für weitere Informationen: http://www.kapsch.net

Natürliche Uranverbindungen mobiler als bislang angenommen

Das radioaktive Element Uran kann sich in sumpfigen Wiesen sammeln. Dort verwandelt es sich in das Mineral Uraninit, wodurch der Stoff verfestigt wird. Viele Forscher nehmen deswegen an, dass das Actinid auf diese Weise von der Biosphäre ferngehalten werden kann. In einem französischen Feuchtgebiet, in dem hohe Urankonzentrationen entdeckt wurden, untersuchten nun Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) gemeinsam mit Kollegen der Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) und dem Konzern AREVA die Mobilität der Substanz. Wie sie feststellten, kann das radioaktive Element auch im festen Zustand Verbindungen eingehen, die das Uran in den biologischen Kreislauf bringen. Diese Ergebnisse haben die Forscher nun in der Fachzeitschrift Nature Communications (DOI: 10.1038/ncomms3942) veröffentlicht.

„Obwohl Uran radioaktiv ist, ist es für Mensch und Umwelt nicht zwangsläufig gefährlich“, erläutert der Leiter der Abteilung Biogeochemie am HZDR, Dr. Gerhard Geipel. „Selbst in normalen Böden finden wir es häufig. Es kommt deswegen vielmehr darauf an, in welcher Menge und vor allem in welcher Form es auftritt. Hohe Konzentrationen lassen sich zum Beispiel in Feuchtgebieten feststellen, die es wie ein Guss auffangen.“ Da der r adioaktive Stoff hier in den meisten Fällen aber als vierwertiges Uran(IV) vorkommt, das sich durch die Wechselwirkung mit Sauerstoff in das Mineral Uraninit verwandelt, galt dies bislang nicht unbedingt als Problem, da es in diesem Zustand als kaum löslich angesehen wurde und somit keine Gefahr für die biologischen Kreisläufe darstellte. Die Untersuchung eines sumpfigen Grasgebietes in der zentralfranzösischen Region Limousin, das durch Uranbergbau kontaminiert ist, könnte diese Annahme nun widerlegen.

Die Forscher um Dr. Yuheng Wang von der EPFL entnahmen an verschiedenen Stellen Wasserproben aus den Abflüssen des Feuchtgebietes. Die Analyse ergab, dass das Uran in den Strömen tatsächlich befördert wurde. Dies lieferte den Wissenschaftlern allerdings noch keine Anhaltspunkte, um welche Art des radioaktiven Elements es sich dabei handelte. Denn das sechswertige Uran(VI) – neben Uran(IV) die zweite Form, in der der radioaktive Sto ff unter natürlichen Umständen vorkommt – ist gut löslich und kann dadurch leicht in die Biosphäre aufgenommen werden. „An dieser Stelle kommt das HZDR ins Spiel“, erzählt Geipel. „Die Uranmenge können wir relativ schnell und einfach mit analytischen Methoden feststellen. Schwieriger wird es, den Zustand des Elements zu bestimmen. Und genau darum ging es uns ja.“

Die chemischen Verbindungen, die das Uran eingeht, lassen sich mit der sogenannten Speziationsanalyse entschlüsseln. Über die höchste Kompetenz bei der Uranspektroskopie und die nötige Technik verfügen in Deutschland die Forscher des HZDR. Die Dresdner Wissenschaftler haben dafür eine Wasserprobe aus dem Feuchtgebiet eingefroren und mit Lasern bestrahlt. Denn der radioaktive Stoff lässt sich auf diese Weise zum Leuchten anregen. „Anhand der Spektren und Fluoreszenzlebensdauer, die sich für die beiden Formen des Urans unterscheiden, konnten wi r feststellen, dass es sich bei den Vorkommen im Wasser um Uran(IV) handelt“, berichtet Geipel. „Daraus können wir schließen, dass dieser Zustand des radioaktiven Stoffes nicht so immobil ist, wie wir bislang angenommen haben.“

Wie die Untersuchung herausgestellt hat, verändert sich das Uran(IV) nicht zwangsläufig zu Uraninit, sondern kann sich an ein feines Partikelgemisch aus Eisen, Aluminium, Phosphor und Silicium binden. Auf diese Weise formen sich Teilchen, die das Uran in die Wasserströme tragen. „Diese Ergebnisse müssen wir nun natürlich beachten, wenn wir beispielsweise bei Sanierungsmaßnahmen im Uranbergbau Grasflächen einsetzen wollen“, erläutert Geipel die Konsequenzen aus der Untersuchung. „Auch in seinem festen Zustand ist Uran nicht immer immobilisiert, könnte deshalb in die Biosphäre gelangen und somit weitere Gebiete kontaminieren.“

MIT MIKROWELLEN GRANIT BRECHEN

In einem vom Wissenschaftsfonds FWF finanzierten Projekt untersuchten
Forschungsgruppen aus Leoben, wie Abbaumethoden für hartes Gestein durch
Einstrahlung von Mikrowellen verbessert werden können, um klassische,
mechanische Verfahren zu erleichtern und Energie zu sparen.

Der Abbau von hartem Gestein wie Granit ist ein langwieriger,
energieintensiver Prozess, egal ob im Bergbau oder im Tunnelbau. Dabei
wird in mehreren Schritten vorgegangen: Zuerst müssen Risse im kompakten
Fels erzeugt werden, wobei einzelne Brocken entstehen, die dann
herausgelöst und abtransportiert werden können. In der Geschichte des
Bergbaus wurde Ersteres oft mit Feuer gemacht – die Hitze sprengt das
Gestein. Ein vom Wissenschaftsfonds FWF gefördertes, interdisziplinäres
Projekt der Lehrstühle für Mechanik, Physik und Bergbaukunde der
Montanuniversität Leoben hat nun eine moderne Variante dieser Strategie
untersucht: Zum Erhitzen des Gesteins wird Mikrowellenstrahlung
eingesetzt.

"Alle gängigen Abbaumethoden haben eines gemeinsam: Man möchte das
Gestein zuerst brechen, also Oberflächen erzeugen, aber nur ein geringer
Teil der Energie geht wirklich in diese Oberflächenschaffung. Der
Großteil geht in Form von Wärme verloren", sagt Projektleiter Thomas
Antretter vom Institut für Mechanik der Montanuniversität Leoben.
Derzeit wird das Gestein entweder gesprengt oder rein mechanisch mit
großen Maschinen aufgebrochen und abgetragen. "Das ist eine riesige
Verschwendung von Energie. Wir wollen den mechanischen Abbauprozess
nicht vollständig ersetzen, das ist nicht möglich. Aber wir können ihn
erleichtern", so Antretter.

25-MAL STÄRKER ALS EIN MIKROWELLENOFEN

Dass Mikrowellen zum Erhitzen genutzt werden können, ist aus dem Alltag
bekannt. Weniger offensichtlich ist, dass auch Gestein erwärmt werden
kann. "Man könnte tatsächlich einen Gesteinsbrocken in einen
Mikrowellenofen legen und er würde warm werden", erklärt Antretter. "Um
wirklich Risse zu erzeugen, braucht es aber höhere Energien." Für die
Praxistests wurde eine Anlage mit 25 Kilowatt Leistung verwendet, das
ist etwa das 25-Fache eines Mikrowellenherds. Die Mikrowellen werden mit
einem Applikator aufgebracht, der wie ein Schlauch aussieht –, ein
Hohlleiter, in dessen Innerem die Mikrowellen transportiert werden.

Antretters Gruppe war für die Simulationen zuständig. "Die Simulationen
waren relativ umfangreich, weil wir einerseits die elektromagnetischen
Vorgänge berechnen mussten, die Einstrahlung und die Ausbreitung der
elektromagnetischen Welle, und dann daraus schließen mussten, wie sich
das Gestein erwärmt." Antretter interessierte sich besonders für Granit,
der aufgrund seiner Härte besonders schwierig abzubauen ist. Granit
besteht aus den Gesteinen Feldspat, Quarz und Glimmer. "Diese haben
unterschiedliche Eigenschaften und erwärmen sich verschieden stark.
Abgesehen davon unterscheiden sie sich auch in ihren elektrischen
Eigenschaften, Mikrowellen werden unterschiedlich absorbiert." Auch das
habe zuerst berechnet werden müssen.

"Mit den Ergebnissen der Rechnungen zur Verlustleistung konnten wir dann
eine mechanische Rechnung machen", erklärt Antretter. "Dazu müssen wir
berechnen, wie sich die Temperatur im Gestein zeitlich entwickelt. Davon
ausgehend können wir die mechanischen Spannungen berechnen, wiederum
als Funktion der Zeit." Das wurde mit der kritischen Belastungsgrenze
für die einzelnen Gesteinsbestandteile verglichen, um festzustellen,
wann das Gestein bricht und die gewünschten Risse entstehen.

KURZE PULSE EFFEKTIVER

Thomas Antretters Team simulierte kurze, intensive Pulse von nur einer
Zehntelsekunde und zum Vergleich längere Pulse mit geringerer
Intensität, die 100 Sekunden dauerten. Die eingebrachte Energie war in
beiden Fällen gleich. "In den Simulationen zeigten die kurzen Pulse
etwas mehr Effekt, bei gleicher Energiemenge", berichtet Antretter.
Begleitend dazu gab es Versuche am benachbarten Lehrstuhl für
Bergbaukunde, der Zugriff auf eine Mikrowellenanlage hat. "Dort wurden
tatsächlich Gesteinsproben hineingelegt und bestrahlt, unter
unterschiedlichen Bedingungen und Zeiten. Es hat sich herausgestellt,
dass man diese Riss-Muster erzeugen kann, und sie stimmen gut mit dem
überein, was wir in der Simulation gefunden haben."

Die Idee, Mikrowellen zum Aufbrechen von Gestein zu verwenden, habe es
schon länger gegeben, sagt Projektleiter Antretter. "Man konnte den
Effekt aber nie richtig quantifizieren, die Versuche basierten auf
‚Trial and Error‘. So geriet das wieder in Vergessenheit."

Für eine praktische Umsetzung gebe es noch einige offene Fragen, wie
etwa Fragen zum Brandschutz. "Aus technischer Sicht steht einer
Umsetzung aber nichts im Weg", so Antretter.

Neues Material hält externes Magnetfeld fest

Max-Planck-Forscher entdecken starke Magnetisierung bei Messungen am HZDR und in den Niederlanden

Forscher
des Max-Planck-Instituts für Chemische Physik fester Stoffe (MPI-CPfS)
in Dresden haben eine neue Legierung konzipiert, die so stark
magnetisiert werden kann, wie bislang kein anderes Material. Die zuvor
nicht-magnetische Verbindung aus Mangan, Platin und Gallium bewahrt auch
nach Abschaltung eines externen Magnetfeldes ein starkes inneres Feld.
Ihre Messungen führten die Forscher am Hochfeld-Magnetlabor Dresden des
Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) und am High Field Magnet
Laboratory (HFML) an der Radboud University in Nijmegen durch.

Die
Dresdner MPI-Forscher haben ein neues Material entwickelt, in dem sie
eine außerordentlich starke magnetische Wechselwirkung – einen
sogenannten „exchange bias“ – nachweisen konnten. Auch nach Abschalten
des externen Magnetfeldes konnte eine magnetische Feldstärke von über
drei Tesla in dem neuen Material gemessen werden. Ein sehr hoher Wert,
wie er beispielsweise von starken Magnetresonanz-Tomographen in der
Medizin erreicht wird.

Materialien via Design

Die
am MPI-CPfS berechnete und hergestellte Legierung aus
Mangan-Platin-Gallium ist scheinbar unmagnetisch. Das liegt an zwei
magnetischen Untergittern, die sich gegenseitig kompensieren. Es handelt
sich um eine sogenannte Heuslersche Verbindung. Wie durch einen
Tarnmantel geschützt, liegen hier die magnetischen Eigenschaften im
Inneren verborgen, während sich um das Material herum kein Magnetfeld
detektieren lässt. Das Design derartiger Materialien am Computer ist ein
Forschungsschwerpunkt der Max-Planck-Wissenschaftler: „Das Gute an den
Heusler-Verbindungen ist die gute Durchstimmbarkeit; ich kann einzelne
Atome so auswählen, dass deren magnetische Momente sich zu null
addieren“, sagt Ajaya Nayak, ein junger Gruppenleiter am MPI und
Erstautor der Studie.

Um
die getarnten magnetischen Eigenschaften ihrer neuen Verbindung besser
zu begreifen, nutzten die Max-Planck-Forscher zunächst das
Hochfeld-Magnetlabor (HLD) der Dresdner Kollegen am HZDR. In gepulsten
Magnetfeldern bis zu 60 Tesla konnten so erste Rückschlüsse auf die
magnetische Struktur des neu synthetisierten Materials gezogen werden.
Doch für eine kontrollierte Manipulation dieser Eigenschaften waren
weitere Experimente in statischen Magnetfeldern nötig. Vom HLD aus
entstand schnell der Kontakt zum HFML in Nijmegen, wo derartige Felder
erzeugt werden können. Hier gelang es den Wissenschaftlern schließlich,
dem Material ein Magnetfeld von über drei Tesla aufzuprägen. Dazu wurde
die Heuslersche Legierung in einem mehr als 20 Tesla starken, statischen
Magnetfeld kontrolliert abgekühlt, was schließlich zu einer
magnetischen Wechselwirkung im Material führte.

Von der Idee zur Anwendung

Die
neuen Ergebnisse sind besonders interessant für die
Grundlagenforschung, die sich mit der Synthese neuer Materialien
beschäftigt und fundamentale neue Eigenschaften solcher Verbindungen
untersucht. Doch auch zu möglichen Anwendungen ist es nur ein kleiner
Schritt: So ist es bereits gelungen, eine andere Heusler-Verbindung zu
finden, deren magnetischer Phasenübergang sich oberhalb der
Raumtemperatur befindet. Das könnte neue magneto-elektronische
Bauelemente mit einer ungewöhnlich stabilen Magnetisierung ermöglichen.
Schon heute wird ein wesentlich kleinerer „exchange bias“-Effekt in
Leseköpfen von Festplatten genutzt.

Hochfeldforschung in Europa

Die
Arbeit ist die erste gemeinsame Publikation des 2015 gegründeten
European Magnetic Field Laboratory (EMFL) und ist ein Musterbeispiel für
die Vorteile einer solchen internationalen Zusammenarbeit. Das EMFL ist
eine gemeinsame europäische Organisation des Hochfeld-Magnetlabor
Dresden (HLD-EMFL), des Laboratoire National des Champs Magnétiques
Intenses (LNCMI-EMFL) in Grenoble und Toulouse und des High Magnetic
Field Laboratory (HFML-EMFL) in Nijmegen.

Holzfaserdämmstoffe beschleunigen die Energie-Trendwende

  
Wuppertal (pts/06.10.2009/10:00) – Den privaten Energieverbrauch im Zaum zu halten, fällt vielen Bundesbürgern offenbar leichter als gedacht: Nach Angaben des Statistischen Bundesamtes ging der Verbrauch fossiler Brennstoffe zum Beheizen der rund 39 Millionen Wohnungen in Deutschland zwischen 2000 und 2006 um deutlich mehr als ein Zehntel zurück! Zu dieser erfreulichen Entwicklung haben nach Einschätzung des Verbandes Holzfaser Dämmstoffe (VHD) mehrere Faktoren beigetragen, zu denen neben einem bewussteren Umgang mit fossilen Energieträgern wie Kohle, Erdöl und Erdgas auch das verstärkte Interesse vieler Wohneigentümer an nachhaltigen Maßnahmen zur Wärmedämmung zählt. Dadurch konnte sich der Marktanteil ökologischer Holzfaserdämmstoffe seit der Jahrtausendwende bis heute mehr als verdoppeln.

"Die Bundesbürger haben längst erkannt, dass mit Öl und Kohle auf Dauer kein Staat zu machen ist. Auf erneuerbare Energien und Holzfaserdämmstoffe bei Neubau- und Sanierungsvorhaben zu setzen, gilt heute mehr denn je als Ausdruck ökologischer und ökonomischer Vernunft", betont Dr.-Ing. Tobias Wiegand, Geschäftsführer des Verbandes Holzfaser Dämmstoffe (VHD) in Wuppertal.

Natürlich bauen, besser dämmen
Vornehmlich das Angebot immer besser gedämmter Eigenheime – von Niedrigenergie- über Passiv- und Energieeffizienzhäuser bis hin zu Gebäuden, die mit ihrer innovativen technischen Ausstattung sogar Energieüberschüsse erzielen – hat seit Beginn dieses Jahrtausends zu einer erheblichen Verringerung des Energiebedarfs von Neubauten geführt. Dabei spielt die bereitwillige Nutzung beispielsweise von Solarthermie, Photovoltaik und Wärmepumpen ebenso eine Rolle wie die ungebremste Nachfrage nach natürlichen Dämmstoffen vor allem aus Holzfasern. Als Wegbereiter dieser Energieeffizienzbewegung sind das Zimmererhandwerk sowie die Fertigbauindustrie zu nennen, deren Offerten andere Anbieter zum Mitziehen bewegen. So waren es zunächst größere Fertigbauunternehmen, die ihre Produktionsanlagen auf die Beplankung mit Holzfaserdämmplatten umgerüstet haben. Heute ziehen viele kleinere Hausbaufirmen und Handwerksbetriebe nach und bieten namentlich für Sanierungsvorhaben den Einsatz ökologischer Holzfaserprodukte an.

Sünden der Vergangenheit
In den letzten fünf Jahren vor der Jahrtausendwende war der Energieverbrauch fürs Heizen bundesweit noch mit unschöner Regelmäßigkeit gestiegen. Insgesamt gibt es in Deutschland zirka 39 Millionen Wohnungen, von denen mehr als die Hälfte zwischen 30 und 60 Jahre alt sind. Das Aufdämmen dieser Bestandsgebäude im Dachbereich sowie an der Fassade gegen Raumwärmeverluste, der Austausch ihrer oftmals maroden, manchmal sogar noch einfach verglasten Fenster sowie die Erneuerung technisch überkommener Brenner gelten als vordringliche Maßnahmen, um den Energiebedarf weiter zu senken. Umweltfreundliche Sanierungsmaßnahmen im Gebäudebestand werden von der staatlichen Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) deshalb mit zinsverbilligten Darlehen gefördert. Der anhaltende Trend hin zu natürlichen Dämmmaterialien dürfte sich im Zuge energetischer Sanierungsmaßnahmen daher auf Bestandsgebäude in ganz Deutschland ausweiten. Ähnliche Tendenzen sind auch in anderen europäischen Ländern wie Österreich, Ungarn, Italien (vornehmlich Südtirol), Frankreich und Tschechien zu beobachten.

Eine Sache für Sanierungsprofis
Bei anstehenden Reparatur- und Verschönungsarbeiten rund ums Haus sowie bei der energetischen Modernisierung lohnt es sich zumeist, an den Werterhalt der Immobilie zu denken und einen qualifizierten Fachbetrieb hinzuzuziehen. Soll der Energiebedarf des Hauses dauerhaft verringert werden, ist im ersten Schritt das Dämmen von Dach und Außenwänden mit ökologischen Holzfaserprodukten zu empfehlen. Ein Fachbetrieb des Zimmererhandwerks führt die erforderlichen Dämmarbeiten mit gebotener Sorgfalt aus und ermittelt auch den Energiebedarf des Hauses vor und nach Durchführung der Sanierung. An der Differenz beider Kennwerte kann man leicht erkennen, wie sehr sich die Ausgaben für eine Holzfaserdämmung rechnen. Schließlich sinkt der Energiebedarf des Eigenheims erheblich, während der merkantile Wert der Immobilie umso stärker steigt, sofern die Dämmmaßnahmen fachgerecht erledigt wurden.

Weitere firmenneutrale Informationen über die vielfältigen Verwendungsmöglichkeiten von Holzfaserdämmstoffen im Neubau und Immobilienbestand finden sich ebenso wie die Adressen aller VHD-Mitglieder im Internet auf http://www.holzfaser.org

Datenspeicher: Bald mehr Kapazitäten frei (Foto: pixelio.de/Tim Reckmann)

Memphis (pte026/21.09.2015/13:30) –

Einzelne Atome oder Moleküle, die durch Laserlicht wie in einem
kreisförmigen Metallkäfig gefangen gehalten werden, könnten der
Schlüssel für die Datenspeicherung von Hightech-Computern der nächsten
Generation sein, wie Forscher der University of Tennessee http://utk.edu meinen.

Eigenschaften gezielt nutzen

Ein einziges Molekül kennt viele verschiedene
Freiheitsgrade oder auch Wege, seine Energie und seine Dynamik zu
zeigen, wie zum Beispiel durch Vibration, Rotation und Translation.
"Über Jahre haben Physiker nach Wegen gesucht, aus diesen Eigenschaften
direkten Nutzen zu ziehen. Darunter auch, wie diese Molekülzustände in
hochpräzisen Geräten verwendet werden können – wie zum Beispiel als
Informationsspeichermittel für Anwendungen bei Quantencomputern",
unterstreicht Forschungsleiter Ali Passian.

Ein Molekül einzufangen und dabei nur geringfügig zu
stören, ist keine leichte Angelegenheit. Bei dem neuen Prozess werden
durch Interaktion mit Laserlicht die langsameren Moleküle durch eine
Ringspule in der Form eines Donuts in der Mitte der Spule gehalten. Das
passiert dadurch, dass die "Nano-Falle", die aus Gold gebaut werden
kann, eine sehr starke lokale Kraft entwickelt, die die Moleküle umgibt.

Großes Anwendungspotenzial

"Wir können die Moleküle und ihre spektroskopischen und
elektromagnetischen Eigenschaften testen und sie im isolierten Zustand
studieren, ohne dass uns benachbarte Moleküle dabei stören", so Passian.
Während das Einfangen von Molekülen bisher mit großen Systemen
verbunden war, die geladene Partikel wie Ionen abgegrenzt haben, geht
dieses Konzept den genau gegenteiligen Weg. "Wenn dieser Weg erfolgreich
beschritten wird, könnten diese Experimente die Leistungsfähigkeit von
Prozessen und die Speicherung von Informationen wesentlich erhöhen",
verdeutlicht Passian abschließend.

Flüssige Metalle sind das Thema der neuen Helmholtz-Allianz LIMTECH
(Liquid Metal Technologies). Das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf
(HZDR), das die Allianz koordiniert, und das Karlsruher Institut für
Technologie (KIT) bündeln darin ihre Kompetenzen mit weiteren
Helmholtz-Zentren und Universitäten im In- und Ausland. LIMTECH hat das
Ziel, Flüssigmetall-Technologien für ein breites Spektrum an Anwendungen
zu erforschen, weiterzuentwickeln und anwendbar zu machen. Dafür stehen
20 Mio. Euro zur Verfügung.

Flüssige Metalle kommen in vielen Industriezweigen zum Einsatz, z.B.
beim Gießen von Stahl und Leichtmetall, und werden für
Zukunftstechnologien, wie neue Flüssigmetallbatterien zur
Energiespeicherung, die CO2-freie Wasserstoffproduktion oder die
Herstellung von Solarzellen, zunehmend wichtiger. Das liegt an ihren
Eigenschaften, Energie in großen Mengen zu speichern oder Wärme effektiv
abzuführen. Ihre Wärmeleitfähigkeit ist 50- bis 100-mal größer als bei
Wasser, auch sind sie in einem großen Temperaturbereich flüssig.
Flüssige Metalle eignen sich also gut, um hochenergetische Prozesse zu
kühlen. Sie tragen dadurch auch zu mehr Energie- und Ressourceneffizienz
bei, denn der Wirkungsgrad thermodynamischer Prozesse steigt, je höher
die Temperaturen sind. Zwei Teilprojekte der Allianz widmen sich deshalb
auch dem Einsatz von Flüssigmetallen in Solarkraftwerken.

In den letzten Jahren ist die Betriebssicherheit von Technologien mit
flüssigen Metallen deutlich gestiegen. Möglich wurde dies durch neue
Messverfahren, mit denen man die Strömungen vollständig überwachen kann.
Diese weiterzuentwickeln, ist ein Ziel der neuen Helmholtz-Allianz
LIMTECH. Ein weiteres ist es, die Energie- und Ressourceneffizienz von
Flüssigmetall-Technologien zu erhöhen, z.B. beim Gießen von Metallen,
der Separation wertvoller Metalle aus Schlackeschmelzen, oder der
Herstellung von Solar-Silizium. Die deutsche Forschung gehört dabei
schon zur Weltspitze und wir haben vor, diese Position weiter
auszubauen , so Dr. Gunter Gerbeth vom Helmholtz-Zentrum
Dresden-Rossendorf, der die Allianz LIMTECH koordiniert.

Das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) und das Karlsruher
Institut für Technologie (KIT) bündeln in der Allianz ihre Kompetenzen
auf dem Gebiet der Flüssigmetall-Technologien mit weiteren
Helmholtz-Zentren und Universitäten im In- und Ausland. Die
Helmholtz-Allianz LIMTECH ist auf fünf Jahre angelegt und hat ein
Gesamtvolumen von 20 Mio. Euro. Die Mittel kommen jeweils zur Hälfte aus
dem Impuls- und Vernetzungsfonds der Helmholtz-Gemeinschaft einerseits
und den beteiligten Helmholtz-Zentren und Partnern andererseits. Im
Rahmen der Allianz soll ein Doktorandenprogramm aufgebaut werden. Ein
weiterer Schwerpunkt ist die enge Zusammenarbeit mit Partnern aus der
Industrie, um die Ergebnisse technologisch zügig umzusetzen.

Beteiligte Helmholtz-Zentren:
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR; Koordination), Karlsruher
Institut für Technologie (KIT), Forschungszentrum Jülich (FZJ),
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Externe Partner: Technische Universität Dresden, Technische Universität
Ilmenau, Leibniz Universität Hannover, TU Bergakademie Freiberg,
Universität Potsdam, Georg-August-Universität Göttingen, RWTH Aachen,
Institute of Physics Riga (Lettland), Coventry University (UK)
……………………………………………………………….

Weitere Informationen
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf
Dr. Gunter Gerbeth
Direktor Institut für Fluiddynamik und Koordinator Helmholtz-Allianz LIMTECH
Tel. 0351 260-3480 | mailto:g.gerbeth@hzdr.de

Batterien: Lithium-Luft-Rivale hat mehr Power (Foto: pixelio.de, Tim Reckmann)

Graz (pte024/11.11.2014/11:30) –

Wissenschaftler der Technischen Universität Graz http://tugraz.at haben in Kooperation mit den Universitäten St. Andrews, Oxford und Amiens sowie dem Collège de France http://www.college-de-france.fr den Entlademechanismus von Lithium-Luft-Batterien geklärt. Die Art des
Elektrolyten entscheidet über die effektive Kapazität des
Energiespeichers.

Sauerstoff-Ionenstrukturen

Den in "Nature Chemistry" publizierten Ergebnissen
zufolge weisen leichte Sauerstoff- statt schwerer metallischer
Ionenstrukturen in Lithium-Luft-Batterien im Gegensatz zu den
mittlerweile weit verbreiteten Lithium-Ionen-Batterien eine potenziell
vervielfachte Energiespeicherkapazität auf. Die "luftige Super-Batterie"
kommt zudem ohne teure und begrenzt verfügbare Übergangsmetalle wie
Kobalt, Nickel oder Mangan aus.

"Wir haben den Entlademechanismus der
Lithium-Luft-Batterie untersucht und gezeigt, welche Faktoren für die
effektive Kapazität der Batterie verantwortlich sind", fasst Stefan
Freunberger vom Institut für Chemische Technologie von Materialien der
TU Graz zusammen. Inwieweit Lithium-Luft-Batterien leistungsfähiger
sind, hängt vom verwendeten Elektrolyten ab, denn die potenziell
erreichbare Kapazität ist nicht fest bestimmt, sondern variabel.

Sulfoxide oder Imidazol nützlich

Den österreichischen Forschern nach ist der Sauerstoff
in der entladenen Lithium-Luft-Batterie idealerweise in Form von Peroxid
vorhanden, also in fester, unlöslicher Form. Die Zwischenstufe dorthin
ist sogenanntes Superoxid. Je löslicher die Zwischenstufe während des
Entlademechanismus ist, desto besser wirkt sich das letztendlich auf die
Kapazität der Batterie aus. Die sogenannte Donorzahl des Elektrolyten
ist in der Folge maßgeblich für die Kapazität.

"Diese Zahl beschreibt die Bindungsstärke zwischen dem
Lösungsmittel und den Kationen eines darin gelösten Salzes und bestimmt
die Löslichkeit der Zwischenstufe", verdeutlicht Freunberger. Ein
Elektrolyt mit hoher Donorzahl sei der Schlüssel zur gesteigerten
Kapazität der Lithium-Luft-Batterie. "Hohe Donorzahlen haben
beispielsweise Sulfoxide oder Imidazol. Letzteres ist eine
Stickstoffverbindung, die wir als Modellsubstanz verwendet haben."

Erstes Plasma: Fusionsanlage Wendelstein 7-X in Betrieb gegangen

Erfolgreicher Start mit Helium-Plasma / Anfang 2016 werden Plasmen aus Wasserstoff folgen

10. Dezember 2015

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10. Dezember 2015: Das erste Plasma in Wendelstein 7-X. Es bestand aus Helium, dauerte eine Zehntel Sekunde und … [mehr]

Foto: IPP

Nach neun Jahren Bauzeit und über einer Million Montagestunden wurde
im April 2014 die Hauptmontage von Wendelstein 7-X abgeschlossen. 
Seither liefen die Betriebsvorbereitungen. Nacheinander wurden alle
technischen Systeme geprüft – das Vakuum in den Gefäßen, das Kühlsystem,
die supraleitenden Spulen, das von ihnen erzeugte Magnetfeld, das
Steuersystem sowie die Heizapparaturen und Messgeräte. Am 10. Dezember
war es soweit: Im Kontrollraum fuhr die Betriebsmannschaft das
Magnetfeld hoch und startete die computergeregelte Experiment-Steuerung.
Sie speiste rund ein Milligramm Heliumgas in das ausgepumpte
Plasmagefäß ein, schaltete die Mikrowellenheizung für einen kurzen 1,3
Megawatt-Puls an – und im Visier der eingebauten Kameras und Messgeräte
zeigte sich das erste Plasma. „Wir beginnen mit einem Plasma aus dem
Edelgas Helium. Erst im nächsten Jahr wechseln wir zu dem eigentlichen
Untersuchungsobjekt, einem Wasserstoff-Plasma“, erläutert Projektleiter
Professor Dr. Thomas Klinger: „Denn mit Helium ist der Plasmazustand
leichter zu erreichen. Außerdem können wir mit Helium-Plasmen die
Oberfläche des Plasmagefäßes reinigen“.

Das erste Plasma in der
Maschine dauerte eine Zehntel-Sekunde und erreichte eine Temperatur von
rund einer Million Grad. „Wir sind sehr zufrieden“, fasst Dr.
Hans-Stephan Bosch, dessen Bereich für den Betrieb von Wendelstein 7-X
zuständig ist, den Verlauf des ersten Experimentiertags zusammen: „Alles
lief wie vorgesehen“. Als nächstes will man die Dauer der
Plasmaentladungen verlängern und untersuchen, wie die Helium-Plasmen
durch Mikrowellen am besten zu erzeugen und aufzuheizen sind. Nach einer
Pause zum Jahreswechsel geht es im Januar mit Einschlussstudien weiter,
die das erste Plasma aus Wasserstoff vorbereiten.

Hintergrund

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Zum Vergleich: Aufnahme im gleichen Blickwinkel in das leere Plasmagefäß, aufgenommen mit einer im Gefäß eingebauten … [mehr]

Foto: IPP

Ziel der Fusionsforschung ist es, ein klima- und umweltfreundliches
Kraftwerk zu entwickeln. Ähnlich wie die Sonne soll es aus der
Verschmelzung von Atomkernen Energie gewinnen. Weil das Fusionsfeuer
erst bei Temperaturen über 100 Millionen Grad zündet, darf der
Brennstoff – ein dünnes Wasserstoffplasma – nicht in Kontakt mit kalten
Gefäßwänden kommen. Von Magnetfeldern gehalten, schwebt er nahezu
berührungsfrei im Inneren einer Vakuumkammer. Für den magnetischen Käfig
haben sich zwei verschiedene Bauweisen durchgesetzt, Tokamak und
Stellarator. Beide Anlagentypen werden im IPP untersucht: In Garching
läuft der Tokamak ASDEX Upgrade, in Greifswald seit heute der
Stellarator Wendelstein 7-X.

Gegenwärtig traut man nur einem Tokamak – dem internationalen
Testreaktor ITER, der in weltweiter Zusammenarbeit zurzeit in Cadarache
aufgebaut wird – ein energielieferndes Plasma zu. Wendelstein 7-X, die
weltweit größte Fusionsanlage vom Typ Stellarator, wird keine Energie
erzeugen. Trotzdem soll die Anlage beweisen, dass auch Stellaratoren
kraftwerkstauglich sind. Mit Wendelstein 7-X soll die Qualität von
Plasmagleichgewicht und -einschluss erstmals der eines Tokamaks
ebenbürtig werden. Und mit 30 Minuten langen Entladungen soll die Anlage
das wesentliche Plus der Stellaratoren vorführen, die Fähigkeit zum
Dauerbetrieb. Dagegen können Tokamaks ohne aufwändige Zusatzmaßnahmen
lediglich in Pulsen arbeiten.

Die Montage von Wendelstein 7-X begann im April 2005: Ein Ring aus 50
supraleitenden, etwa 3,5 Meter hohen Magnetspulen ist das Kernstück der
Anlage. Ihre speziellen Formen sind das Ergebnis ausgefeilter
Optimierungsrechnungen der Abteilung „Stellarator-Theorie“ und ihrer
über zehnjährigen Suche nach einem besonders wärmeisolierenden
magnetischen Käfig. Die Spulen sind auf ein stählernes Plasmagefäß
aufgefädelt und von einer ringförmigen Stahlhülle umschlossen. In ihrem
luftleer gepumpten Innenraum werden die Spulen mit flüssigem Helium auf
Supraleitungstemperatur bis nahe an den absoluten Nullpunkt abgekühlt.
So verbrauchen sie nach dem Einschalten kaum Energie. Der von ihnen
erzeugte Magnetfeldkäfig hält im Inneren des Plasmagefäßes das
Forschungsobjekt der Wissenschaftler in Schwebe, das 30 Kubikmeter
füllende ultra-dünne Plasma.

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Die Fusionsanlage Wendelstein 7-X

Foto: IPP, Thorsten Bräuer

Die von Bund, Land und EU getragenen Investitionskosten für
Wendelstein 7-X beliefen sich auf 370 Millionen Euro. Die Bauteile
fertigten Firmen in ganz Europa; Aufträge im Wert von weit über 70
Millionen gingen an Unternehmen in der Region. Zahlreiche
Forschungseinrichtungen im In- und Ausland waren am Aufbau der Anlage
beteiligt. So trug im Rahmen der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher
Forschungszentren das Karlsruher Institut für Technologie die
Verantwortung für die Mikrowellen-Plasmaheizung; das Forschungszentrum
Jülich baut Messgeräte und fertigte die aufwändigen Verbindungen der
supraleitenden Magnetspulen. Den Einbau übernahmen Spezialisten der
Polnischen Akademie der Wissenschaften in Krakau. Die US-amerikanischen
Fusionsinstitute in Princeton, Oak Ridge und Los Alamos trugen u.a. mit
magnetischen Zusatzspulen und Messgeräten zur Ausrüstung von Wendelstein
7-X bei.                          

Isabella Milch

36 auf einen Streich – Forscher beobachten „unmögliche“ Ionisation
Weltstärkster Röntgenlaser schießt Rekordzahl von Elektronen aus einem Atom
Mit dem weltstärksten Röntgenlaser hat ein internationales Forscherteam unter Hamburger Leitung ein überraschendes Verhalten von Atomen entdeckt: Mit einem einzigen Röntgenblitz konnte die Gruppe um Daniel Rolles vom Center for Free-Electron Laser Science (CFEL) die Rekordzahl von 36 Elektronen auf einmal aus einem Xenon-Atom herausschießen. Das sind deutlich mehr, als bei der Energie der verwendeten Röntgenstrahlung rechnerisch überhaupt möglich ist. Die Wissenschaftler stellen ihre unerwarteten Beobachtungen im Fachblatt „Nature Photonics“ vor. Das CFEL ist eine Kooperation von DESY, der Max-Planck-Gesellschaft und der Universität Hamburg.

Verliert ein Atom Elektronen, bekommt es eine positive elektrische Ladung – es wird ionisiert. Diese Ion isation ist umso stärker, je mehr Elektronen dem Atom entrissen werden. Die Forscher um Rolles von der Max Planck Advanced Study Group am CFEL hatten an der Linac Coherent Light Source (LCLS) des US-Forschungszentrums SLAC in Kalifornien Atome des Edelgases Xenon mit intensiven Röntgenlaserblitzen beschossen. Die Lichtteilchen (Photonen) der verwendeten Röntgenstrahlung hatten mit 1,5 Kilo-Elektronenvolt (1,5 keV) rund tausendmal mehr Energie als sichtbares Licht. Trifft so ein energiereiches Photon auf ein Elektron in der Xenon-Atomhülle, gibt es seine Energie an das Elektron ab. Durch diesen Stoß kann das Elektron aus der Atomhülle herausgeschubst werden – je nachdem, wie fest es gebunden ist.

Rechnerisch lassen sich bei der verwendeten Energie bis zu 26 der 54 Elektronen des Edelgases herausschießen, die übrigen sind zu stark gebunden. Tatsächlich beobachteten die Wissenschaftler jedoch, dass bis zu 36 Elektronen aus den Atomen flogen. „Nach unserem Wissen ist das die höchste Ionisation, die jemals mit einem einzigen elektromagnetischen Impuls in einem Atom erreicht worden ist“, betont Rolles, der künftig eine Helmholtz-Nachwuchsgruppe bei DESY leiten wird. „Unsere Beobachtung zeigt, dass die bestehenden theoretischen Ansätze modifiziert werden müssen.“

Ursache für die „unmögliche“ Ionisation ist eine sogenannte Resonanz: Im verwendeten Energiebereich können die Xenon-Elektronen sehr viel Röntgenstrahlung aufnehmen. Manche werden dadurch direkt aus dem Atom hinausbefördert, andere gehen in einen sogenannten angeregten, das heißt energiereicheren Zustand über, sind aber noch gebunden. Fällt eines der angeregten Elektronen jedoch in seinen Ausgangszustand zurück, wird wiederum Energie frei, die einem anderen angeregten Elektron den nötigen Extra-Schubs geben kann, um es ganz aus dem Atom zu befördern. In seltenen Fällen wird auch das bereits angeregte Elektron von einem zweiten Photon aus dem Röntgenblitz getroffen und so aus der Atomhülle geschossen.

„Das LCLS-Experiment hat einen unerwarteten und zuvor unerreichten Ladungszustand produziert, indem gleich Dutzende Elektronen aus einem Atom katapultiert wurden“, unterstreicht Ko-Autor Benedikt Rudek, Doktorand am Heidelberger Max-Planck-Institut für Kernphysik, der die Daten analysiert hat. „Die absorbierte Energie pro Atom war mehr als doppelt so hoch wie erwartet.“ Dieser Resonanzeffekt ist für Xenon gerade bei einer Energie von 1,5 keV besonders stark. Entsprechend beobachteten die Forscher selbst bei einer höheren Energie von 2 keV nur weniger stark ionisierte Atome. Auf Grundlage der Messungen verfeinerten CFEL-Wissenschaftler ein mathematisches Modell, mit dem sich solche Resonanz en in schweren Atomen berechnen lassen. In Folgeexperimenten haben Forscher unter anderem Krypton und Moleküle mit schweren Atomen an der LCLS untersucht, wie Ko-Autor Artem Rudenko betont, der inzwischen an der Kansas State University arbeitet und eines dieser Folgeexperimente geleitet hat.

Die Beobachtungen haben auch praktische Bedeutung für die Forschung: „Unsere Ergebnisse liefern ein Rezept, um den Elektronenverlust in einer Probe zu maximieren“, erläutert Rolles. Das kann erwünscht oder unerwünscht sein. „Beispielsweise können Forscher unser e Ergebnisse nutzen, die ein sehr stark elektrisch geladenes Plasma erzeugen wollen.“ Bei der Untersuchung biologischer Proben hingegen sollten Wissenschaftler die Resonanzbereiche solcher schweren Atome vermeiden. "Die meisten biologischen Proben enthalten einige schwere Atome", betont Rolles. Im Resonanzbereich werden solche Proben an diesen Stellen besonders schnell beschädigt, was die Abbildungsqualität beeinträchtigen kann.

Für die Präzisionsmessungen an der LCLS diente eine von der Max Planck Advanced Study Group (ASG) am CFEL zusammen mit de m Max-Planck-Institut für Kernphysik, dem Max-Planck-Institut für medizinische Forschung und dem Max-Planck-Institut Halbleiterlabor entwickelte Experimentierkammer, die in insgesamt 40 Kisten komplett nach Kalifornien verschifft wurde. Diese CFEL-ASG Multi-Purpose chamber (CAMP) war drei Jahre an der LCLS aufgebaut und kam bei mehr als 20 Experimenten zum Einsatz.

An der Untersuchung waren außer dem Hamburger Center for Free-Electron Laser Science, DESY und dem US-Forschungszentrum SLAC mehrere Max-Planck-Institute sowie rund ein Dutzend Institutionen a us Deutschland, Frankreich, Japan und den USA beteiligt.