The non-adiabatic quantum molecular dynamics (NA-QMD) method couples self-consistently classical nuclear motion with time-dependent density functional theory (TDDFT) in basis expansion for the electron dynamics. It has become a versatile approach to study the dynamics of atoms, molecules and clusters in a wide range of scenarios. This work presents applications of the NA-QMD method to important benchmark systems and its systematic extension to include quantum effects in the nuclear motion. Regarding the first objective, a complete study of the strong-field ionization and dissociation dynamics of nature’s simplest molecule H2+ is performed. By including all electronic and nuclear degrees of freedom and all reaction channels, molecular rotation is shown to play an important role in the ionization process. In addition, strong orientation effects in the energy deposition process of the Buckminster fullerene C60 in short intense laser pulses are surprisingly found in full dimensional calculations. Their consequences on the subsequent nuclear relaxation dynamics shed new light on available experimental data and future experiments are proposed to confirm the detailed predictions. Regarding the second objective, the NA-QMD formalism is basically extended to take electron-nuclear correlations into account. This extension is achieved by means of a trajectory surface hopping scheme in the adiabatic Kohn-Sham framework. First studied examples from collision physics and photochemistry illustrate the relevance and importance of quantum effects in the nuclear dynamics.

Die Kontexte, in denen Mitglieder virtueller Gemeinschaften zusammen lernen und arbeiten, werden von einer Vielzahl von Faktoren beeinflusst: Während heutige Lernumgebungen oftmals mehrere didaktische Konzepte und ihre flexible Kombinierbarkeit (blended learning) berücksichtigen müssen, treten wechselnde Anforderungen an Arbeitsumgebungen virtueller Gemeinschaften häufig durch eine Steigerung des Sozialisierungsgrades und dem damit verbundenen Wunsch nach mehr Selbstadministration bzw. –regulation auf. Somit ist die Notwendigkeit zur Unterstützung dynamischer Kontexte zwar jeweils unterschiedlich begründet, führt aber bei der Umsetzung beider Systemklassen zu derselben konzeptionellen Herausforderung: Die technologische Infrastruktur muss möglichst reaktions- und anpassungsfähig bzgl. Kommunikation, Interaktion und Zusammenarbeit gestalten werden, um sowohl der individuellen als auch der kollektiven Entwicklungsdynamik ihrer Benutzer Rechnung zu tragen.

Die politische Öffnung der Welt, die Deregulierung der Märkte sowie die informationstechnischen Möglichkeiten zur Restrukturierung von Unternehmungen werden begleitet von einer zunehmenden Verbreitung entstandardisierter Beschäftigungsverhältnisse und dem Rückgang klassischer Erwerbsbiographien (vgl. Weber 2005). Sie bilden den Nährboden für die Entstehung flexibler Modelle nicht-klassischer Organisations- und Arbeitsformen. Ein Beispiel hierfür ist die zunehmende Freisetzung hoch qualifizierter freiberuflicher Wissensarbeiter, die in Branchen wie IT- und Management-Beratung oder Personal- und Organisationsentwicklung tätig sind und sich in selbstorganisierten Netzwerken zusammenschließen. Eine bessere Außendarstellung und günstigere Bedingungen zur Auftragsakquise einerseits, sowie die Möglichkeit zur Bearbeitung komplexer kurzfristig personalintensiver Projekte, zu Fortbildungen, zu beruflichem und persönlichem Austausch andererseits, sind häufig genannte Vorteile, die ein Zusammenschluss im Netzwerk bieten kann.

Clay formations are investigated worldwide as potential host rock for the deep geological disposal of high-level radioactive waste (HLW). Usually bentonite is preferred as the buffer and backfill material in the disposal system. In the disposal of HLW, heat emission is one of the most important issues as it can generate a series of complex thermo-hydro-mechanical (THM) processes in the surrounding materials and thus change the material properties. In the context of safety assessment, it is important to understand the thermally induced THM interactions and the associated change in material properties. In this work, the thermally induced coupled THM behaviours in the clay host rock and in the bentonite buffer as well as the corresponding coupling effects among the relevant material properties are numerically analysed. A coupled non-isothermal Richards flow mechanical model and a non-isothermal multiphase flow model were developed based on the scientific computer codes OpenGeoSys (OGS). Heat transfer in the porous media is governed by thermal conduction and advective flow of the pore fluids. Within the hydraulic processes, evaporation, vapour diffusion, and the unsaturated flow field are considered. Darcy’s law is used to describe the advective flux of gas and liquid phases. The relative permeability of each phase is considered. The elastic deformation process is modelled by the generalized Hooke’s law complemented with additional strain caused by swelling/shrinkage behaviour and by temperature change. In this study, special attention has been paid to the analysis of the thermally induced changes in material properties. The strong mechanical and hydraulic anisotropic properties of clay rock are described by a transversely isotropic mechanical model and by a transversely isotropic permeability tensor, respectively. The thermal anisotropy is described by adoption of the bedding-orientation-dependent thermal conductivity. The dependency of the thermal conductivity on the degree of water saturation, the dependency of the thermal effects on the water retention behaviour, and the dependency of the effects of the pore pressure variation on the permeability and the anisotropic swelling/shrinkage behaviour have been intensively analysed and the corresponding numerical models to consider those coupling effects have been developed. The developed numerical model has been applied to simulate the laboratory and in situ heating experiments on the bentonite and clay rock at different scales. Firstly the laboratory heating experiment on Callovo-Oxfordian Clay (COX) and the laboratory long-term heating and hydration experiment on MX80 pellets were simulated. Based on the knowledge from the numerical analysis of the laboratory experiments, a 1:2 scale in situ heating experiment of an integrated system of the bentonite engineered barrier system (EBS) in the Opalinus Clay host rock was simulated. All the relevant operation phases were considered in the modelling. Besides, the modelling was extended to 50 years after the heat shut-down with the aim of predicting the long-term behaviours. Additionally, variation calculations were carried out to investigate the effects of the storage capacity of the Opalinus Clay on the thermally induced hydraulic response. In the long-term modelling, the effects of different saturated water permeabilities of buffer material on the resaturation process were analysed. Based on the current researches and model developments, the observed THM behaviours of the bentonite buffer and the clay rock, that is, the measured evolution of temperature, pore pressure, humidity, swelling pressure, and so on in the laboratory and in situ experiments can be reproduced and interpreted well. It is proved that by using both a non-isothermal multiphase flow model and a non-isothermal Richards flow model combined with the corresponding thermal and mechanical models, the major THM behaviours can be captured. It is validated that the developed model is able to simulate the relevant coupled THM behaviours of clayey material under the well-defined laboratory conditions as well as under the complex natural disposal conditions.

Nachrichtentechnische Systeme werden stets durch unvermeidbare zufällige Störungen beeinflußt. Neben anderen Komponenten sind davon besonders Oszillatoren betroffen. Die durch die Störungen verursachten zufälligen Schwankungen in der Oszillatorausgabe können als Amplituden- und Phasenabweichungen modelliert werden. Dabei zeigt sich, daß vor allem zufällige Phasenfluktuationen von Bedeutung sind. Zufällige Phasenfluktuationen können unter Verwendung stochastischer Prozesse zweiter Ordnung mit kurzem oder langem Gedächtnis modelliert werden. Inhalt der Dissertation ist die Herleitung eines Verfahrens zur Simulation zufälliger Phasenfluktuationen von Oszillatoren mit kurzem Gedächtnis unter Berücksichtigung von Datenblattangaben.

Die Begriffe Energiewende, Energieautarkie, Bioenergieregionen, nachhaltige Energieversorgung und Energieautonomie genießen in den aktuellen Debatten zum Thema Energiepolitik eine erhöhte Aufmerksamkeit. Die Energieversorgung in Deutschland muss sich in Zukunft nach Einschätzung der Bundesregierung und der Fachwelt grundlegend ändern, um den Ansprüchen von Versorgungssicherheit, Umweltverträglichkeit und der Bezahlbarkeit genügen zu können. Das Konzept der Energieautonomie bzw. Energieautarkie kann diese Ansprüche am geeignetsten zusammenführen. Den Kommunen kommt bei der Energiewende eine besondere Rolle zu, da hier die Ursachen- und Wirkungszusammenhänge des menschlichen Handelns durch deren Kleinräumigkeit eng mit einander verbunden sind. Bisher ist die Frage nach Erfolgsfaktoren und hemmenden Faktoren von Energieautonomieprozessen noch relativ wenig erforscht. Im Zentrum dieser primär empirischen Arbeit steht daher die Frage, welche hemmende und fördernde Faktoren für die Durchführung einer kommunalen, energiepolitischen Transformation mit dem Ziel der Energieautonomie auf der Basis von 100% Erneuerbare Energien existieren. Der Fokus dieser Untersuchung liegt dabei auf dem Freistaat Sachsen, in welchem bisher keine Kommune eine vollständige Umsetzung des Konzeptes der Energieautonomie erreichen konnte. In einem ersten Schritt wurde mittels der Analyse von bereits zu dem Thema vorliegenden Leitfäden mögliche fördernde und hemmende Faktoren herausgearbeitet und strukturiert. Diese wurden in einem zweiten Schritt durch Experteninterviews ergänzt und zusammengeführt. Eine zweite Interviewrunde mit Akteuren aus fünf Beispielkommunen in Sachsen überprüfte im Anschluss daran, welche dieser Faktoren wirksam sind. Als Resultat dieser empirischen Forschungsarbeit konnten fünf fördernde und ein hemmender Faktor für die Entwicklung kommunaler Energieautonomieprozesse identifiziert und daraus Handlungsanweisungen für die Politik und interessierten Akteuren für eine Ausdehnung der energiepolitischen Bestrebungen in Richtung Energieautonomie abgeleitet werden.:1.Einleitung – Problemaufriss und Hypothesen 1 1.1. Einführung ins Thema und Kontext 1 1.2. Forschungsstand 4 1.3. Aufbau und Methodik der Magisterarbeit 6 1.4. Ziel der Arbeit 7 2.Energieautonomie und kommunaler Handlungsspielraum 8 2.1. Begriffsdefinition Energieautonomie vs. Energieautarkie 8 2.2. Handlungsspielraum der Kommunen in der Energiepolitik 12 2.2.1. Die Struktur des deutschen Energiemarktes 12 2.2.2. Die allgemeinen Situation sächsischer Kommunen 16 2.2.2. Die Kommunen in der Energiepolitik 19 2.3. Die energiepolitischen Position Sachsens im Vergleich zu den 21 anderen Bundesländern 3.Forschungsdesign und Methodenauswahl 24 3.1. Auswahl der Grundgesamtheit 24 3.2. Methodenauswahl 26 3.2.1. Gütekriterien 26 3.2.2. Quantitative und qualitative Forschung 28 3.2.3. Das Experteninterview als Methode 29 3.2.4. Der Einsatz von Fallstudien als Methode 30 3.3. Forschungsdesign der Arbeit 32 3.3.1. Literaturauswertung 32 3.3.2. Die erste Runde der Experteninterviews 33 3.3.3. Extrahieren und Zusammenführen von hemmenden und fördernden 33 Faktoren aus Literaturauswertung und überkommunalen Experteninterviews 3.3.4. Experteninterviews mit Akteuren aus den Fallbeispielen 34 3.3.5 Auswertung der Interviews und Schlussfolgerungen 34 4.Vorarbeiten: Abstrahieren von hemmenden und fördernden Faktoren 36 4.1. Faktoren aus Literatur und Leitfäden 36 4.2. Faktoren aus der ersten Interviewrunde 42 4.3. Zusammenführung der Ergebnisse/ Modell 44 5.Datenerhebung: Interviews mit Akteuren der Praxis 50 5.1. Die fünf Beispielkommunen 50 5.1.1. Die Gemeinde Göda im Landkreis Bautzen 50 5.1.2. Die Gemeinde Reuth im Vogtland 53 5.1.3. Die Gemeinde Zschadraß 55 5.1.4. Die Gemeinde Großharthau 58 5.1.5. Die Gemeinde Ostritz/St. Marienthal 60 5.2. Die abhängige Variabel: Erfolg von Energieautonomie 62 5.3. Die Operationalisierung der unabhängigen Variablen 66 5.3.1. Überlegungen zur Operationalisierung 66 5.3.2. Die fördernden Faktoren für den Erfolg von Energieautonomie 68 5.3.2.1. Kümmerer und Agendasetting (KPA) 68 5.3.2.2. Netzwerke (NGB) 68 5.3.2.3. Bewusstsein bei Politik/Verwaltung, dass Energiepolitik eine 69 kommunale Aufgabe ist (BPW) 5.3.2.4. Einfluss durch höhere politische Ebenen (EHK) 71 5.3.2.5. Unterstützung durch die Politik/Verwaltung (UPW) 71 5.3.2.6. Kommunikation und Öffentlichkeitsarbeit (KÖA) 72 5.3.2.7. Vorhandensein eines Masterplans/Energiekonzepts (VMP) 73 5.3.2.8. Weiterbildungsmaßnahmen/Veranstaltungen (DWK) 74 5.3.2.9. Unterstützung/Austausch mit externen Beratungsakteuren (UEB) 75 5.3.2.10. Anleitung durch einen neutralen Akteur (ANA) 76 5.3.2.11. Nutzen zeigen (NZW) 76 5.3.2.12. Finanzielle Unterstützung durch Fördermittel (FUF) 77 5.3.2.13. Erfolgsbeispiele vor Ort (EBO) 78 5.3.2.14. Sozioökonomischer Handlungsdruck vor Ort (SHO) 79 5.3.2.15. Partizipation der Bevölkerung am Prozess/Projekten (PBP) 79 5.3.3. Die hemmenden Faktoren für den Erfolg von Energieautonomie 80 5.3.3.1. Mangel an Initiatoren und Unterstützern (MIU) 80 5.3.3.2. Mangelndes Problembewusstsein beim Bürgermeister (MPB) 81 5.3.3.3. Nachhaltige Energieversorgung ist keine Pflichtaufgabe für 81 Kommunen (EKP) 5.3.3.4. Probleme mit Regionalpläne (PRP) 82 5.3.3.5. Fehlende Eigenmittel (FEM) 83 5.3.3.6. Schlechte wirtschaftliche Rahmenbedingungen (SWR) 84 5.3.3.7. Ängste vor EE-Projekten (APO) 84 5.4. Charakterisierung Akteure und Durchführung der Interviews 85 6.Datenanalyse und Auswertung 86 6.1. Datenlage 86 6.2. Häufigkeitsverteilungen 86 6.2.1. Die abhängige Variable – Erfolg im Energieautonomieprozess 86 6.2.2. Die unabhängigen Variablen 88 6.2.2.1. Die fördernden Faktoren 88 6.2.2.2. Die hemmenden Faktoren 90 6.3. QCA-Analyse mit dem Ragin Ansatz 91 6.3.1. Methodik 91 6.3.2. Die drei erfolgreicheren Fallbeispiele und die Faktoren 92 6.3.3. Die zwei weniger erfolgreicheren Fallbeispiele und die Faktoren 94 6.3.4. Datenanalyse bei allen fünf Fallbeispielen 96 7.Auswertung der Ergebnisse und Handlungsempfehlungen 97 7.1. Die Fördernden Faktoren 97 7.2. Die hemmenden Faktoren 103 7.3. Fazit und Zusammenfassung 105 7.4. Handlungsempfehlungen für die Politik 107 8.Methodenkritik 114

Zur Prognose des Langzeitverhaltens textilbetonverstärkter Tragwerke wird ein modellfreies Vorgehen auf Basis rekurrenter neuronaler Netze vorgestellt. Das Vorgehen ermöglicht die Prognose zeitveränderlicher Strukturantworten unter Berücksichtigung der gesamten Belastungsgeschichte. Mit unscharfen Größen aus Messungen an Versuchstragwerken werden rekurrente neuronale Netze trainiert. Anschließend ist die unscharfe Prognose des Tragverhaltens möglich.

Data warehouses (DWs) have traditionally been loaded with data at regular time intervals, e.g., monthly, weekly, or daily, using fast bulk loading techniques. Recently, the trend is to insert all (or only some) new source data very quickly into DWs, called near-realtime DWs (right-time DWs). This is done using regular INSERT statements, resulting in too low insert speeds. There is thus a great need for a solution that makes inserted data available quickly, while still providing bulk-load insert speeds. This paper presents RiTE ('Right-Time ETL'), a middleware system that provides exactly that. A data producer (ETL) can insert data that becomes available to data consumers on demand. RiTE includes an innovative main-memory based catalyst that provides fast storage and offers concurrency control. A number of policies controlling the bulk movement of data based on user requirements for persistency, availability, freshness, etc. are supported. The system works transparently to both producer and consumers. The system is integrated with an open source DBMS, and experiments show that it provides 'the best of both worlds', i.e., INSERT-like data availability, but with bulk-load speeds (up to 10 times faster).

Die Erforschung der neuronaler Grundlagen des Arbeitsgedächtnisses (WM) fand breite Aufmerksamkeit, konzentrierte sich aber auf die Speicherung sensorischer Inhalte. Beweise für die kurzfristige Aufrechterhaltung abstrakter, verbaler oder kategorischer Informationen sind selten. Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung der neuronalen Repräsentation von WM-Inhalten auf verschiedenen Abstraktionsebenen. Ich stelle hier drei empirische Studien vor, in denen fMRT, multivariate Musteranalyse oder probabilistische Modelle als Hauptmethoden eingesetzt wurden. Die erste Studie identifizierte kortikale Regionen, die den WM-Inhalt eines Skripts behielten. Chinesische Muttersprachler wurden gebeten, sich bekannte chinesische Zeichen zu merken, was die verbale Kodierung stark fördern. Die Ergebnisse zeigten links lateralisierte sprachbezogene Hirnareale als Kandidatenspeicher für verbale Inhalte. Die zweite und dritte Studie zielten darauf ab, die Hypothese zu testen, dass Farbe als eine Kombination aus einer visuellen Repräsentation und einer kategorischen Repräsentation gespeichert wird. Die zweite Studie verwendete ein sensorisches Kodierungsmodell und ein empirisch basiertes kategorisches Kodierungsmodell, um jeweils zwei Quellen neuronaler Repräsentationen zu charakterisieren. Farbinformationen wurden in drei farbbezogenen ROIs dekodiert: V1, V4, VO1, und insbesondere wurde eine Erhöhung der kategorischen Repräsentation in vorderen kortikalen Arealen beobachtet. In der dritten Studie wurde die verzögerte Verhaltensreaktion untersucht, die ein systematisches Bias-Muster zeigte; es wurde ein probabilistisches Dual-Content-Modell implementiert, das ein mit den experimentellen Ergebnissen hoch korreliertes Antwortmuster erzeugte; dies bestätigte die Hypothese der mnemonischen Dual-Content Repräsentation. Diese Studien zusammen schlagen eine Arbeitsteilung entlang der rostro-kaudalen Achse des Gehirns, die auf der Abstraktionsebene der gespeicherten Inhalte basiert. / Research on the neural basis of working memory (WM) has received broad attention but has focused on storage of sensory content. Evidence on short-term maintenance of abstract verbal or categorical information is scarce. This thesis aims to investigate neural representation of WM content at different levels of abstraction. I present here three empirical studies that employed fMRI, multivariate pattern analysis or probabilistic modeling as major methods. The first study identified cortical regions that retained WM content of a script. Native Chinese speakers were asked to memorize well-known Chinese characters which strongly facilitated verbal coding. Results indicated left lateralized language-related brain areas as candidate stores for verbal content. The second and the third studies aimed to test the hypothesis that color is memorized as a combination of the low-level visual representation and the abstract categorical representation. The second study utilized a conventional sensory encoding model and a novel empirical-based categorical encoding model to characterize two sources of neural representations. Color information was decoded in three color-related ROIs: V1, V4, VO1, and notably, an elevation in categorical representation was observed in more anterior cortices. In the third study, the delayed behavioral response was examined, which exhibited a systematic bias pattern; a probabilistic dual-content model was implemented, which produced response patterns highly correlated with experimental results; this confirmed the hypothesis of dual-content mnemonic representations. These studies together suggest a division of labor along the rostral-caudal axis of the brain, based on the abstraction level of memorized contents.

Teaching mathematics means teaching learners to think – wrote Polya in How to Solve It? 1957. This paper intends to offer mathematics teachers suggestions for incorporating reading, writing, and speaking practices in the teaching of mathematics. Through explicit examples and explanations we intend to share ways of engaging students in deep learning of mathematics, especially using and producing written and oral texts. More specifically, we plan to broaden and deepen teachers’ understanding of strategies for guiding students’ thinking so that they grasp mathematical concepts and processes, and also bridge the divide between mathematical processes, and written and oral communication. This paper presents a core math lessons which provides numerous opportunities for the students to get actively engaged in the lesson and think about the new concepts, algorithms and ways of solving problems/ exercises. The lesson was designed for the 7th graders (13 year-olds). It was chosen to illustrate teaching by using reading and writing for understanding math processes. The teacher’s reflections after the lesson and some samples of the students’ work and feedback are included in the paper. The material in this paper is based on the author’s own extensive teaching experience; and her work in the Reading and Writing for Critical Thinking project in Romania.