Der Reaktordynamikcodes DYN3D wurde in der neu entwickelten Mehrgruppen-Version DYN3D-MG für die Anwendung auf wassergekühlte Reaktoren alternativ zu industriellen DWR und SWR ertüch-tigt. Es wurde die Anwendbarkeit für den graphitmoderierten Druckröhrenreaktor EGP-6 (KKW Bilibi-no), eine Konzeptstudie eines fortgeschrittenen Siedewasserreaktors mit schnellem Neutronenspekt-rum (RMWR) und das Reaktorkonzept RUTA-70 zur Wärmeversorgung nachgewiesen. Beim RUTA-Reaktor geht es vor allem um die Modellierung des Naturumlaufs des Kühlmittels bei niedrigen Sys-temdrücken. Zur Validierung wurden Experimente zu flashing-induzierten Naturumlaufinstabilitäten an der Versuchsanlage CIRCUS der TU Delft mit RELAP5 nachgerechnet. Für die Anwendung von DYN3D auf die alternativen Reaktorkonzepte wurden Modellerweiterungen und Anpassungen vorgenommen, u.a. Modifikationen in den Wärmeleitungs- und -übergangsmodellen. Vergleichsrechnungen mit dem stationären russischen Feingitter-Diffusionscode ACADEM ergänzen die Verifikationsdatenbasis von DYN3D-MG. Zur Validierung wurden zwei reak-tordynamische Experimente am Reaktor EGP-6 nachgerechnet. Für Reaktoren EGP-6, RMWR und RUTA wurden verschiedene Transienten mit Ausfahren von Re-gelstäben mit und ohne Reaktorschnellabschaltung gerechnet. Weiterhin wurden Analysen für den ATWS-Störfall \"Abschalten aller Hauptkühlmittelpumpen bei Vollleistung\" für den RUTA-Reaktor mit den gekoppelten Programmkomplexen DYN3D/ATHLET und DYN3D/RELAP5 durchgeführt. Der Reaktor geht in einen sicheren Zustand mit reduzierter Leistung bei Naturumlauf des Kühlmittels über. Die Ergebnisse von Analysen zum unkontrollierten Ausfahren einer Regelgruppe für den RMWR lassen dagegen eine belastbare Schlussfolgerung bezüglich der Beherrschbarkeit des Aus-fahrens einer Regelgruppe nicht zu. Abschließend wurde der Nutzen der Programmertüchtigung von DYN3D für die Anwendung auf GenIV -Konzepte und LWR mit hohem Konversionsfaktor bewertet.

Diese Arbeit befasst sich mit dem Entwurf eines asynchron arbeitenden, zeitbasierten CMOS–Bildsensors mit erhöhtem Dynamikbereich und Unterdrückung zeitlich redundanter Daten. Aufgrund immer kleinerer Strukturgrößen in modernen Prozessen zur Fertigung von Halbleitern und einer gleichzeitig physikalisch bedingt immer geringeren Skalierbarkeit konventioneller Bildsensoren wird es zunehmend möglich und praktikabel, Signalverarbeitungsansätze auf Pixelebene zu implementieren. Unter Berücksichtigung dieser Entwicklungen befasst sich die folgende Arbeit mit dem Entwurf eines neuartigen CMOS–Bildsensors mit nahezu vollständiger Unterdrückung zeitlich redundanter Daten auf Pixelebene. Jedes photosensitive Element in der Matrix arbeitet dabei vollkommen autonom. Es detektiert selbständig Änderungen in der Bestrahlung und gibt den Absolutwert nur beim Auftreten einer solchen Änderung mittels asynchroner Signalisierung nach außen. Darüber hinaus zeichnet sich der entwickelte Bildaufnehmer durch einen, gegenüber herkömmlichen Bildsensoren, deutlich erhöhten Dynamikbereich und eine niedrige Energieaufnahme aus, wodurch das Prinzip besonders für die Verwendung in Systemen für den mobilen Einsatz oder zur Durchführung von Überwachungsaufgaben geeignet ist. Die Realisierbarkeit des Konzepts wurde durch die erfolgreiche Implementierung eines entsprechenden Bildaufnehmers in einem Standard–CMOS–Prozess nachgewiesen. Durch die Größe des Designs von 304 x 240 Bildelementen, die den Umfang üblicher Prototypen-Realisierungen deutlich übersteigt, konnte speziell die Anwendbarkeit im Bereich größerer Sensorfelder gezeigt werden. Der Schaltkreis wurde erfolgreich getestet, wobei sowohl das Gesamtsystem als auch einzelne Schaltungsteile messtechnisch analysiert worden sind. Die nachgewiesene Bildqualität deckt sich dabei in guter Näherung mit den theoretischen Vorbetrachtungen.

Univ., Diss.--Bochum, 2004. / Literaturverz. S. 22 - 258.

We report on a new framework for preparing high-refractive index polymeric materials which combines the selective thiol radical mono-addition to phenyl-acetylene derivatives with hyperbranched architectures. Using this strategy we have synthesized a series of linear and hyperbranched polyvinyl sulfide (PVS) materials, employing different dithiol (A₂ and A'₂) and di- and trialkyne (B and B₃) monomers. The process requires only a simple radical initiator, such as AIBN, in lieu of expensive or toxic catalysts and this chemistry produces polymers in high yield (up to 96%) and high molecular weight (up to 123 000 g mol⁻¹). The polymers are optically transparent, thermally stable (up to 420 °C) and readily form highquality films. The end group composition of the hyperbranched materials can be easily adjusted by changing the A₂/B₃ feed ratio. The sulfur incorporation and conjugation resulting from thiol–yne coupling with selective mono-addition results in materials with high refractive indices in the visible and IR region (nD = 1.68–1.75) and optical dispersions as low as 0.004. Moreover, we demonstrate that the hyperbranched architecture produces materials with better performance in terms of light reflection and chromatic dispersion compared to linear structures.

Der Reaktordynamikcodes DYN3D wurde in der neu entwickelten Mehrgruppen-Version DYN3D-MG für die Anwendung auf wassergekühlte Reaktoren alternativ zu industriellen DWR und SWR ertüch-tigt. Es wurde die Anwendbarkeit für den graphitmoderierten Druckröhrenreaktor EGP-6 (KKW Bilibi-no), eine Konzeptstudie eines fortgeschrittenen Siedewasserreaktors mit schnellem Neutronenspekt-rum (RMWR) und das Reaktorkonzept RUTA-70 zur Wärmeversorgung nachgewiesen. Beim RUTA-Reaktor geht es vor allem um die Modellierung des Naturumlaufs des Kühlmittels bei niedrigen Sys-temdrücken. Zur Validierung wurden Experimente zu flashing-induzierten Naturumlaufinstabilitäten an der Versuchsanlage CIRCUS der TU Delft mit RELAP5 nachgerechnet. Für die Anwendung von DYN3D auf die alternativen Reaktorkonzepte wurden Modellerweiterungen und Anpassungen vorgenommen, u.a. Modifikationen in den Wärmeleitungs- und -übergangsmodellen. Vergleichsrechnungen mit dem stationären russischen Feingitter-Diffusionscode ACADEM ergänzen die Verifikationsdatenbasis von DYN3D-MG. Zur Validierung wurden zwei reak-tordynamische Experimente am Reaktor EGP-6 nachgerechnet. Für Reaktoren EGP-6, RMWR und RUTA wurden verschiedene Transienten mit Ausfahren von Re-gelstäben mit und ohne Reaktorschnellabschaltung gerechnet. Weiterhin wurden Analysen für den ATWS-Störfall \"Abschalten aller Hauptkühlmittelpumpen bei Vollleistung\" für den RUTA-Reaktor mit den gekoppelten Programmkomplexen DYN3D/ATHLET und DYN3D/RELAP5 durchgeführt. Der Reaktor geht in einen sicheren Zustand mit reduzierter Leistung bei Naturumlauf des Kühlmittels über. Die Ergebnisse von Analysen zum unkontrollierten Ausfahren einer Regelgruppe für den RMWR lassen dagegen eine belastbare Schlussfolgerung bezüglich der Beherrschbarkeit des Aus-fahrens einer Regelgruppe nicht zu. Abschließend wurde der Nutzen der Programmertüchtigung von DYN3D für die Anwendung auf GenIV -Konzepte und LWR mit hohem Konversionsfaktor bewertet.

Diese Arbeit befasst sich mit dem Entwurf eines asynchron arbeitenden, zeitbasierten CMOS–Bildsensors mit erhöhtem Dynamikbereich und Unterdrückung zeitlich redundanter Daten. Aufgrund immer kleinerer Strukturgrößen in modernen Prozessen zur Fertigung von Halbleitern und einer gleichzeitig physikalisch bedingt immer geringeren Skalierbarkeit konventioneller Bildsensoren wird es zunehmend möglich und praktikabel, Signalverarbeitungsansätze auf Pixelebene zu implementieren. Unter Berücksichtigung dieser Entwicklungen befasst sich die folgende Arbeit mit dem Entwurf eines neuartigen CMOS–Bildsensors mit nahezu vollständiger Unterdrückung zeitlich redundanter Daten auf Pixelebene. Jedes photosensitive Element in der Matrix arbeitet dabei vollkommen autonom. Es detektiert selbständig Änderungen in der Bestrahlung und gibt den Absolutwert nur beim Auftreten einer solchen Änderung mittels asynchroner Signalisierung nach außen. Darüber hinaus zeichnet sich der entwickelte Bildaufnehmer durch einen, gegenüber herkömmlichen Bildsensoren, deutlich erhöhten Dynamikbereich und eine niedrige Energieaufnahme aus, wodurch das Prinzip besonders für die Verwendung in Systemen für den mobilen Einsatz oder zur Durchführung von Überwachungsaufgaben geeignet ist. Die Realisierbarkeit des Konzepts wurde durch die erfolgreiche Implementierung eines entsprechenden Bildaufnehmers in einem Standard–CMOS–Prozess nachgewiesen. Durch die Größe des Designs von 304 x 240 Bildelementen, die den Umfang üblicher Prototypen-Realisierungen deutlich übersteigt, konnte speziell die Anwendbarkeit im Bereich größerer Sensorfelder gezeigt werden. Der Schaltkreis wurde erfolgreich getestet, wobei sowohl das Gesamtsystem als auch einzelne Schaltungsteile messtechnisch analysiert worden sind. Die nachgewiesene Bildqualität deckt sich dabei in guter Näherung mit den theoretischen Vorbetrachtungen.

In the last decade, high-order methods have gained increased attention. These combine the convergence properties of spectral methods with the geometrical flexibility of low-order methods. However, the time step is restrictive, necessitating the implicit treatment of diffusion terms in addition to the pressure. Therefore, efficient solution of elliptic equations is of central importance for fast flow solvers. As the operators scale with O(p · N), where N is the number of degrees of freedom and p the polynomial degree, the runtime of the best available multigrid algorithms scales with O(p · N) as well. This super-linear scaling limits the applicability of high-order methods to mid-range polynomial orders and constitutes a major road block on the way to faster flow solvers. This work reduces the super-linear scaling of elliptic solvers to a linear one. First, the static condensation method improves the condition of the system, then the associated operator is cast into matrix-free tensor-product form and factorized to linear complexity. The low increase in the condition and the linear runtime of the operator lead to linearly scaling solvers when increasing the polynomial degree, albeit with low robustness against the number of elements. A p-multigrid with overlapping Schwarz smoothers regains the robustness, but requires inverse operators on the subdomains and in the condensed case these are neither linearly scaling nor matrix-free. Embedding the condensed system into the full one leads to a matrix-free operator and factorization thereof to a linearly scaling inverse. In combination with the previously gained operator a multigrid method with a constant runtime per degree of freedom results, regardless of whether the polynomial degree or the number of elements is increased. Computing on heterogeneous hardware is investigated as a means to attain a higher performance and future-proof the algorithms. A two-level parallelization extends the traditional hybrid programming model by using a coarse-grain layer implementing domain decomposition and a fine-grain parallelization which is hardware-specific. Thereafter, load balancing is investigated on a preconditioned conjugate gradient solver and functional performance models adapted to account for the communication barriers in the algorithm. With the new model, runtime prediction and measurement fit closely with an error margin near 5 %. The devised methods are combined into a flow solver which attains the same throughput when computing with p = 16 as with p = 8, preserving the linear scaling. Furthermore, the multigrid method reduces the cost of implicit treatment of the pressure to the one for explicit treatment of the convection terms. Lastly, benchmarks confirm that the solver outperforms established high-order codes.

Future high-capacity wireless communications will extensively use the broad bands still available millimeter-wave frequencies. Channels with bandwidth broader than those in use today will guarantee enhanced data-rate and reduced latency performance. The recent progress of integrated-circuit semiconductor technologies finally allowed the design of reliable electronics operating at millimeter-wave frequencies. On top, advanced Fully Depleted Silicon On Insulator (FD-SOI) Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS) and Silicon Germanium (SiGe) Bipolar CMOS (BiCMOS) processes enabled to co-integrate large digital blocks with frontends operating at tens or hundreds of GHz. The current under-deployment fifth-generation mobile-communication standard (5G) takes advantage of these advancements, massively exploiting the frequency bands from 24 GHz to 100 GHz. Furthermore, besides enlarging the channel bandwidth, improvements of the signal-to-noise power ratio (SNR) at the receiver input, combined with Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) techniques provide an additional boost to the communication data-rate. Both approaches require arrays of antennas, plus electronic beam-steering which becomes essential in the case of moving transmitting-receiving pairs. Finally, social, economic, historical, and technological trends indicate that future wireless standards will require data-rates, latencies, and density of served users per square kilometer well beyond those offered by the 5G. Envisioned to be deployed towards the end of this decade, the six mobile communication standard (6G) will win future challenges thanks to the very ultra-broad bands available from 100 GHz until the tens of THz. Basic research is hence needed to address the open challenges necessary to reach the goals of future wireless communication systems, such as bandwidth and frequency operation factor-10 increase or power consumption reduction against the actual state of the art. This Habilitation thesis proposes circuit theory and concepts up to feasibility study of circuit implementation and experimental characterization in the laboratory of transceiver electronics for future high-capacity communications useful for the knowledge gain necessary for the conception of future communication systems. In detail, basic scientific research to understand the operation of millimeter-wave communication circuits implemented in 22 nm FD-SOI CMOS and 130 nm SiGe BiCMOS technologies has been performed.

Despite the increasing popularity of high-order methods in computational fluid dynamics, their application to practical problems still remains challenging. In order to exploit the advantages of high-order methods with geometrically complex computational domains, coarse curved meshes are necessary, i.e. high-order representations of the geometry. This dissertation presents a strategy for the generation of curved high-order surface meshes. The mesh generation method combines least-squares fitting with energy functionals, which approximate physical bending and stretching energies, in an incremental energy-minimizing fitting strategy. Since the energy weighting is reduced in each increment, the resulting surface representation features high accuracy. Nevertheless, the beneficial influence of the energy-minimization is retained. The presented method aims at enabling the utilization of the superior convergence properties of high-order methods by facilitating the construction of coarser meshes, while ensuring accuracy by allowing an arbitrary choice of geometric approximation order. Results show surface meshes of remarkable quality, even for very coarse meshes representing complex domains, e.g. blood vessels.

The accurate calculation of atomic spectra, including radiative corrections, is one of the rather challenging tasks in theoretical physics. The entire formalism of quantum (gauge) field theory, augmented by the difficulties of the bound-state formalism, is needed for an accurate understanding of the relevant physics at the level of current high-precision spectroscopy. In this thesis, several calculations in this area are described in detail. Investigations on large-order perturbation-theory effects (and predictive limits of perturbation theory) supplement these investigations. In the context of applications, numerical algorithms for the acceleration of the convergence of series are discussed.