Zugl.: Bielefeld, Univ., Diss., 2009

Die Arbeit befaßt sich mit Untersuchungen der Schwingungsdynamik von ZnMgEr/Ho/Y quasikristallen. Neben diesen werden auch Untersuchungen der magnetischen Eigenschaften durch Neutronenstreuung an denselben Proben durchgeführt.

Die Arbeit befaßt sich mit Untersuchungen der Schwingungsdynamik von ZnMgEr/Ho/Y quasikristallen. Neben diesen werden auch Untersuchungen der magnetischen Eigenschaften durch Neutronenstreuung an denselben Proben durchgeführt.

berflächennaheste Großkollektoranlagen (GKA) stellen eine vielversprechende und zukunftsweisende erneuerbare Wärmequelle zur Versorgung ganzer Stadtteile mithilfe der kalten Nahwärme dar. Obwohl erste Prototypen bereits 2012 entwickelt und seit 2019 im großen Maßstab erprobt werden, gab es deutliche technische und wissenschaftliche Lücken bei der Planung und Berechnung dieser Systeme, da es keine belastbare Planungsgrundlage gab. Es konnte der Nachweis erbracht werden, dass die für die GKA-Simulation mit DELPHIN verwendeten bodenphysikalischen Modelle zur Materialcharakterisierung in Verbindung mit den Klimamodellen als Simulationsrandbedingung valide für diese Planung anwendbar sind. Hierbei müssen die herausgearbeiteten Modellierungsprinzipien unter Berücksichtigung der Skalierungseffekte beachtet werden. Es konnten das Energieentzugsmodell, das Rohrmodell und die Co-Simulation in Master-Sim für die DELPHIN GKA-Simulation mit den Messdaten realer Anlagen validiert und kalibriert werden. Hierfür standen Messdaten unterschiedlicher Systeme zur Verfügung: Erdreich- und Klimamessdaten des Deutschen Wetterdienstes sowie Betriebsdaten von der damals größten GKA in Bad Nauheim und die des Agrothermiekollektors in Wüstenrot. Es zeigte sich, dass der kurzwellige Absorptionskoeffizient die zentrale Kalibrierungsgröße für die GKA-Simulation in DELPHIN darstellt und von der Vegetation abhängig ist. Es wurden Modellierungsgenauigkeiten für Erdreich- und Betriebsparameter von in der Regel über 90 % erzielt, wodurch die Belastbarkeit dieser Berechnung nachgewiesen wurde. Im Rahmen der Untersuchungen konnten auch Optimierungs- und Weiterentwicklungspotenziale der Software aufgezeigt werden, um die Simulationsgenauigkeit weiter zu erhöhen. Zusätzlich wurden Modellierungsprinzipien erarbeitet, um numerische Fehler bei der GKA-Simulation in DELPHIN zu vermeiden. Für die Skalierung von Kleinst- zu Großkollektoranlagen konnten abschließend Skalierungsfaktoren herausgearbeitet werden, die aufgrund gegenseitiger Beeinflussung im Erdreich entstehen. Dies bildet die Grundlage für eine mögliche Erweiterung der VDI 4640-2, um die Anwendung von Großkollektoranlagen.

Kalte Nahwärmenetze (engl. 5th generation district heating and cooling networks, abgekürzt 5GDHC) gewinnen in vielen europäischen Ländern zunehmend an Bedeutung. In der Regel versteht man darunter nicht-isolierte Wärmenetze, welche im Temperaturbereich zwischen -5 °C bis 20 °C betrieben werden. Sie nutzen oberflächennahe Geothermie, Gebäudekühlung oder andere Abwärmequellen und dienen so als Wärmequelle für dezentrale Wärmepumpen. Numerische Simulationen bieten die Möglichkeit, solche Systeme genauer zu planen und zu optimieren. Die vorliegende Arbeit entwickelt ein Simulationsmodell für kalte Nahwärmenetze mit oberflächennahen geothermischen Quellen. Für die thermo-hydraulische Netzsimulation wird der numerische Solver NANDRAD, Teil der Simulationssoftware SIM-VICUS, um notwendige Modelle erweitert. Die Netzumgebung und die geothermische Quelle werden mit 2D-Finite-Volumen Erdreichmodellen in der Simulationssoftware DELPHIN abgebildet und unter Nutzung des FMI-Standards gekoppelt mit dem Netzmodell simuliert. Als Demonstrationsbeispiel dient ein kaltes Nahwärmenetz mit 6,5 km Länge und einem 10.000 m² großen Erdwärmekollektor. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass jeweils etwa die Hälfte der Wärmegewinne aus dem Erdwärmekollektor und aus dem das Rohrnetz umgebenden Erdreich stammen. Sind alle vorgesehenen Gebäuden angeschlossen, erreichen die Wärmepumpeneintrittstemperaturen ein Minimum von -4 °C im Februar und die gemittelte Jahresarbeitszahl beträgt 4,4. Eine Parameterstudie zeigt, dass die mögliche Entzugsenergie eines Erdwärmekollektors bis zu 98 kWh/m²a für zwei Lagen und 69 kWh/m²a für eine Lage beträgt. Die Wärmegewinne aus den Netzleitungen können bis zu 131 kWh/m a betragen. Schließlich wird das Modell mit Messdaten aus dem laufenden Betrieb validiert. Bei den Erdeichtemperaturen und dem Energiebedarf der Pumpen zeigt sich eine gute Übereinstimmung. Weitere Auswertungen zeigen, dass die Umwälzpumpen in der realen Anlage nicht optimal betrieben werden, was zu einer Systemjahresarbeitszahl von nur 3,5 führt. Das Modell kann diesen Effekt gut abbilden und ermöglicht zudem die Bewertung von Optimierungsmaßnahmen, die den Strombedarf der Pumpen reduzieren und zu einer deutlich höheren Systemjahresarbeitszahl führen.

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In der vorliegenden Projektarbeit wurde ein erster Design-Vorschlag für eine Superspiegel-Test-Anlage am Ausbildungskernreaktor 2 der TU Dresden erstellt. Mit dieser soll die Reflektivität von Neutronensuperspiegeln bestimmt werden. Die Funktionalität des erarbeiteten Vorschlags ist mit Hilfe der Software McStas überprüft worden. McStas ist ein Monte-Carlo Programm, das Neutronenstrahlen für neutronenoptische Anwendungen simuliert. Basierend auf der Arbeit an einer existierenden Anlage am Paul-Scherrer-Institut, NARZISS, wurde außerdem eine Software entwickelt. Die Software dient der Auswertung der am Instrument gewonnenen Daten.:1. Einleitung 2. Neutronenoptik 2.1. Reflexion und Transmission 2.2. Reflexion an dünnen Schichten 2.3. Superspiegel 2.4. Polarisierende Spiegel 2.5. Monochromatoren 2.6. Detektoren 3. McStas 3.1. Überblick 3.2. Source 3.3. Mirror 3.4. Monitor 4. NARZISS am PSI 4.1. Aufbau 4.2. Justage und Versuchsdurchführung 4.3. Anwendungen am Beispiel eigener Messungen 4.3.1. Neutronensuperspiegel 4.3.2. Wafer 4.4. McStas-Modell NARZISS 5. Simulationen für ein Superspiegeltest-Instrument an der TU Dresden 5.1. Randbedingungen 5.2. Aufbau 5.3. Quelle 5.4. Simulationsergebnisse 5.4.1. Wellenlänge 5.4.2. Kollimation, Divergenz 5.4.3. Abschätzung Messzeit 5.5. Ergebnis und Verbesserungspotentiale 6. NOA - Ein Programm zur Auswertung von NARZISS-Messergebnissen 6.1. Zielstellung 6.2. Architektur 6.3. Berechnungen und Bearbeitungsablauf 6.3.1. Teil: Reflektivität 6.3.2. Teil: Polarisierung 6.4. Ergebnis 7. Zusammenfassung und Ergebnis sowie Ausblick / In the current project there was developed a first design-suggestion for a super-mirror-teststation at the nuclear training reactor Ausbildungskernreaktor 2 at the TU Dresden. It should be used to test the reflectivity of neutron super mirrors. The usability was tested with the software McStas. McStas is a Monte-Carlo ray-tracing simulation tool for neutron optical simulations. Based on the work at an existing reflectometry-station at the Paul-Scherrer-Institut, NARZISS, it was also part of the project to develop a software. The software enables the analysis of the NARZISS data.:1. Einleitung 2. Neutronenoptik 2.1. Reflexion und Transmission 2.2. Reflexion an dünnen Schichten 2.3. Superspiegel 2.4. Polarisierende Spiegel 2.5. Monochromatoren 2.6. Detektoren 3. McStas 3.1. Überblick 3.2. Source 3.3. Mirror 3.4. Monitor 4. NARZISS am PSI 4.1. Aufbau 4.2. Justage und Versuchsdurchführung 4.3. Anwendungen am Beispiel eigener Messungen 4.3.1. Neutronensuperspiegel 4.3.2. Wafer 4.4. McStas-Modell NARZISS 5. Simulationen für ein Superspiegeltest-Instrument an der TU Dresden 5.1. Randbedingungen 5.2. Aufbau 5.3. Quelle 5.4. Simulationsergebnisse 5.4.1. Wellenlänge 5.4.2. Kollimation, Divergenz 5.4.3. Abschätzung Messzeit 5.5. Ergebnis und Verbesserungspotentiale 6. NOA - Ein Programm zur Auswertung von NARZISS-Messergebnissen 6.1. Zielstellung 6.2. Architektur 6.3. Berechnungen und Bearbeitungsablauf 6.3.1. Teil: Reflektivität 6.3.2. Teil: Polarisierung 6.4. Ergebnis 7. Zusammenfassung und Ergebnis sowie Ausblick

Die vorliegende Arbeit beinhaltet drei Beiträge, die sich den Aufkommens- und Verteilungsfragen diskutierter Tarifreformvorschläge in den Jahren 2009-2013 widmen. Der erste Beitrag kommt zu dem Ergebnis, dass durch die Abschaffung des Mittelstandsbauchs weder das Phänomen der kalten Progression beseitigt werden kann noch untere Einkommensbezieher überdurchschnittlich entlastet werden können. Der zweite Beitrag zeigt, dass durch Einkommensteuersenkungen im Vergleich zur Senkung des Solidaritätszuschlags Geringverdiener sowie Steuerpflichtige mit Kindern überdurchschnittlich entlastet werden können. Der letzte Beitrag kommt zu dem Ergebnis, dass deutsche Ehepaare eine Erwerbs- und Verbrauchsgemeinschaft bilden und damit das Ehegattensplitting die sachgerechte Besteuerungsform von Ehepaaren ist. / This cumulative PhD-thesis consists of three papers. The first contribution comes to the conclusion that by flattening of the income tax rate neither the phenomenon of “cold progression” could be eliminated nor could lower earnings be relieved on average. The second paper shows that above average low earners are relieved by income tax reduction compared to the reduction of the solidarity surcharge. The last contribution comes to the conclusion that German marriage couples make a purchase and consumption Community and thus the splitting taxation is justified.

Die Schädigung des Organs durch Ischämie-Reperfusion (IR) im Rahmen der kadaverischen Organtransplantation hat bedeutenden Anteil an der Pathogenese verzögert einsetzender Organfunktion und Auswirkungen auf das Langzeitüberleben des Transplantats. In der vorliegenden Studie sollte der Einfluss unspezifischer Schädigung durch IR verglichen mit spezifischen Alloantigen-abhängigen Mechanismen während der Frühphase nach der Transplantation sowie die Auswirkungen prolongierter Aufbewahrung auf Schädigung und Immunogenität des Organs ermittelt werden. Nach vorausgegangener vierstündiger kalter Ischämiezeit wurden Organe aus syngen (Lew/Lew) und allogen (F344/Lew) transplantierten Ratten an 8 aufeinander folgenden Zeitpunkten innerhalb der ersten 10 Tage zu funktionellen, immunhistochemischen und morphologischen Veränderungen untersucht. In weiteren Gruppen wurden syngen transplantierte Organe 24 Stunden nach der Transplantation untersucht, die zuvor ansteigenden kalten Ischämiezeiten zwischen 2 und 48 Stunden ausgesetzt wurden. Im zeitlichen Verlauf zeigten sich bis 7 Tage nach der Transplantation keine wesentlichen Unterschiede zu Nierenfunktion, Morphologie, Zellinfiltration und Expression von Adhesionsmolekülen zwischen allogenen und isogenen Gruppen. Die zunächst eintretende Verschlechterung der Nierenfunktion war begleitet von einem Einstrom neutrophiler und monozytärer Zellen und morphologischen Veränderungen im Sinne von akuter Tubulusnekrose (ATN). Unter zunehmender Infiltration von Monozyten/Makrophagen kam es funktionell und morphologisch zur Regeneration. Neutrophile traten vornehmlich über Interaktion von ICAM-1/LFA-1 und Monozyten/Makrophagen über VCAM-1/VLA-4 aus dem Gefäßsystem aus. Gabe von Cyclosporin A führte zu signifikanter Reduktion ED-1-positiver Makrophagen nach 10 Tagen, ohne jedoch den Anteil des aktivierten Makrophagensubtyps ED-2 zu beeinflussen. Ansteigende kalte Aufbewahrung des Organs führte zu größerer vaskulärer Schädigung, die sich durch abnehmende Intensität und lückenhaftere Verteilung von PECAM-1 auf dem Endothel äußerte. Die Zunahme der Intensität von Tissue Factor auf Endothel und infiltrierenden Leukozyten deutete neben gesteigerter Thrombogenese auf alternative Adhäsionsmechanismen hin. Diese Ergebnisse zeigen, dass innerhalb der ersten 10 Tage nach der Transplantation wichtige Phasen der Gewebeschädigung und Regeneration ausgelöst durch die Schädigung nach IR und weitestgehend ohne Beteiligung Alloantigen-abhängiger Faktoren ablaufen. Eine bedeutende Rolle als Mediatoren während dieser Phasen kommt dabei den Monozyten/Makrophagen zu. / Organ damage due to long cold preservation is associated with delayed graft function and has important effects on graft survival. Aim of this study was to determine the impact of ischemia-reperfusion (IR) injury compared to antigen-specific mechanisms and the effect of prolonged cold ischemia on intragraft injury and antigenicity during the early phase post transplantation. Rat renal grafts were four-hours cold-preserved, transplanted to syngeneic (Lew/Lew) or allogeneic recipients (F344/Lew) and harvested at 8 different time points after transplantation for further investigation of functional, immunhistochemical and histologic changes. In five additional syngen groups organs were cold preserved from 2 hours to 48 hours and harvested after 24 hours post transplantation. No significant differences in renal function, morphologic changes, cellular infiltration and expression of adhesion molecules occurred between syngeneic and allogeneic groups within the first 7 days. Initial functional impairment was accompanied by the influx of neutrophils and monocytes/macrophages together with morphologic changes reflecting acute tubular necrosis (ATN). Increasing infiltration of monocytes/macrophages paralleled functional and morphologic regeneration. Extravasation of neutrophils was mediated mainly by interaction of ICAM-1/LFA-1 and infiltration of monocytes/macrophages by VCAM-1/VLA-4. Treatment with the standard dose of Cyclosporin A (CsA) lead to a significant decrease of ED1-positive macrophage infiltration 10 days post NTx but the portion of ED2-positive macrophage subtype was not affected. Prolonged cold organ preservation lead to more severe vascular damage indicated by decreased color intensity and continuity of PECAM-1 staining on endothelial cells. Higher staining intensity for Tissue Factor (TF) on endothelium and infiltrating leukocytes implicated enhanced intragraft procoagulant capacity and alternative adhesion mechanisms. These results show that within the first 10 days post transplantation phases of tissue injury and repair after ischemia-reperfusion are largely independent of the immunologic background and monocytes/macrophages play an important role as mediators during these processes.

In dieser Arbeit untersuchen wir kollektive Strahlungseffekte in Nanofaser-gekoppelten atomaren Ensembles, die sich über Tausende von optischen Wellenlängen erstrecken. Wir koppeln bis zu 1000 Atome optisch an die geführten Moden einer optischen Nanofaser, die langreichweitige Dipol-Dipol Wechselwirkungen zwischen den Atomen vermittelt. Wir realisieren eine unidirektionale Kopplung und damit ein kaskadiertes Quantensystem, in dem die Dynamik jedes Atoms ausschließlich durch die Dynamik der vorgelagerten Atome bestimmt wird. Wir regen die Atome mit nanofasergeführten optischen Pulsen kohärent an, was uns ermöglicht, den gesamten Parameterbereich von schwacher Anregung bis hin zur voll-ständigen Inversion zu erforschen. Wir stellen fest, dass die kohärente Vorwärtsstreuung, die für die Superradianz im Regime der schwachen Anregung verantwortlich ist, auch nahe voller Inversion eine wichtige Rolle für die Dynamik spielt. Wir beobachten superradiante Puls-Dynamik, die in unserem System trotz des makroskopischen Abstands zwischen den Atomen und einer asymmetrischen Kopplung auftritt. Wir stellen fest, dass die emittierte Spitzenleistung noch schneller mit der Anzahl der Atome skaliert als im Fall der idealen Dicke Superradianz, was auf eine kollektiv erhöhte Sammeleffizienz der nanofasergeführten Mode zurückzuführen ist. Die Analyse der Kohärenz-Eigenschaften des superradianten Pulses erlaubt es uns, zwei Regime der Puls-Dynamik zu identifizieren. Wir entwickeln ein kaskadiertes Wechselwirkungsmodell und zeigen, dass es die kollektive Dynamik unseres Systems über den gesamten in dieser Arbeit untersuchten Parameterbereich akkurat beschreibt. Schließlich untersuchen wir die getriebene Dynamik eines Nanofaser-gekoppelten Ensembles von Drei-Niveau-Atomen. Wir treiben Zwei-Photonen-Rabi-Oszillationen zwischen den beiden Grundzuständen eines $\Lambda$-Systems und beobachten die damit verbundene oszillatorische Raman-Verstärkung und -Absorption. / In this thesis, we study collective radiative effects in nanofiber-coupled atomic ensembles that extend over thousands of optical wavelengths. We optically couple up to 1000 atoms to the guided modes of an optical nanofiber, which mediates long-range dipole-dipole interactions between the atoms. We engineer the coupling to be unidirectional, realizing a cascaded quantum system in which the dynamics of each atom is solely determined by the dynamics of upstream atoms. We coherently excite the atoms using nanofiber-guided optical pulses, allowing us to explore the entire parameter regime from weak excitation to full inversion. We find that coherent forward scattering, which is responsible for superradiance in the weak excitation regime, plays an important role for the dynamics even close to full inversion. We observe superradiant burst dynamics, which occurs in our system despite the macroscopic separation between the atoms and an asymmetric coupling. We find that the peak-emitted power scales even faster with the number of atoms than in the case of ideal Dicke superradiance due to a collectively enhanced channeling efficiency into the nanofiber-guided mode. By analyzing the coherence properties of the superradiant burst, we directly identify two regimes of burst dynamics. In the second regime, there is no initial coherence, and the superradiant burst is seeded by vacuum fluctuations. We introduce a cascaded interaction model and find that it accurately describes the collective dynamics of our system over the entire parameter regime explored in this thesis. Finally, we study the driven dynamics of a nanofiber-coupled ensemble of three-level atoms. We drive two-photon Rabi oscillations between the two ground states of a $\Lambda$ system and observe the associated oscillatory Raman gain and absorption.