We present an efficient method to compute the electrostatic fields, torques and forces in dipolar systems, which is based on the fast Fourier transform for nonequispaced data (NFFT). We consider 3d-periodic, 2d-periodic, 1d-periodic as well as 0d-periodic (open) boundary conditions. The method is based on the corresponding Ewald formulas, which immediately lead to an efficient algorithm only in the 3d-periodic case. In the other cases we apply the NFFT based fast summation in order to approximate the contributions of the nonperiodic dimensions in Fourier space. This is done by regularizing or periodizing the involved functions, which depend on the distances of the particles regarding the nonperiodic dimensions. The final algorithm enables a unified treatment of all types of periodic boundary conditions, for which only the precomputation step has to be adjusted.

Diese Arbeit untersucht die Hypothese inwieweit EU/ESVP und NATO sich in einem Konkurrenzkampf befinden.<br> Dabei werden mehrere Dimensionen beleuchtet. Der zeitliche Aspekt, der organisatorische, der ideengeschichtliche und die spezielle Situation im Politikfeld Sicherheits- und Verteidigungspolitik.<br> Auf Grundlage dieser Parameter wird eine Einschätzung bezüglich der aufgestellten These für die Gegenwart vorgenommen, sowie eine Strategieempfehlung für die nähere Zukunft gemacht. / This work analysis the actual competition between EU/ESDP and NATO. It considers several dimensions. The temporary, the organisational and the historical aspects, as well as the specific circumstances in the defence and security policies. Based on these parameters the author makes a conclusion concerning the current situation, as well as strategic recommendation for the future.

An der Neutronen-Flugzeit-Anlage nELBE des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf sollen Reaktionsquerschnitte mit Relevanz für die nukleare Transmutation bestimmt werden. Die Transmutation hochradioaktiver Abfälle aus abgebrannten Brennelementen thermischer Kernreaktoren in schnellen Neutronenspektren hat das Potential die langlebige Radiotoxizität der Abfälle deutlich zu reduzieren. Zum grundlegenden Verständnis der Physik der Transmutation müssen sowohl Spalt- und Neutroneneinfang-Wahrscheinlichkeiten von Brennelementbestandteilen als auch inelastische Streuquerschnitte an Konstruktionsmaterialien im schnellen Neutronenspektrum mit möglichst kleinen Unsicherheiten bekannt sein. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Messung des inelastischen Neutronen-Streuquerschnittes mit Hilfe einer neu entwickelten Doppel-Flugzeit-Methode. Mit einem kombinierten Aufbau aus Plastik- und BaF2-Szintillationsdetektoren werden die beim Streuprozess emittierten Neutronen und Photonen in Koinzidenz erstmalig nachgewiesen und dadurch der bei der Streuung angeregte Zustand des Zielkerns identifiziert. An nELBE wird weltweit einzigartig der Elektronenstrahl eines supraleitenden Linearbeschleunigers, des ELBE-Beschleunigers, zur Erzeugung schneller Neutronen benutzt. Dieser wird auf einen Kreislauf flüssigen Bleis fokussiert, in dem die Elektronen Bremsstrahlung erzeugen, die wiederum Neutronen aus Bleikernen herauslöst. Durch die kurze Zeitdauer der Elektronenstrahlimpulse von ca. 5 ps kann mit einem kompakten Neutronenquellvolumen auch mit einer kurzen Flugstrecke eine gute Zeitauflösung erzielt werden. Das emittierte Neutronenspektrum hat eine einem Maxwell-Boltzmann-Spektrum ähnliche Verteilung und reicht von etwa 10 keV bis etwa 10 MeV. Bei einem verwendbaren Elektronenstrom von 15 μA beträgt die Quell-Stärke etwa 1,6 · 10^11 n/s. Die Neutronen werden kollimiert und auf eine Probe natürlichen Eisens geschossen, die bei einer Flugstrecke von etwa 6 m positioniert war. Die Probenposition ist von einem Array von bis zu 42 BaF2-Szintillationsdetektoren zur Photonendetektion umgeben. In einem Abstand von 1 m sind fünf 1 m lange Plastik-Szintillationsdetektoren zum Neutronennachweis aufgebaut. Zur Bestimmung des einfallenden Neutronenflusses wurde eine 235U-Spaltkammer verwendet, die bei einer Flugstrecke von etwa 4,3 m zwischen Neutronenquelle und Probe aufgestellt war. Die Signale aller Detektoren werden von einer speziell dafür entworfenen VME basierten Datenaufnahmeelektronik verarbeitet und die Zeit- und Ladungs-Werte bestimmt. Aus dem Detektionszeitpunkt des Photons wird die Flugzeit und damit die Energie des einfallenden Neutrons bestimmt. Aus der Zeitdifferenz zwischen der Photonen- und Neutronendetektion ergibt sich die Flugzeit bzw. Energie des gestreuten Neutrons. Mit Hilfe von Kinematik-Rechnungen können die Ereignisse herausgefiltert werden, die der inelastischen Streuung unter Anregung eines bestimmten Kernniveaus eines bestimmten Isotops entsprechen. Aus dem Verhältnis von eingefallenem Neutronenstrom und nachgewiesenen Streuereignissen jeder Kombination aus einem Plastik- und einem BaF2-Szintillationsdetektor wurde entsprechend der Raumwinkelabdeckung der Detektoren der winkel- und energiedifferentielle inelastische Streuquerschnitt bestimmt.

In this study a series of novel Fe-based materials derived from a bulk metallic glass-forming composition was investigated to improve the ductility of this high-strength glassy alloy. The interplay between the factors chemistry, structure and resulting mechanical properties was analyzed in detail. It has been recognized that subtle modifications of the chemical composition (carbon addition) lead to appreciable changes in the phase formation, which occurs upon solidification (from a single-phase structure to composite materials). As a consequence, significant differences in the mechanical response of the particular samples have been observed. The materials developed here were fabricated by centrifugal casting. To explore the structure features of the as-cast cylinders, manifold experimental techniques (X-ray diffraction, optical, as well as electron microscopy) were employed. The occurrence of the numerous reflections on the X-ray diffraction patterns has confirmed the crystalline nature of the studied Fe-based alloy systems. The subsequent extensive research on their deformation behavior (Vickers hardness and room temperature compression tests) has revealed that, although the glass-forming ability of the investigated compositions is not high enough to obtain a glassy phase as a product of casting, excellent mechanical characteristics (high strength - comparable to that of the reference bulk metallic glass (BMG) - associated with good ductility) were achieved for the “composite-like” alloys. In contrast, the single phase cylinders, subjected to compressive loading, manifested an amazing capacity for plastic deformation – no failure occurred. The fracture motives developed during deformation of the “composite-structured” samples were studied by scanning electron microscopy. The main emphasis has been put on understanding the mechanisms of crack propagation. Owing to the structural complexity of the deformed samples, it was crucial to elucidate the properties of the individual compounds. Based on the obtained results it was concluded that the coexistence of a soft f.c.c. γ-Fe phase in combination with a hard complex matrix is responsible for the outstanding mechanical response of the tested composites. While the soft particles of an austenite contribute to the ductility (they hinder the crack propagation and hence, cause unequivocal strain-hardening), the hard constituents of the matrix phase yield the strength.

In this paper we study the error behavior of the well known fast Fourier transform for nonequispaced data (NFFT) with respect to the L2-norm. We compare the arising errors for different window functions and show that the accuracy of the algorithm can be significantly improved by modifying the shape of the window function. Based on the considered error estimates for different window functions we are able to state an easy and efficient method to tune the involved parameters automatically. The numerical examples show that the optimal parameters depend on the given Fourier coefficients, which are assumed not to be of a random structure or roughly of the same magnitude but rather subject to a certain decrease.

We describe an implementation of a multi-threaded NFFT (nonequispaced fast Fourier transform) software library and present the used parallelization approaches. Besides the NFFT kernel, the NFFT on the two-sphere and the fast summation based on NFFT are also parallelized. Thereby, the parallelization is based on OpenMP and the multi-threaded FFTW library. Furthermore, benchmarks for various cases are performed. The results show that an efficiency higher than 0.50 and up to 0.79 can still be achieved at 12 threads.

The book summarises the results of the DFG-funded coordinated priority programme \"Fast Algorithms for Material Specific Process Chain Design and Analysis in Metal Forming\". In the first part it includes articles which provide a general introduction and overview on the field of process modeling in metal forming. The second part collates the reports from all projects included in the priority programme.

Laser-initiierte Freie Elektronen Laser (FEL) und Energy Recovery Linearbeschleuniger (ERL) erfordern höchste Stabilität der beschleunigten Elektronenpakete. Die zeitliche Streuung der Elektronenpakete und die mittlere Energieabweichung in den Undulatoren sollten in der Grössenordnung von Femtosekunden bzw. im Promille Bereich liegen. Das erfordert eine Regelung der Hochfrequenz (HF) Beschleunigungsfelder in den supraleitenden Hohlraumresonatoren bis zu 0.02° Phasen- und 1e-4 Amplitudengenauigkeit. Die TESLA Resonatoren des 2.3 GeV Linearbeschleunigers des geplanten BESSY-FEL sollen im Dauerstrichbetrieb bei geringer Strahllast betrieben werden. Die HF Resonanzbreite ist folglich sehr schmalbandig und liegt im Bereich von 10 Hertz. Um die erreichbare Feldstabilität zu erfassen, wurden die Resonatoren einem umfangreichen Messprogramm in der HoBiCaT Testanlage unterzogen. Eine Charakterisierung der vollständigen Resonatoreinheit hinsichtlich der mechanischen Verstimmung durch Mikrophonie, statische -und dynamische Lorentzkraftverstimmung, ihrer mechanischen Eigenschaften und HF-System Rauschen erbrachte wichtige Daten, um die zu erwartende Feld -und somit Strahlstabilität im Linac zu simulieren. Die gemessene Mikrophonie betrug 1-5 Hz rms, ist somit eine dominante Fehlergröße und wirkt sich limitierend auf die Strahlstabilität im Linac aus. Um sie zu minimieren, wurden aktive Dämpfungsmethoden entwickelt. Dazu wurden unterschiedliche mechanische Abstimmungssysteme mit integrierten Piezoelementen getestet. Ein adaptiver, vorauskompensierender Regelungsalgorithmus wurde entwickelt, welcher die gemessene Transferfunktion der Abstimmvorrichtung beinhaltet. Damit wurde eine Kompensierung der Mikrophonie um einem Faktor von zwei bis sieben erreicht. Die Einbeziehung dieser Regelung in die Linacsimulationen zeigte, dass diese einen wichtigen Beitrag zur Erreichbarkeit der benötigten Strahlstabilität für zukünftige FELs und ERLs darstellt. / In seeded High-Gain-Harmonic-Generation free electron lasers or energy recovery linear accelerators the requirements for the bunch-to-bunch timing and energy jitter of the beam are in the femtosecond and per mill regime. This implies the ability to control the cavity radio-frequency (RF) field to an accuracy of 0.02° in phase and up to 1e-4 in amplitude. For the planned BESSY-FEL it is envisaged to operate 144 superconducting 1.3 GHz cavities of the 2.3 GeV driver linac in continuous wave mode and at a low beam current. The cavity resonance comprises a very narrow bandwidth of the order of tens of Hertz. Such cavities have been characterized under accelerator like conditions in the HoBiCaT test facility. It was possible to measure the error sources affecting the field stability in continuous wave (CW) operation. Microphonics, the main error source for a mechanical detuning of the cavities, lead to an average fluctuation of the cavity resonance of 1-5 Hz rms. Furthermore, the static and dynamic Lorentz force detuning and the helium pressure dependance of the cavity resonance have been measured. Single cavity RF control and linac bunch-to-bunch longitudinal phase space modeling containing the measured properties showed, that it is advisable to find means to minimize the microphonics detuning by mechanical tuning. Thus, several fast tuning systems have been tested for CW operation. These tuners consist of a motor driven lever for slow and coarse tuning and a piezo that is integrated into the tuner support for fast and fine tuning. Regarding the analysis of the detuning spectrum an adaptive feedforward method based on the least-mean-square filter algorithm has been developed for fast cavity tuning. A detuning compensation between a factor of two and up to a factor of seven has been achieved. Modeling the complete system including the fast tuning scheme, showed that the requirements of the BESSY-FEL are attainable.

We present a MPI based software library for computing the fast Fourier transforms on massively parallel, distributed memory architectures. Similar to established transpose FFT algorithms, we propose a parallel FFT framework that is based on a combination of local FFTs, local data permutations and global data transpositions. This framework can be generalized to arbitrary multi-dimensional data and process meshes. All performance relevant building blocks can be implemented with the help of the FFTW software library. Therefore, our library offers great flexibility and portable performance. Likewise FFTW, we are able to compute FFTs of complex data, real data and even- or odd-symmetric real data. All the transforms can be performed completely in place. Furthermore, we propose an algorithm to calculate pruned FFTs more efficiently on distributed memory architectures. For example, we provide performance measurements of FFTs of size 512^3 and 1024^3 up to 262144 cores on a BlueGene/P architecture.

In der Arbeit werden einfache Möglichkeiten zur experimentellen Simulation der Schnellerstarrung von Stählen durch Tauchen eines Kupferstabes in ein Stahlbad aufgezeigt. Zum Verständnis des Erstarrungsvorganges beim Tauchen wurde ein mathematisches Modell erstellt. Im Vergleich der Modellergebnisse mit den Messergebnissen wurde eine gute Übereinstimung gefunden. Mit Hilfe des Modells wurden die Erstarrungsparameter der gesamten lokalen Erstarrungszeit, der lokalen Erstarrungsgeschwindigkeit, der lokalen Abkühlgeschwindigkeit und der gesamten lokalen Erstarrungswärmestromdichte bestimmt. Durch mikroskopische Untersuchungen der Stahlerstarrungsschichten wurde die Abhängigkeit des Sekundärdendriten-Armabstandes und der Größe der nichtmetallischen Einschlüsse von den oben genannten Erstarrungsparametern gefunden. Das mathematische Modell wurde von einem rein „thermischen“ in ein „thermisch-strukturelles“ erweitert. Dazu wurden die über die metallographischen Untersuchungen erhaltenen Abhängigkeiten benutzt. Mit Hilfe der ermittelten Großen können technische Erstarrungsvorgänge der kontinuierliche, konventionellen und endmaßnahen Gießverfahren für Stähle beschrieben werden.