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Lasereinsatz für direkte Hochspannungs-Messung – Entwicklung eines Quantennormals: Physiker der TU Darmstadt stellen neues Verfahren vor

Posted: 05 Mar 2018 06:05 AM PST

Einem Physiker-Team der Universität Darmstadt ist es in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) und der Universität Mainz gelungen, die Genauigkeit von laserbasierten Hochspannungsmessungen um das Zwanzigfache zu steigern. Die jetzt in der Zeitschrift „Metrologia“ veröffentlichten Ergebnisse weisen den Weg in Richtung der Rückführung hoher Spannungen auf einen Quantenstandard.

Elektrische Spannungen im Bereich bis etwa 10 Volt können direkt bestimmt werden, indem man sie mit Referenzspannungen vergleicht, die auf dem Josephson Standard basieren. Für die Messung hoher Spannungen werden Hochspannungsteiler angewendet, die aufwendig in mehreren Stufen kalibriert werden müssen. Sie transformieren die Hochspannung auf Spannungen unter 10 Volt herunter. Die weltweit kleinste derzeit zu erreichende relative Unsicherheit liegt bei diesem Verfahren bei etwa 1 ppm (parts per million), was bei einer Spannung von 20.000 Volt einer Unsicherheit von 20 Millivolt entspricht.

Die jetzt in „Metrologia“ vorgestellte Technik beruht darauf, dass Ionen mit der zu messenden Spannung beschleunigt werden und die dadurch hervorgerufene Geschwindigkeitsänderung gemessen wird. Dazu wird der Dopplereffekt ähnlich wie bei einer Radarfalle eingesetzt: Bewegt sich das Ion auf einen Lichtstrahl zu, tritt eine Blauverschiebung in der Farbe des Lichtes auf. Umgekehrt wird die Wellenlänge eines Lichtstrahls, der dem Ion nacheilt, in den roten Bereich des Spektrums verschoben. Um diesen Effekt auszunutzen, wird ein Ionenstrahl möglichst exakt auf einer Linie (kollinear) mit zwei Laserstrahlen überlagert. Einen der beiden Laser stellt man so ein, dass seine Wellenlänge (Farbe) an die Geschwindigkeit der Ionen vor der Beschleunigung angepasst ist, während der zweite Laser so eingerichtet wird, dass er mit den Ionen nach der Beschleunigung interagiert. Aus der Differenz der beiden Laserfrequenzen lässt sich die Geschwindigkeitsänderung berechnen und so die angelegte Beschleunigungsspannung ermitteln. Das reizvolle an dieser Technik ist, dass in die Berechnung der Beschleunigungsspannung neben der gemessenen Laserfrequenz nur unveränderliche Naturkonstanten eingehen: die Lichtgeschwindigkeit, die Masse und Ladung des Ions und die Frequenz der verwendeten Spektrallinie, wenn sich das Ion in Ruhe befindet. Bei der Rückführung einer Messgröße – wie hier die Hochspannung – auf die Konstanten eines Quantensystems (Ionenmasse, -ladung und Spektrallinie) spricht man von einem „Quantennormal“.

Erste Experimente zur Realisierung eines solchen Quantennormals mit kollinearer Laserspektroskopie an elektrostatisch beschleunigten Ionen in den 1980er Jahren und um die Jahrtausendwende konnten mit einer Präzision von etwa 100 ppm nicht an die Genauigkeit konventioneller Hochspannungsmessungen heranreichen. Wissenschaftlern der Technischen Universität Darmstadt ist es nun gelungen, eine relative Genauigkeit von 5 ppm zu erreichen. Zur Demonstration der Genauigkeit stellte die PTB Hochpräzisionsspannungsteiler für Vergleichsmessungen zur Verfügung. Möglich wurde der entscheidende Fortschritt gegenüber den vorangegangenen Experimenten durch die Verwendung eines optischen Frequenzkamms zur präzisen Messung der Laserfrequenzen und eine Messmethode mit zweifacher Laseranregung und differentieller Spannungsmessung, die es erlaubt, systematische Fehlerquellen zu eliminieren. Weiterhin wurde durch ein eigens entwickeltes Optimierungsverfahren sichergestellt, dass Ionen- und Laserstrahl möglichst genau auf einer Linie überlagert sind.

Konkret wurden Calcium-Ionen zunächst auf eine Transportenergie vorbeschleunigt, um dann mit einem Laser mit fester Frequenz markiert zu werden. Das bedeutet, dass nur Ionen einer ausgewählten Geschwindigkeit von dem Laser angeregt und in einen metastabilen Zustand überführt wurden. Darauf folgten die Beschleunigung mit der zu messenden Hochspannung und der Eintritt in eine weitere Wechselwirkungszone. Dort wurden die zuvor markierten Ionen dann von einem zweiten Laser so angeregt, dass sie beim anschließenden Zerfall in den Grundzustand ein Photon emittierten, welches dann detektiert werden konnte. Aus den genau bekannten Übergangsfrequenzen für ruhende Ionen, der beobachteten Resonanzfrequenzen der sich im Strahl bewegenden Ionen und der Formel für den optischen Dopplereffekt konnten die Wissenschaftler dann die zur Beschleunigung angelegte Hochspannung berechnen.

„Um die Genauigkeit unseres Verfahrens weiter zu steigern, bauen wir derzeit unser Experiment um, so dass wir in Zukunft Indiumionen für die Spektroskopie verwenden können“, erläutert der Erstautor der Studie, Dr. Jörg Krämer. Die hierzu vorgesehene Flüssigmetallionenquelle soll hervorragende Strahleigenschaften bieten und der verwendete optische Übergang weist eine sehr geringe spektrale Linienbreite auf. „Diese Kombination wird uns eine weitere Steigerung der Genauigkeit erlauben“, ergänzt Kristian König, der als Doktorand an dem Projekt beteiligt war. Er hofft, die theoretisch zu erwartende Genauigkeit im sub-ppm Bereich bald auch nachweisbar erreichen zu können.

Die Messung von Hochspannungen mit einer solchen Präzision ist vor allen Dingen bei Grundlagenexperimenten erforderlich. Dazu zählt das KATRIN-Experiment am KIT in Karlsruhe, mit dem Wissenschaftler die bislang nicht bekannte Masse der Neutrinos bestimmen möchten. Aber auch für die künftige Hochspannungs-Gleichstrom-Ener gieübertragung werden präzise Messungen von Hochspannungen wichtig sein. Die neue Technik könnte zum Beispiel auch genutzt werden, um große Hochspannungsteiler für solche Anlagen präziser zu kalibrieren.

Weitere Informationen
Die in „Metrologia“ erschienenen Ergebnisse basieren auf einer Zusammenarbeit des Instituts für Kernphysik an der Technischen Universität Darmstadt mit der Universität Mainz und der PTB Braunschweig.

Die Veröffentlichung
„High voltage measurements on the 5 ppm relative uncertainty level with collinear laser spectroscopy“, https://doi.org/10.1088/1681-7575/aaabe0

Quelle: TU Darmstadt

Zusatzfahrten zu den Lilien am Samstag

Posted: 05 Mar 2018 06:02 AM PST

Zum Heimspiel des SV Darmstadt 98 am Samstag (10.03.12) gegen den FC Ingolstadt setzt die HEAG mobilo zusätzliche Straßenbahnen und Busse ein. Ab ca. 10.30 Uhr verkehren die Straßenbahnen zwischen Berliner Allee und Böllenfalltor alle 7,5 Minuten. Für Fans, die von Griesheim, Eberstadt oder Arheilgen aus anreisen, bietet die HEAG mobilo insgesamt fünf Sonderzüge zum Böllenfalltor. Von der Haltestelle „Platz Bar-le-Duc“ in Griesheim fährt die Bahn um 11.07 Uhr und 11.37 Uhr Richtung Stadion. Aus Arheilgen fährt um 11.32 Uhr eine Bahn zum Böllenfalltor. Abfahrt der Zusatzbahnen an der Haltestelle Frankenstein ist um 11.13 Uhr und um 11.42 Uhr. Die zusätzlichen Bahnen bedienen alle Haltestellen auf der Strecke. Auf der Linie O fahren vor dem Spiel zusätzliche Busse zur Haltestelle „Böllenfalltor“: Um 11 Uhr ab der Haltestelle „Ernsthofen Schule“ und um 11.30 Uhr ab der Haltestelle „Ober-Ramstadt Rondell“. Auf der Linie NE gibt es ab der Haltestelle „Nieder-Ramstadt Im Hag“ zur Haltestelle „Böllenfalltor“ zwei zusätzliche Fahrten um 11.20 Uhr und 12.10 Uhr. Die Linie R fährt zusätzlich um 11 Uhr und um 12 Uhr vom Hauptbahnhof zur Haltestelle „Böllenfalltor“. Aus Groß-Umstadt f ährt ein zusätzlicher Bus der Linie 671 nach Darmstadt Hauptbahnhof. Abfahrt an der Haltestelle „Pfälzer Schloß“ ist um 11.28 Uhr. Auch auf der Linie 672 gibt es Zusatzfahrten: Um 9.43 Uhr vom Dieburger Bahnhof und um 11.01 Uhr und 12.01 Uhr ab der Haltestelle „Groß-Zimmern Frankfurter Straße“ zum Darmstädter Hauptbahnhof. Die Busse halten an allen Haltestellen entlang der Strecke.

Fahrradmitnahme eingeschränkt
Aufgrund der vielen Fahrgäste vor und nach dem Spiel dürfen in den Bussen und Bahnen des HEAG Verkehrskonzerns drei Stunden vor Spielbeginn – am Samstag also ab 10 Uhr – und zwei Stunden nach Spielende – in diesem Fall bis 16.45 Uhr – keine Fahrräder mitgenommen werden. Dies gilt vor dem Spiel auf den Fahrten Richtung Darmstadt Innenstadt und Stadion sowie nach dem Spiel auf den Fahrten vom Stadion Richtung Innenstadt sowie in die Stadtteile und den Landkreis.

Bei allen übrigen Fahrten sind Fahrräder weiterhin in gewohntem Umfang erlaubt. In Bussen und Straßenbahnbeiwagen sind es jeweils maximal zwei Räder, in Straßenbahntriebwagen können bis zu vier Fahrräder mitgenommen werden. Kinderwagen und Rollstühle haben jedoch Vorrang.

Wegen der Baustelle in der Nieder-Ramstädter Straße in Höhe der Heinrichstraße müssen Autofahrer mit Behinderungen rechnen. Auf den Linien K und 9 kann es vor Spielbeginn zu Verzögerungen kommen.

Auch nach Spielende setzt die HEAG mobilo zusätzliche Bahnen ein. Sie bringen die Fans als Linie 2 in die Innenstadt und zum Hauptbahnhof. Auf den Linien NE und O finden in unregelmäßigen Abständen nach Bedarf Zusatzfahrten statt. Die Linie 671 fährt um 15.42 Uhr ab Darmstadt Hauptbahnhof zurück nach Groß-Umstadt. Die Linie 672 fährt um 15.41 Uhr vom Darmstädter Hauptbahnhof zurück nach Groß-Zimmern und um 16.41 Uhr zum Dieburger Bahnhof. Die Eintrittskarte ins Stadion gilt auch als Fahrkarte. Ab ca. 14.30 Uhr wird die Nieder-Ramstädter Straße aus Sicherheitsgründen für ca. ein bis zwei Stunden für Autofahrer gesperrt.

Quelle: HEAG mobilo GmbH

Wissenschaftsstadt Darmstadt eröffnet neue Stadtwache in der Wilhelminenstraße

Posted: 05 Mar 2018 05:59 AM PST

Oberbürgermeister Jochen Partsch und Ordnungsdezernent Rafael Reißer haben am Montag (05.03.18) im Beisein von Innenminister Peter Beuth die neue Stadtwache in der Darmstädter Wilhelminenstraße 5a eröffnet. Ab sofort dient die Wache als zusätzliches Serviceangebot für die Bürgerinnen und Bürger und soll zur Erhöhung der öffentlichen Sicherheit in der Innenstadt beitragen. Zur Besetzung der Wache wurden eigens vier neue Vollzeitstellen bei der Kommunalpolizei im Hinblick auf den zusätzlichen Aufgabenumfang geschaffen. Die Einrichtung der Wache geht zurück auf den Grün-Schwarzen Koalitionsvertrag, in dem die Fraktionen für die Legislaturperiode 2016 bis 2021 die Einrichtung einer Stadtwache vereinbart hatten.

Oberbürgermeister Jochen Partsch dazu: „Mit der neuen Stadtwache schaffen wir mitten in der Innenstadt eine weitere Anlaufstelle für die Bürgerinnen und Bürger, die der Aufrechterhaltung der öffentlichen Sicherheit in unserer Stadt dient. Die nach mehrmonatiger Planung nun erfolgte Einrichtung der Wache ist eine sinnvolle und notwendige Weiterentwicklung unserer Sicherheitspolitik. Der Standort in der Wilhelminenstraße ist dabei aus mehreren Gründen gut gewählt: Zum einen liegt er für die Bürgerinnen und Bürger jederzeit gut erreichbar in der Fußgängerzone, zum anderen kann die Kommunalpolizei bei Beschwerden und Hinweisen nun noch schneller und gezielter reagieren. Die Stadtwache wird zu einem stärkeren Sicherheitsgefühl der Bürgerinnen und Bürger beitragen und den Rückgang krimineller Handlungen in der Innenstadt fördern. Und unsere Kommunalpolizei zeigt erneut, und vor Ort sichtbar, dass sie eine bürgernahe Polizei ist.“

Bürgermeister und Ordnungsdezernent Rafael Reißer: „Insbesondere auf dem Luisenplatz, der Georg-Büchner-Anlage, dem Friedensplatz und dem Marktplatz bestehen mehrere neuralgische Punkte, an denen es regelmäßig zu Ordnungswidrigkeiten und auch Straftaten durch bestimmte Personengruppen kommt. Die polizeiliche Kriminalitätsstatistik bestätigt dies. Ziel der Einrichtung der Stadtwache ist es daher, das objektive und subjektive Sicherheitsgefühl der Darmstädter Bevölkerung und von Besucherinnen und Besuchern der Stadt zu erhöhen. Dies ist auch als neues Serviceangebot zu verstehen. Die Kommunalpolizei wird ab sofort greifbarer Ansprechpartner an einem qualitativ und logistisch geeigneten Standort in der Innenstadt sein. Bürgerinnen und Bürger sowie Besucherinnen und Besucher können ihre Anliegen unmittelbar vorbringen und ordnungsrechtliche Fragen bei niedrigschwelligem Zugang klären.“

Der Hessische Innenminister Peter Beuth sagte zur Eröffnung: „Mit der Stadtwache der Kommunalpolizei in der Nähe des Luisenplatzes steht den Darmstädtern neben dem 1. Polizeirevier in der Bismarckstraße eine weitere Anlaufstelle in der Innenstadt zur Verfügung. Diese verstärkte Präsenz wird sich sicherlich auch positiv auf das Sicherheitsgefühl der Bürgerinnen und Bürger auswirken. Bereits heute gehen die Landespolizei und die Kommunalpolizei eng abgestimmt und partnerschaftlich vor, wenn es beispielsweise darum geht, beim Schlossgrabenfest oder dem Heinerfest gemeinsam Präsenz zu zeigen. Ebenso unterstützt man sich gegenseitig etwa bei Demonstrationslagen oder bei Verkehrsbehinderungen. Diese hervorragende Kooperation der Polizeidirektion Darmstadt-Dieburg mit der Kommunalpolizei wird durch die örtliche Schwerpunktsetzung und die personelle Verstärkung am Luisenplatz sicherlich noch weiter verbessert.“

Das Angebot der neuen Stadtwache für die Bürgerinnen und Bürger umfasst ab sofort die Entgegennahme von Anzeigen und die Entgegennahme und kurzfristige Weitergabe von Beschwerden und Hinweisen auch zu Schäden und Mängeln im Straßenbild an die zuständigen Stellen. Die Kommunalpolizei wird außerdem die Begleitung bei besonderen Veranstaltungen in der Innenstadt wie etwa Heimspielen des SV Darmstadt 98 übernehmen. Hinzu kommen regelmäßige Fußstreifen an den neuralgischen Punkten sowie in der gesamten Innenstadt mit Ausgangspunkt von der Stadtwache und im Rahmen dessen, ein konsequentes und der Situation angemessenes Einschreiten bei Ordnungswidrigkeiten, insbesondere bei Verstößen gegen die Präventionskonvention.

Die neue Stadtwache wird ab sofort von Montag bis Freitag von 10 bis 20 Uhr und Samstag von 10 bis 18 Uhr geöffnet sein.

Quelle: Pressestelle der Wissenschaftsstadt Darmstadt

Internationaler Frauentag 2018

Posted: 05 Mar 2018 05:57 AM PST

Das Frauenbüro der Wissenschaftsstadt Darmstadt lädt zum Internationalen Frauentag am 8. März 2018 ab 16 Uhr zu einer Veranstaltung in das Frauenzentrum in der Emilstraße ein. Dabei wird der im Dezember 2017 von der Stadtverordnetenversammlung beschlossene Erste Darmstädter Gleichstellungsaktionsplan in gedruckter Form der Öffentlichkeit übergeben und über die ersten Schritte zur Umsetzung informiert. Außerdem soll das frauenpolitische Jahr 2018 vorgestellt werden. Schwerpunkte der Veranstaltung sind die politische Partizipation von Migrantinnen und der 100. Jahrestag der Einführung des Frauenwahlrechts, ein Jubiläum, das im kommenden November ansteht. Musikalisch begleitet wird die Veranstaltung durch ‚Heimat durch Musik‘, einem Empowerment-Projekt für geflüchtete Frauen.

Der Internationale Frauentag, Weltfrauentag, Frauenkampftag, Internationaler Frauenkampftag oder Frauentag ist ein Welttag, der am 8. März begangen wird. Er entstand als Initiative sozialistischer Organisationen in der Zeit um den Ersten Weltkrieg im Kampf um die Gleichberechtigung, das Wahlrecht für Frauen und die Emanzipation von Arbeiterinnen. Die Vereinten Nationen erkoren ihn später als Tag der Vereinten Nationen für die Rechte der Frau und den Weltfrieden aus.

Quelle: Pressestelle der Wissenschaftsstadt Darmstadt