Forschungsberichte ohne Pflichtabgabe (DFG, IGF…)

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    Ermittlung von Grundlagen zur Produktion von nachhaltigen Kalksandsteinen mit minimierter CO2-Last
    (Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2025-06) Eden, Wolfgang; Istanbuly, Zakaria; Laabs, Marcel; Middendorf, Bernhard; Kuhnt, Kuhnt
    Die Themen Klimaschutz und European Green Deal haben einen dominierenden Einfluss auf die technologische, wirtschaftliche und gesellschaftliche Entwicklung der nächsten Jahrzehnte. Für das Ziel Klimaneutralität muss sich auch die Kalksandsteinindustrie erheblich anpassen, damit von 2045 an durch die KS-Produktion nahezu keine Treibhausgase mehr in die Atmosphäre gelangen. Der Einsatz umweltfreundlicher, ressourceneffizienter und innovativer Technologien und auch die Wiederverwertbarkeit der Produkte müssen weiter ausgebaut und vorangetrieben werden. Die wei-tere Digitalisierung und Automatisierung der Prozessketten sowie der verstärkte Einsatz erneuer-barer, also „grüner“ Energie sowie neuer Energieträger sind hier wichtige Schlagworte zu den an-stehenden Veränderungen innerhalb eines sehr ambitionierten Innovationsprogramms. Kalksandsteine werden aus den Grundstoffen Kalk, Sand und Wasser hergestellt, mechanisch ver-dichtet und hydrothermal gehärtet. Bis heute wird als Bindemittel zur Kalksandsteinherstellung fast ausschließlich Branntkalk eingesetzt. Ca. 80 % der CO2-Emissionen sind durch den Einsatz von Branntkalk bedingt. Die verbleibenden ca. 20 % der CO2-Emissionen sind dem Kalksandsteinwerk direkt zuzuordnen (Einsatz von Erdgas, Heizöl, elektrischer Strom, Diesel etc.). Um langfristig kli-maneutral zu werden, ist die Kalkindustrie bestrebt, ihre CO2-Emissionen massiv zu senken. In diesem Forschungsvorhaben wurde untersucht, ob und wie sich der CO2-Fußabdruck des Bau-stoffs Kalksandstein vermindern lässt, wenn die Branntkalkdosis schrittweise reduziert wird. Zu-sätzlich wurde mittels statistischer Versuchsplanung eine Variation verschiedener Herstellungspa-rameter vorgenommen, um die Ergebnisse in eine Ergänzung zum bestehenden Prognose-Pro-gramm SPOAK einzupflegen. Dieses bereits vorhandene Programm aus dem AiF-Projekt 18570-N ermöglicht es dem Anwender, Vorhersagen für die zu erwartenden Steindruckfestigkeiten zu treffen. Im Rahmen der exemplarisch angesetzten Versuchsreihen und theoretischen Szenarien konnten bei linearer Absenkung der CaO-Dosis folgende typische Einsparpotenziale kalkuliert werden: • Technikumsversuche: o Beispiel 1 (Technikum – Mittelsand W): Reduktion der Steindruckfestigkeit bei Absen-kung der Kalkdosis in der Mischung von 6,0 M.-% CaO mit βD,St = 26,2 N/mm2 auf 4,0 M.-% CaO mit βD,St = 19,9 N/mm2 o Beispiel 2 (Technikum – Feinsand H): Reduktion der Steindruckfestigkeit bei Absen-kung der Kalkdosis in der Mischung von 6,0 M.-% CaO mit βD,St = 17,7 N/mm2 auf 4,0 M.-% CaO mit βD,St = 10,0 N/mm2 • Werksversuche: o Beispiel 3 (KS-Werk W, Härtedauer 1-7-1 h): Reduktion der Steindruckfestigkeit bei Ab-senkung der CaO-Dosis in der Mischung von 5,5 M.-% CaO mit βD,St = 30,7 N/mm2 auf 4,0 M.-% CaO mit βD,St = 21,2 N/mm2 o Beispiel 4 (KS-Werk W, Härtedauer 1-4-1 h): Reduktion der Steindruckfestigkeit bei Ab-senkung der CaO-Dosis in der Mischung von 5,5 M.-% CaO mit βD,St = 32,6 N/mm2 auf 4,0 M.-% CaO mit βD,St = 22,8 N/mm2 o Beispiel 5 (KS-Werk H, Härtedauer 1-7-1 h): Reduktion der Steindruckfestigkeit bei Ab-senkung der CaO-Dosis in der Mischung von 7,0 M.-% CaO mit βD,St = 21,5 N/mm2 auf 4,0 M.-% CaO mit βD,St = 17,2 N/mm2 o Beispiel 6 (KS-Werk H, Härtedauer 1-8-1 h): Reduktion der Steindruckfestigkeit bei Ab-senkung der CaO-Dosis in der Mischung von 7,0 M.-% CaO mit βD,St = 23,0 N/mm2 auf 4,0 M.-% CaO mit βD,St = 20,4 N/mm2 Datei-Upload durch TIB
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    Blech-Umformeinfluss mittels Machine Learning für Konzept-Crashsimulationen (UmMatCra-ML)
    (Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2025) Lepenies, Ingolf; Krause, Peter
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    Annual report 2024 : Institute of Ion Beam Physics and Materials Research
    (Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2025) n, n
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    Impact of the driver beam charge on the wakefield formation and evolution in a particle-driven plasma accelerator
    (Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2025) Schöbel, Susanne
    Particle accelerators are important instruments in contemporary scientific research, with applications extending to industry and medicine. One application is the generation of light pulses with distinctive properties, as exemplified by free electron lasers (FELs). These machines are of significant interest, particularly those that provide radiation in the X-ray regime, which necessitates the use of electron bunches with an energy in the multi-GeV range. The accelerating field strength in conventional radio-frequency (RF) machines is constrained by material limitations, which necessitates the construction of X-ray FELs as facilities with a size of hundreds of meters or even kilometers. Plasma wakefield accelerators, which are employed for electron acceleration and driven by either intense laser beams (LWFA) or relativistic particle bunches (PWFA), have the potential to provide accelerating field strengths that exceed the limit of conventional RF-accelerators by multiple orders of magnitude. Current state-of-the-art LWFAs can produce electron bunches at application-relevant energies over acceleration stages of tens of centimeters length. However, they often struggle with stability, reliability, and beam quality. PWFA offers a promising alternative but requires a relativistic electron bunch as a driver, which restricts the potential for downsizing. The hybrid laser-plasma wakefield accelerator (LPWFA) merges these two plasma acceleration techniques by using an LWFA-generated beam to drive a subsequent PWFA stage, leveraging the benefits of PWFA without requiring a preceding RF accelerator. This thesis covers the evolution of LPWFA from initial experimental demonstrations to controlled and tunable injection using a hydrodynamic shock. The study compares the operation in the self- and pre-ionized regime, observing reduced field strengths within the cavity in the case of self-ionization. A few-cycle optical probe shadowgraphy technique is employed, revealing significant differences in the morphology of plasma waves in both regimes. Another aspect identified by this diagnostic is the driver-charge-dependent elongation of the first cavity. This correlation is employed to examine the evolution of the driver beam charge within the PWFA stage. A controllable witness beam acceleration via injection at a sharp density downramp is achieved and the results are presented in this work. This study reveals that the observed elongation has an impact on the witness beam acceleration, demonstrating the significance of a comprehensive understanding of the wakefield dynamics for further optimization of the acceleration process. The findings are primarily based on experimental observations supported by simulations, showcasing the potential for a stable and efficient LPWFA design. Datei-Upload durch TIB
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    Entwicklung von SiPM-basierter Auslese für Detektoren an R³B/FAIR und Untersuchung astrophysikalisch relevanter Kernreaktionen an R³B
    (Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2025-06) Hensel, Thomas
    Der auf Kunststoff-Szintillatoren basierende Flugzeitdetektor NeuLAND (New Large-Area Neutron Detector) für Neutronen von 0,1 bis 1,6 GeV wird derzeit in der Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR) in Darmstadt, Deutschland, gebaut. In seiner endgültigen Kon guration wird NeuLAND aus 3.000 Kunststo -Szintillatoren mit einer Gröÿe von 2,7m × 5 cm × 5 cm bestehen, die an jedem Ende von Photomultipliern ausgelesen werden. In dieser Arbeit werden Daten aus einer umfassenden Untersuchung einer alternativen Lichtauslese mit Silizium-Photomultipliern (SiPM) vorgestellt. Zu diesem Zweck wurde ein Neu-LAND-Szintillator an jedem Ende statt einem 1 -Photomultiplier mit einem SiPM-basierten Prototyp mit der gleichen Geometrie ausgerüstet, der vier 6×6mm2 SiPMs, Verstärker, Hochspannungsversorgung und Mikrocontroller beinhaltet. Die Tests wurden unter Verwendung des 35 MeV-Elektronenstrahls des supraleitenden Elektronen-Linearbeschleunigers ELBE mit seinem Zeitjitter im Pikosekundenbereich in zwei verschiedenen Betriebsarten durchgeführt, nämlich im parasitären Modus mit einem Elektron pro Bündel und im Single-User-Modus mit 1 bis 60 Elektronen pro Bündel. Für die Datenerfassung wurden schnelle Digitizer von Acqiris verwendet. Darüber hinaus wurden O -Beam-Tests mit kosmischer Strahlung und dem NeuLAND-Datenerfassungsschema durchgeführt. Für minimal ionisierende Teilchen wurden E zienzen über 95% erreicht, die bei typischen Zeitau ösungen von 𝜎 ≤ 120 ps eine Verbesserung gegenüber früheren Arbeiten bei ELBE darstellen und das NeuLAND-Zeitziel von 𝜎 < 150 ps erfüllt. Über einen Bereich von 10 bis 300MeV deponierter Energie im NeuLAND-Szintillator wurde festgestellt, dass die Verstärkung um ≤10% (≤20%) von der Linearität für 35 µm (75 µm) SiPM-Module abweicht, was für die kalorimetrische Verwendung des vollständigen NeuLAND-Detektors zufriedenstellend ist. Die Dunkelrate des untersuchten Prototyps war niedriger als der durch kosmische Strahlung erwartete induzierte Hintergrund in NeuLAND. Zusätzlich wurden Simulationen in Geant4 zum Verständnis von Elektronenstreuung und Ausbreitung von Szintillationslicht sowie zum Zeitverhalten von SiPMs erarbeitet. Darüber hinaus war die Mitarbeit und Datenauswertung von Experimenten zu astrophysikalisch relevanten Reaktionen wie Coulomb-Aufbruchreaktion 16O(𝛾,𝛼)12C an R³B/GSI Teil dieser Arbeit und es wurden Methoden zur Analyse der Datenqualität von Groÿdetektoren entwickelt. Ein Teil der in dieser Arbeit in Kapitel 4 präsentierten Entwicklungsschritte, Messdaten und Resultate hinsichtlich der entwickelten SiPM-Auslese für NeuLAND sind bereits in folgender Publikation verö entlicht: [1] Thomas Hensel, DavidWeinberger, Daniel Bemmerer, Konstanze Boretzky, Igor Ga²pari ¢, Daniel Stach, Andreas Wagner und Kai Zuber. Study of a possible silicon photomultiplier based readout of the large plastic scintillator neutron detector NeuLAND . In: Nucl. Inst. Meth. A 1048 (2023), S. 167972. DOI: 10.1016/j.nima.2022.167972. Datei-Upload durch TIB