Laser ion-acceleration from tailored micro-plasmas

Levitating, isolated microspheres have gained interest as target in high intensity laser plasma experiments, in particular for laserdriven ion acceleration. Within this thesis, our unique Paul-trap based target positioning system was significantly improved and employed for a novel study with relativistic high power laser pulses. Among others, the Paul-trap system was equipped with full remote control capabilities, increasing its reliability and enabling operation at a rate of one shot every ten minutes. This enabled extended multi-shot studies using sub-focus sized targets for the first time. This capability was demonstrated during an experimental campaign at the JETi laser, where more than 200 shots on spherical targets were conducted. The scientific novelty of this study in laser-ion acceleration was that a weaker laser pulse ignited the microsphere at controlled times before the interaction with the main laser pulse. Therefore, the relativistic laser pulse effectively interacted with a microscopic plasma at reduced density. In these cases, accelerated proton yield increased by up to a factor of 19 as compared to non-expanded spherical targets and indicate a forward-directed beam. We find a distinct, high energetic proton component with maximum energies of up to 27 MeV, which is more than 2 times higher compared to planar foil targets irradiated with laser pulse in the same setup. The laser energy to proton maximum energy conversion efficiency is 18 MeV/J. This is also a factor of 2 larger compared to the optimum of 10 MeV/J that is commonly stated for foil targets. The experimental results are supported by 3D3V-PIC simulations that reproduce experimental proton and carbon spectra over a wide range of target densities and acceleration mechanisms well. The most energetic protons that we observed for expanded targets can be attributed to a plasma density range that is just above the relativistic plasma density. Here, we identify an efficient holeboring phase in the upramp of the density profile during the intensity rise of the laser pulse. Under ideal conditions, the pre-accelerated protons undergo post acceleration in the plasma fields where they nearly double their energy. Scaling the simulations to larger laser pulse energies predicts an increase of the proton energies with the square root of the laser energy, in particular 4 J seem sufficient for reaching more than 100 MeV protons, meeting the relevant window for biomedical applications

Wachstum und Konjunktur in OECD-Ländern: Eine langfristige Perspektive

Gemessen an der Wachstumsrate des realen Bruttoinlandsprodukts weist Deutschland im internationalen Vergleich in den letzten Jahren eine besonders schlechte Wirtschaftsleistung auf. Ob dies eher eine ungünstige konjunkturelle Entwicklung widerspiegelt oder ob sich dahinter eine langfristige Wachstumsschwäche verbirgt, wird hier mit Hilfe eines Strukturellen Zeitreihenmodells ermittelt. Das Modell stellt für verschiedene OECD-Länder von 1950 bis 2004 die Beiträge von Konjunktur und langfristigem Trend zu den Wachstumsraten des BIP dar. Die Ergebnisse zeigen, dass die Trendwachstumsrate seit den fünfziger Jahren in allen analysierten Ländern zurückging. Besonders stark war aber der Rückgang in Deutschland. Das heißt, dass die enttäuschende wirtschaftliche Entwicklung in Deutschland vor allem auf die niedrige langfristige Trendwachstumsrate zurückzuführen ist und deutet auf bereits seit langem bestehende Strukturprobleme in Deutschland hin

Wachstum und Konjunktur in OECD-Ländern: Eine langfristige Perspektive

Gemessen an der Wachstumsrate des realen Bruttoinlandsprodukts weist Deutschland im internationalen Vergleich in den letzten Jahren eine besonders schlechte Wirtschaftsleistung auf. Ob dies eher eine ungünstige konjunkturelle Entwicklung widerspiegelt oder ob sich dahinter eine langfristige Wachstumsschwäche verbirgt, wird hier mit Hilfe eines Strukturellen Zeitreihenmodells ermittelt. Das Modell stellt für verschiedene OECD-Länder von 1950 bis 2004 die Beiträge von Konjunktur und langfristigem Trend zu den Wachstumsraten des BIP dar. Die Ergebnisse zeigen, dass die Trendwachstumsrate seit den fünfziger Jahren in allen analysierten Ländern zurückging. Besonders stark war aber der Rückgang in Deutschland. Das heißt, dass die enttäuschende wirtschaftliche Entwicklung in Deutschland vor allem auf die niedrige langfristige Trendwachstumsrate zurückzuführen ist und deutet auf bereits seit langem bestehende Strukturprobleme in Deutschland hin.Wirtschaftswachstum, Konjunktur, Prognose, Wirtschaftspolitik, Deutschland, OECD-Staaten

Extending the potentials of draw-forging

Composite components combine the benefits of different materials, leading to improved product properties, enhanced resource- and energy efficiency and widening the product spectrum. Draw-forging is the unique combination of deep-drawing and cold forging, where a core material is encapsulated within a thin sheet metal blank. Previously, the basic draw-forging process only allowed covering of the shaft tip, and the covered length was limited by the maximum drawing ratio of the sheet. In this work, the different failure types, including tearing of the sheet, asymmetric encapsulation, and the development of a gap in the transition zone were investigated numerically and experimentally and the axial encapsulation length is increased significantly. The usage of anisotropic sheet material leads to a form fit and enhances the bond strength in draw-forged hybrid components. An alternative process route in which a pierced sheet is utilized to partially cover a specific section of a shaft was also developed. The process route was stabilized with a novel contoured counter holder to ensure high repeatability

ifo Konjunkturprognose 2006/2007: Aufschwung setzt sich fort

Die Weltwirtschaft ist in einem robusten Aufschwung. Das vom ifo Institut erhobene Weltwirtschaftsklima hat sich im Frühjahr 2006 zum dritten Mal in Folge verbessert; und liegt deutlich über dem langfristigen Durchschnitt. Die Expansion der Weltwirtschaft wird im Prognosezeitraum schwungvoll bleiben, sich jedoch schrittweise etwas abflachen. Die Konjunktur in Deutschland zeigt sich zur Jahresmitte 2006 gut in Form. Das hervorragende ifo Geschäftsklima indiziert, dass der Aufschwung der deutschen Wirtschaft beträchtlich an Breite gewonnen hat. Neben dem mit hoher Drehzahl laufenden Exportmotor ist nun auch die Binnenkonjunktur in Schwung gekommen. Die Investitionen in Ausrüstungen haben Tritt gefasst; die neuesten Zahlen des ifo Konjunkturtests signalisieren, dass nicht nur die im Sog des Exportbooms stehenden Unternehmen investieren, sondern nun auch die eher binnenwirtschaftlich orientierten Unternehmen. Selbst der private Konsum hat, nach dem Rückgang im Jahresendquartal 2005, zugelegt; zusätzliche Impulse werden in der zweiten Jahreshälfte von vorgezogenen Käufen ausgehen, mit denen die ab Januar kommenden Jahres geltende höhere Mehrwertsteuer kurzfristig noch eingespart werden kann. Ingesamt wird das reale Bruttoinlandsprodukt im laufenden Jahr um 1,8% expandieren; nach Ausschaltung der im Vergleich zu 2005 geringeren Zahl an Arbeitstagen um 2%. Im kommenden Jahr wird die Konjunktur durch die massive Erhöhung von Steuern und Abgaben zwar beträchtlich gedämpft; gleichwohl wird sich aber der Aufschwung fortsetzen. Diese Einschätzung stützt sich zu einem großen Teil auf die endogene Konjunkturdynamik der deutschen Wirtschaft. Nach einem "klassischen" Abschwung in den ersten Jahren dieses Jahrzehnts, der von einem Rückgang der Trendwachstumsrate begleitet war, wurde sowohl bei der gesamtwirtschaftlichen Produktion als auch bei den Ausrüstungsinvestitionen im Laufe des Jahres 2004 der untere Wendepunkt erreicht

ifo Konjunkturprognose 2006/2007: Aufschwung setzt sich fort

Die Weltwirtschaft ist in einem robusten Aufschwung. Das vom ifo Institut erhobene Weltwirtschaftsklima hat sich im Frühjahr 2006 zum dritten Mal in Folge verbessert; und liegt deutlich über dem langfristigen Durchschnitt. Die Expansion der Weltwirtschaft wird im Prognosezeitraum schwungvoll bleiben, sich jedoch schrittweise etwas abflachen. Die Konjunktur in Deutschland zeigt sich zur Jahresmitte 2006 gut in Form. Das hervorragende ifo Geschäftsklima indiziert, dass der Aufschwung der deutschen Wirtschaft beträchtlich an Breite gewonnen hat. Neben dem mit hoher Drehzahl laufenden Exportmotor ist nun auch die Binnenkonjunktur in Schwung gekommen. Die Investitionen in Ausrüstungen haben Tritt gefasst; die neuesten Zahlen des ifo Konjunkturtests signalisieren, dass nicht nur die im Sog des Exportbooms stehenden Unternehmen investieren, sondern nun auch die eher binnenwirtschaftlich orientierten Unternehmen. Selbst der private Konsum hat, nach dem Rückgang im Jahresendquartal 2005, zugelegt; zusätzliche Impulse werden in der zweiten Jahreshälfte von vorgezogenen Käufen ausgehen, mit denen die ab Januar kommenden Jahres geltende höhere Mehrwertsteuer kurzfristig noch eingespart werden kann. Ingesamt wird das reale Bruttoinlandsprodukt im laufenden Jahr um 1,8% expandieren; nach Ausschaltung der im Vergleich zu 2005 geringeren Zahl an Arbeitstagen um 2%. Im kommenden Jahr wird die Konjunktur durch die massive Erhöhung von Steuern und Abgaben zwar beträchtlich gedämpft; gleichwohl wird sich aber der Aufschwung fortsetzen. Diese Einschätzung stützt sich zu einem großen Teil auf die endogene Konjunkturdynamik der deutschen Wirtschaft. Nach einem "klassischen" Abschwung in den ersten Jahren dieses Jahrzehnts, der von einem Rückgang der Trendwachstumsrate begleitet war, wurde sowohl bei der gesamtwirtschaftlichen Produktion als auch bei den Ausrüstungsinvestitionen im Laufe des Jahres 2004 der untere Wendepunkt erreicht.Weltkonjunktur, Konjunkturprognose, Wirtschaftslage, Wirtschaftswachstum, Geschäftsklima, Deutschland, Welt

I-BEAT: New ultrasonic method for single bunch measurement of ion energy distribution

The shape of a wave carries all information about the spatial and temporal structure of its source, given that the medium and its properties are known. Most modern imaging methods seek to utilize this nature of waves originating from Huygens' principle. We discuss the retrieval of the complete kinetic energy distribution from the acoustic trace that is recorded when a short ion bunch deposits its energy in water. This novel method, which we refer to as Ion-Bunch Energy Acoustic Tracing (I-BEAT), is a generalization of the ionoacoustic approach. Featuring compactness, simple operation, indestructibility and high dynamic ranges in energy and intensity, I-BEAT is a promising approach to meet the needs of petawatt-class laser-based ion accelerators. With its capability of completely monitoring a single, focused proton bunch with prompt readout it, is expected to have particular impact for experiments and applications using ultrashort ion bunches in high flux regimes. We demonstrate its functionality using it with two laser-driven ion sources for quantitative determination of the kinetic energy distribution of single, focused proton bunches.Comment: Paper: 17 Pages, 3 figures Supplementary Material 16 pages, 7 figure

The impacts of automated urban delivery and consolidation

Bin Hu, Wolfgang Ponweiser, Apostolos Ziakopoulos, Julia Roussou, Amna Chaudhry, Maria Oikonomou, Sarah Gebhard, Rins de Zwart, Charles Goldenbeldd Govert Schermers, Wendy Weijermars, Knut Veisten, Knut J.L. Hartveit, Mark Brackstone, Pete Thomas, George Yannis, The impacts of automated urban delivery and consolidation, Transportation Research Procedia, Volume 72, 2023, Pages 2542-2549, ISSN 2352-1465, https://doi.org/10.1016/j.trpro.2023.11.766.Automation in urban freight transport is an important milestone for city logistics, but it is challenging due to the complex traffic situations. While the parcel volume is soaring due to the popularity of e-commerce – and especially accelerated by COVID, cities are thinking about the future delivery system. Automation and consolidation are expected to bring disruptive changes to the system we know today. The aim of the present paper is to provide an insight in the impact assessment method used and the results related to parcel delivery in Vienna. By applying analytical methods, we show which impacts at what magnitude we may expect from the changes brought by automation in freight transport. We consider the direct impacts consisting of fleet size, freight mileage and fleet operation costs, as well as the wider impacts consisting of parking space, public health and road safety.The impacts of automated urban delivery and consolidationpublishedVersio

Reconciliation of essential process parameters for an enhanced predictability of Arctic stratospheric ozone loss and its climate interactions

Significant reductions in stratospheric ozone occur inside the polar vortices each spring when chlorine radicals produced by heterogeneous reactions on cold particle surfaces in winter destroy ozone mainly in two catalytic cycles, the ClO dimer cycle and the ClO/BrO cycle. Chlorofluorocarbons (CFCs), which are responsible for most of the chlorine currently present in the stratosphere, have been banned by the Montreal Protocol and its amendments, and the ozone layer is predicted to recover to 1980 levels within the next few decades. During the same period, however, climate change is expected to alter the temperature, circulation patterns and chemical composition in the stratosphere, and possible geo-engineering ventures to mitigate climate change may lead to additional changes. To realistically predict the response of the ozone layer to such influences requires the correct representation of all relevant processes. The European project RECONCILE has comprehensively addressed remaining questions in the context of polar ozone depletion, with the objective to quantify the rates of some of the most relevant, yet still uncertain physical and chemical processes. To this end RECONCILE used a broad approach of laboratory experiments, two field missions in the Arctic winter 2009/10 employing the high altitude research aircraft M55-Geophysica and an extensive match ozone sonde campaign, as well as microphysical and chemical transport modelling and data assimilation. Some of the main outcomes of RECONCILE are as follows: (1) vortex meteorology: the 2009/10 Arctic winter was unusually cold at stratospheric levels during the six-week period from mid-December 2009 until the end of January 2010, with reduced transport and mixing across the polar vortex edge; polar vortex stability and how it is influenced by dynamic processes in the troposphere has led to unprecedented, synoptic-scale stratospheric regions with temperatures below the frost point; in these regions stratospheric ice clouds have been observed, extending over >106km2 during more than 3 weeks. (2) Particle microphysics: heterogeneous nucleation of nitric acid trihydrate (NAT) particles in the absence of ice has been unambiguously demonstrated; conversely, the synoptic scale ice clouds also appear to nucleate heterogeneously; a variety of possible heterogeneous nuclei has been characterised by chemical analysis of the non-volatile fraction of the background aerosol; substantial formation of solid particles and denitrification via their sedimentation has been observed and model parameterizations have been improved. (3) Chemistry: strong evidence has been found for significant chlorine activation not only on polar stratospheric clouds (PSCs) but also on cold binary aerosol; laboratory experiments and field data on the ClOOCl photolysis rate and other kinetic parameters have been shown to be consistent with an adequate degree of certainty; no evidence has been found that would support the existence of yet unknown chemical mechanisms making a significant contribution to polar ozone loss. (4) Global modelling: results from process studies have been implemented in a prognostic chemistry climate model (CCM); simulations with improved parameterisations of processes relevant for polar ozone depletion are evaluated against satellite data and other long term records using data assimilation and detrended fluctuation analysis. Finally, measurements and process studies within RECONCILE were also applied to the winter 2010/11, when special meteorological conditions led to the highest chemical ozone loss ever observed in the Arctic. In addition to quantifying the 2010/11 ozone loss and to understand its causes including possible connections to climate change, its impacts were addressed, such as changes in surface ultraviolet (UV) radiation in the densely populated northern mid-latitudes