Laser spectroscopy and cooling of Yb+ ions on a deep-UV transition

We perform laser spectroscopy of Yb+ ions on the 4f14 6s 2S_{1/2} - 4f13 5d 6s 3D[3/2]_{1/2} transition at 297 nm. The frequency measurements for 170Yb+, 172Yb+, 174Yb+, and 176Yb+ reveal the specific mass shift as well as the field shifts. In addition, we demonstrate laser cooling of Yb+ ions using this transition and show that light at 297 nm can be used as the second step in the photoionization of neutral Yb atoms

Entwicklung und Untersuchung einer Stresstestmethode für die Risikoanalyse von soziotechnischen Systemen in der Luftfahrt

Die Unfallstatistik der kommerziellen Luftfahrt verzeichnet in diesem Jahrzehnt einen Höchststand betrieblicher Sicherheit. Es ist das Ergebnis einer jahrzehntewährenden Entwicklung der Luftfahrt, Vor- und Unfälle systematisch zu dokumentieren und aus ihnen lernen zu können, um zukünftig Unfälle zu vermeiden. Zwangsläufig führt diese Sicherheitsaffinität zu einer Überregulierung, die den Flugbetrieb in seinem bestehenden Konzept zunehmend konserviert und die Einführung von Innovation zunehmend hemmt. Einer der Gründe für diesen Trend ist, innovative Konzepte und Systeme nicht gefahrenlos während der Konzept-, Implementierungs- und Migrationsphase des Lebenszyklus hinsichtlich des Risikos analysieren zu können. Die Erlangung von Sicherheitsnachweisen gestaltet sich schwierig, wenn der bestehende Flugbetrieb kein innovationsinduziertes Risiko akzeptieren kann. Insbesondere bei sogenannten soziotechnischen Systemen, die den Menschen und die Interaktionsvorgänge mit der Technik berücksichtigen, können innovative Konzepte zu neuartigen Gefahren führen, die aus einem komplexen Zusammenspiel, z.B. zwischen den Piloten und den Fluglotsen mit Verfahren sowie Technik, resultieren. Ein Nachweis unter Berücksichtigung einer Zielsicherheit, wie z.B. ein Unfall auf eine Milliarde Flugstunden vor Inbetriebnahme, ist praktisch nicht leistbar. Diese Arbeit befasst sich mit der simulationsgestützten Risikoanalyse und liefert ein Konzept zur Nutzung von Echtzeitsimulatoren für die Erbringung des Sicherheitsnachweises. Das Konzept adressiert dabei ein statistisches Problem, seltene und unbekannte Gefahrensituationen mit Hilfe von Echtzeitsimulationen nicht oder unzureichend häufig beobachten zu können, um einen Rückschluss auf die Risiken eines neuartigen Systems ziehen zu können. Dieses Problem ist bekannt als statistische Rechtszensur. Das Kernelement des Konzeptes ist die Stressinduktion mit Hilfe von Zeitdruck, die ein hohes Maß an Kontrollierbarkeit und Reproduzierbarkeit des induzierten Stresses verspricht. Nach Vorbild eines beschleunigten Ermüdungstests sorgen die stressintensivierten Simulationsbedingungen für ein zunehmendes Fehlerverhalten des Operateurs. Gefahrenereignisse und Vorfälle sollen aufgrund der Stressreaktion verstärkt zu beobachten sein, ohne diese direkt hervorzurufen. Nicht bekannte oder seltene Gefahren können somit beobachten werden, die ansonsten aufgrund der kleinen Eintrittswahrscheinlichkeit innerhalb der Simulationszeit nicht zu beobachten wären. Die Bestimmung des Risikos und der Sicherheitsnachweis werden unter Einbezug seltener Gefahren möglich. Bei gezieltem Anfahren von zwei bis drei Zeitdrucklasten lassen die aufgezeichneten Ereignisdaten einen Rückschluss von den beschleunigten auf die unbelasteten Bedingungen (Designstress) zu. Eine experimentelle Studie testet eine prototypische Implementierung eines Zeitdruckinduktionsverfahrens hinsichtlich der Kontrollierbarkeit der Stressreaktion. Dies soll sowohl den Zeitdruck als geeigneten Stressor bestätigen als auch Hinweise auf die Effektivität des Induktionsverfahrens liefern. Der Versuchsaufbau umfasst die Arbeitsposition des Platzverkehrslotsen am Flughafen Frankfurt am Main mit drei zu kontrollierenden Pisten, Rollwegen und Vorfeld an einem Surface Movement Manager. Es wurden drei studentische Probanden aus 14 ausgewählt, trainiert und mit Hilfe des Induktionsverfahrens getestet. Die aufgezeichneten Stressreaktionen zeigen kontrollierbare Reaktionen in der beobachteten Häufigkeit des Vorfalltyps Runway Incursion und Zeitfehler. Individuelle Stressreaktionen, wie z.B. die individuelle Basisleistung und die Freiheitsgrade des Probanden, zwischen Risiko und Schnelligkeit abzuwägen, tragen zur Streuung der Stressreaktion erheblich bei. Ein modellbasierter Ansatz konnte eine Erklärung zu diesen Varianzen liefern und eine systematische Abhängigkeit der Stressreaktion der Probanden zum induzierten Zeitdruck verifizieren. Die Ergebnisse zeigen, dass ein lastenunabhängiges Verhältnis zwischen Risiko und Schnelligkeit für den Fall zu erwarten ist, dass der Operateur höhere Ziele seines Aufgabenbereiches bedienen kann. Bei zunehmender Zeitdrucklast ist dieses Verhältnis zunehmend variabel. Auf Basis der Ergebnisse werden weiterführende Hypothesen und Erklärungsansätze vorgestellt, die für die Realisierung des beschleunigten Stresstests und somit für die Unterstützung einer Risikoanalyse soziotechnischer Systeme dienen.:1 Wissenschaftliche Zielsetzung und Lösungsansatz 1 1.1 Einleitung 1 1.2 Der menschliche Fehler in der Luftfahrt 7 1.2.1 Der statistische Unfallbeitrag 7 1.2.2 Modelle des menschlichen Unfallbeitrags 10 1.3 Die Probleme gegenwärtiger Methoden der Risikoanalyse 11 1.3.1 Die „Safety Assessment Methodology“ 13 1.3.2 Modellbasierte Methoden 14 1.3.3 Die experimentelle Stresstestanalyse 16 1.3.4 Die Unfalluntersuchung 16 1.3.5 Das „Accident-Incident-Model“ 21 1.3.6 Die Problemanalyse 21 1.3.7 Die Schlussfolgerung 23 1.4 Die Echtzeitsimulation als mögliche Lösung 24 1.4.1 Der gegenwärtige Nutzen von Echtzeitsimulatoren im Flugbetrieb 24 1.4.2 Ein Konzept zur simulationsgestützten Risikoanalyse 26 1.4.3 Mögliche Einschränkungen bei der Nutzung der Echtzeitsimulation 33 1.4.4 Anwendungsszenarien der simulationsgestützten Risikoanalyse 37 1.5 Die Zielsetzung und Struktur der Arbeit 39 1.5.1 Die Problemdefinition und der Lösungsansatz 39 1.5.2 Die Untersuchungshypothese 41 1.5.3 Die Struktur der Arbeit 42 2 Konzeptentwicklung „Accelerated Risk Analysis“ 43 2.1 Die grundlegenden Begriffe 44 2.1.1 Die Wahl der Risikometrik 44 2.1.2 Die Wahl der Zielsicherheit 46 2.1.3 Die Wahl der Grundgesamtheit 46 2.1.4 Die Wahl der Unfallereignisverteilung 47 2.2 Das Sicherheitsargument 47 2.3 Die Abhängigkeit der Irrtumswahrscheinlichkeit zur Anzahl der Stichproben 48 2.3.1 Die Wahl der Irrtumswahrscheinlichkeit 48 2.3.2 Die Schätzung der Abhängigkeit anhand des Tschebyscheff-Ansatzes 48 2.3.3 Die Schätzung der Abhängigkeit anhand des Binomialansatzes 49 2.4 Ein Konzept zur Beschleunigung der Konvergenz 52 2.4.1 Die Beschleunigung durch Stresseinwirkung 52 2.4.2 Die Beschleunigung nach Tschebyscheff 53 2.4.3 Die Beschleunigung nach Binomialverteilung 53 2.5 Ein Konzept zur Stimulation sicherheitsrelevanter Ereignisse 54 2.5.1 Das Ziel der Stimulation 54 2.5.2 Die Wahl des Zeitdrucks als Stressor 54 2.5.3 Der Status Quo der Verfahren zur Induktion von Zeitdruck 57 2.5.4 Ein Verfahren zur Induktion von Stress 60 2.6 Die Regressionsanalyse zur Verifikation der Zielsicherheit 64 2.6.1 Die Regressionsanalyse zur Bestimmung der Unfallereignisverteilung 64 2.6.2 Die Regressionsanalyse zur Verifikation der Zielsicherheit 66 2.7 Die Verifikationsziele 71 3 Experimentelle Studie 73 3.1 Das Konzept der Studie 75 3.1.1 Die Wahl der unabhängigen und abhängigen Größen 75 3.1.2 Die Kausalhypothesen 76 3.1.3 Die Anforderungen an die Pilotstudie 76 3.1.4 Die Wahl der statistischen Tests 78 3.2 Das experimentelle Design 79 3.2.1 Die Auswahl der Arbeitsposition 79 3.2.2 Die Auswahl der Risikometrik 81 3.2.3 Die Definition der Primäraufgabe 82 3.2.4 Der Surface Movement Manager 85 3.2.5 Die Implementierung des Verfahrens „Konkurrenzdruck“ 86 3.2.6 Das Messverfahren 99 3.2.7 Die Befragung 101 3.2.8 Die Szenarienentwicklung 102 3.3 Die Steuerung des Wettbewerbs 106 3.3.1 Die Reaktion der Aktivzeit 107 3.3.2 Die Reaktion der Anzahl aktiver Verkehrsbewegungen 107 3.3.3 Das Verifikationsergebnis 108 3.4 Die Organisation der Durchführung 109 3.4.1 Die Akquisition der Probanden 109 3.4.2 Die Versuchsplanung 110 3.5 Die Kalibrierung der Basislast 110 3.6 Die Kalibrierung der Zeitdrucklastszenarien 113 3.6.1 Die Analyse der Reaktionszeit 114 3.6.2 Die Analyse des Zeitfehlers 116 3.6.3 Die Analyse der subjektiven Arbeitsbeanspruchung und des Zeitdrucks 117 3.6.4 Die Analyse der Runway Incursion 118 3.6.5 Die Bestimmung der Zeitdrucklastparameter 119 3.7 Die Analyse der Lastenabhängigkeit der Aktivzeiten 119 3.8 Die Analyse der Lern- und Müdigkeitseffekte 121 3.8.1 Die Lerneffekte 121 3.8.2 Die Erschöpfungsseffekte 121 3.9 Die Analyse der Stressreaktionen 122 3.9.1 Die Reaktionszeit 122 3.9.2 Die Aktivzeit 122 3.9.3 Das angepasste Zeitbudget 123 3.9.4 Die Arbeitsbeanspruchung und der subjektive Zeitdruck 123 3.9.5 Die Runway Incursion und der Zeitfehler 124 3.10 Diskussion der Ergebnisse 129 4 Abschlussdiskussion 133 4.1 Das Fazit über das Konzept „Accelerated Risk Analysis“ 133 4.1.1 Die Effektivität des Verfahrens und mögliche Anwendungsszenarien 134 4.1.2 Rückschluss auf die Modelle zur Bestimmung des Risikos 138 4.1.3 Implikationen durch Novizen- und Expertenprobanden 139 4.2 Die Anwendung auf andere Arbeitspositionen des Flugbetriebs 140 4.3 Ein Erklärungsansatz mit dem Contextual Control Modell 142 4.4 Ein Modell zur Beschreibung von Risikobereitschaft und Schnelligkeit 143 4.5 Mögliche Hypothesen für eine Folgestudie 144 4.6 Schlusswort 145 Abkürzungsverzeichnis 147 Formelzeichenverzeichnis 149 Abbildungsverzeichnis 153 Tabellenverzeichnis 155 Literaturverzeichnis 157 Danksagung 163 Anhang 16

Nichtvirale zellvermittelte Überexpression der humanen Wachstumsfaktoren IGF-I und IGF-I/FGF-2 verbessert die Reparatur von osteochondralen Defekten im Großtiermodell

Hintergrund. Osteochondrale Gelenkknorpeldefekte heilen schlecht. In der vorliegenden tierexperimentellen Studie wurde der Einfluss einer zellvermittelten Überexpression der humanen Wachstumsfaktoren IGF-I und IGF-I/FGF-2 auf die Reparatur von osteochondralen Defekten im Großtiermodell untersucht. Fragestellungen. Speziell wurden drei Hypothesen untersucht: (1) Zeigen mit IGF-I behandelte Defekte eine bessere Knorpelreparatur, als die jeweilige Kontrollgruppe, die mit lacZ behandelt wurden? (2) Zeigen mit IGF-I/FGF-2 behandelte Defekte eine bessere Knorpelreparatur als die jeweilige Kontrollgruppe, die mit lacZ behandelt wurden? (3) Ist die Knorpelreparatur nach kombinierter Therapie mit IGF-I/FGF-2 besser als nach singulärer IGFI- Therapie? Methoden. Allogene ovine Chondrozyten wurden mit Plasmid- Expressionsvektoren für IGF-I, einer Kombination aus IGF-I/FGF-2 oder dem Escherichia coli (lacZ)-Gen transfiziert und in Alginat verkapselt. Die IGF-I-, IGF-I/FGF-2- und lacZ-Sphäroide wurden in zylindrische osteochondrale Defekte der medialen Femurkondyle und Trochlea von Kniegelenken adulter Merinoschafe implantiert. Nach 18 Wochen in vivo wurde die Defektreparatur durch makroskopische (Homburger und Oswestry Bewertungssystem), histologische (Bewertungssysteme nach Sellers, Pineda und Little) und immunhistochemische (Typ-I und -II-Kollagen) Bewertungssysteme evaluiert. Ergebnisse. Beide Gruppen, die mit implantierten IGF-I-Sphäroiden bzw. IGF-I/FGF-2-Sphäroiden behandelten wurden, zeigten eine signifikant bessere Knorpelreparatur im Vergleich zur jeweiligen Kontrollgruppe, die mit lacZ-Sphäroiden behandelt wurden. Die implantierten IGF-I/FGF-2-Sphäroide vermittelten (trotz numerisch besserer Werte) keine statistisch signifikant verbesserte histologische Knorpelreparatur als IGF-I Sphäroide. In allen Untersuchungsgruppen war die histologische Knorpelreparatur in der Trochlea besser als in der medialen Femurkondyle. Bemerkenswerterweise verringerte sowohl die Implantation von IGF-I- als auch von IGF-I/FGF-2- Sphäroiden signifikant arthrotische Veränderungen des an die Defekte angrenzenden Knorpels in der Trochlea im Vergleich zur jeweiligen Kontrollgruppe, die mit lacZ-Sphäroiden behandelt wurden. In der medialen Femurkondyle waren die numerisch verringerten arthrotischen Veränderungen bei der Implantation von IGF-I- sowie von IGF-I/FGF-2- Sphäroiden im Vergleich zur jeweiligen Kontrollgruppe nicht signifikant unterschiedlich. Diskussion. Die zellvermittelte Überexpression der Wachstumsfaktoren IGF-I und FGF-2 in osteochondralen Defekten verbesserte die histologische Knorpelreparatur von osteochondralen Defekten in Trochlea und medialer Femurkondyle des Kniegelenkes bei Schafen. Die Aussagekraft dieser Daten wird in Folgestudien weiter evaluiert werden, um die Voraussetzung für klinische Studien mit diesem Ansatz zu schaffen.Introduction. Osteochondral defects are an unsolved problem in reconstructive cartilage repair. Here, we tested in a preclinical large animal model the hypothesis that transplantation of alginate spheres containing articular chondrocytes which were genetically modified to overexpress a human insulin-like growth factor I (IGF-I) gene or a combination of IGF-I and the human fibroblast growth factor 2 (FGF-2) gene can enhance the repair of osteochondral defects in the trochlear groove and the medial femoral condyle in vivo. Methods. Caprine articular chondrocytes were transfected with expression plasmid vectors containing a cDNA for the E. coli lacZ gene (lacZ implants), the human IGF-I gene (IGF-I implants) or both the human IGF-I and FGF-2 genes (IGF-I/FGF-2 implants). LacZ, IGF-I and IGF-I/FGF-2 implants were transplanted into cylindrical osteochondral defects in the trochlear groove and the medial femoral condyle of adult sheep. After 18 weeks in vivo, articular cartilage repair was evaluated using macroscopic (Homburger and Oswestry Score), elementary and complex histological (Pineda and Sellers Score) and immunhistological scores (type-I and II collagen). Moreover, osteoarthritic changes in the cartilage adjacent to the defects were evaluated using the Little Score. Articular cartilage repair was compared between these two locations. Results. After 18 weeks in vivo, implantation of both IGF-I and IGF-I/FGF-2 spheres markedly improved osteochondral repair at both topographical location within the knee joint compared with control lacZ spheres. Moreover, implantation of both IGF-I and IGF-I/FGF-2 spheres led to significantly reduced osteoarthritic changes in the cartilage adjacent to osteochondral defects in the trochlear groove. Hence, spatially defined overexpression of both human IGF-I and a combination of human IGF-I and FGF-2 resulted in most enhanced articular cartilage repair in osteochondral defects in the trochlear groove and the medial femoral condyle in vivo. Conclusions. Transfection of therapeutic factors like the growth factors IGF-I and FGF-2 in osteochondral defects improve their cartilage healing in trochleas and condyles of sheep knee joints. Such hydrogel-based delivery of therapeutic factors based on nonviral overexpression provides a versatile tool to evaluate other potential therapeutic genes in vivo with the aim of developing molecular strategies for osteochondral repair. Insights gained from these data may lead to more effective treatment options for acute osteochondral defects. Future studies will transfer the design of this study to major animal models with investigations over a longer period

Der Übergang eines Schülerjahrgangs in das Ausbildungssystem. Untersuchung zur realisierten Ausbildungsnachfrage Jugendlicher in Ostfriesland

Ziel der im Herbst 1977 und 1978 im Auftrag des Niedersächsischen Kultusministeriums durchgeführten Untersuchung war es, "für eine wirtschaftsstrukturschwache Region mit einem überdurchschnittlich hohen Anteil von Jugendlichen, die quantitative Dimension der Versorgung mit Ausbildungsplätzen zu bestimmen und Informationen über das Bewerbungsverhalten derjenigen zu bekommen, die nicht in eine Ausbildung eintraten."Ausbildungsplatzangebot, Bewerbungsverhalten, Schulabgänger, Ausbildungsverzicht, Ausbildungsplatznachfrage, strukturschwache Räume, Wirtschaftsstruktur, Ostfriesland, Niedersachsen, Aurich

Frequency Scaling as a Security Threat on Multicore Systems

Most modern processors use Dynamic Voltage and Frequency Scaling (DVFS) for power management. DVFS allows to optimize power consumption by scaling voltage and frequency depending on performance demand. Previous research has indicated that this frequency scaling might pose a security threat in the form of a covert channel, which could leak sensitive information. However, an analysis able to determine whether DVFS is a serious security issue is still missing. In this paper, we conduct a detailed analysis of the threat potential of a DVFS-based covert channel. We investigate two multicore platforms representative of modern laptops and hand-held devices. Furthermore, we develop a channel model to determine an upper bound to the channel capacity, which is in the order of 1 bit per channel use. Last, we perform an experimental analysis using a novel transceiver implementation. The neural network based receiver yields packet error rates between 1% and 8% at average throughputs of up to 1.83 and 1.20 bits per second for platforms representative of laptops and hand-held devices, respectively. Considering the well-known small message criterion, our results show that a relevant covert channel can be established by exploiting the behaviour of computing systems with DVFS.ISSN:0278-0070ISSN:1937-415

Nanoscale X-ray investigation of magnetic metallofullerene peapods

Endohedral lanthanide ions packed inside carbon nanotubes (CNTs) in a one-dimensional assembly have been studied with a combination of high resolution transmission electron microscopy (HRTEM), scanning transmission X-ray microscopy (STXM), and X-ray magnetic circular dichroism (XMCD). By correlating HRTEM and STXM images we show that structures down to 30 nm are resolved with chemical contrast and record X-ray absorption spectra from endohedral lanthanide ions embedded in individual nanoscale CNT bundles. XMCD measurements of an Er$_3$N@C$_{80}$ bulk sample and a macroscopic assembly of filled CNTs indicates that the magnetic properties of the endohedral Er3+ ions are unchanged when encapsulated in CNTs. This study demonstrates the feasibility of local magnetic X-ray characterization of low concentrations of lanthanide ions embedded in molecular nanostructures