Vetoing atmospheric neutrinos in a high energy neutrino telescope

We discuss the possibility to suppress downward atmospheric neutrinos in a high energy neutrino telescope. This can be achieved by vetoing the muon which is produced by the same parent meson decaying in the atmosphere. In principle, atmospheric neutrinos with energies $E_\nu > 10$ TeV and zenith angle up to 60 degree can be vetoed with an efficiency of > 99%. Practical realization will depend on the depth of the neutrino telescope, on the muon veto efficiency and on the ability to identify downward moving neutrinos with a good energy estimation.Comment: 10 pages, 3 figures, accepted for publication in Physical Review

Bestimmung physikalischer und technischer Randbedingungen zur Umsetzung eines photoakustischen Gassensors in der Mikrosystemtechnik

Abstract Within this thesis, the limiting physical and technical conditions for the miniaturisation of novel photo acoustic gas detectors have been investigated. Well in advance to the previous work in the field of miniaturised photo acoustic gas detectors, this thesis provides a complex mathematical model that considers physical, technical and environmental conditions as dedicated parameters. The model has been developed both in the time and frequency domain. It combines the two traditional modelling approaches of a rate-equation based time-domain investigation for non-resonant detectors and the wave-equation based frequency-domain considerations for photo acoustic resonators. The equality of this approach to existing models has been verified. As an advance to existing models however, the parameter approach allows to investigate the relations and dependencies of all these parameters against each other over broad variation ranges. Based on this advanced model, complete system simulations and behaviour studies become possible.While in the existing work on photo acoustics only single gases have been considered, this thesis investigates the impact of interactions between different types of molecules and introduces this as a parameter into the theoretical model. Both theoretical and experimental evaluations prove that the effects studied in such gas mixtures can be used to improve the sensitivity and selectivity of novel photo acoustics gas detectors. It has been shown, that using modern technology and processes known from micro system engineering, the design of reliable and high performing gas detectors is possible. The concepts introduced, developed and realised in this work already take into account the demands of low-cost, high volume manufacturing and potential applications. Finally, an integrated sensor concept based on both advanced photo acoustic detectors and micro machined infrared emitters has been introduced and investigated. The improved performance of this sensor concept compared to state-of-the-art technology has been verified.Chapter one of this work summarises the current state of photo acoustic technology not only for gas sensing applications but also in the fields of fluid and solid state analysis. In a second step, competitive infrared radiation based detection concepts are described and summarised.In chapter two, the novel parametrical mathematical model is derived and evaluated against existing models.The first part of chapter three introduces a laboratory experimental setup to investigate and verify the derived mathematical model in parametric studies. In the second part of chapter three, more sophisticated parameter dependencies are investigated by a combined approach of system simulations and tests. A dedicated approach to derive characteristic detector parameters such as Sensitivity, Noise Equivalent Power and Detectivity is developed here as well.Based on these considerations and investigations, boundary conditions for advanced photo acoustic detectors and related components are derived in the first two sections of chapter four. In the last section of chapter four, novel photo acoustic detectors are developed, realised and characterised. Finally, an integrated sensor concept is introduced, realised and evaluated as it has been shown in this work that the final gas sensitivity of a detector is strongly depending on the sensor concept and design.In the final chapter five, both the detector and sensor performance is compared to state-of-the-art detectors and sensors as summarised in chapter one. Possible improvements on the introduced concepts and possible applications provide a view into the future of photo acoustic gas detection.In dieser Dissertation werden physikalische und technische Grenzwerte für die Miniaturisierung neuartiger photoakustischer Gassensoren untersucht. In Erweiterung zu existierenden Arbeiten auf dem Gebiet miniaturisierter photoakustischer Gasdetektoren wird hier ein komplexes mathematisches Modell entwickelt, welches physikalische, technische und Umweltbedingungen als spezifische Parameter berücksichtigt. Das Model berücksichtigt sowohl den Zeit- als auch Frequenzbereich. Es kombiniert die zwei traditionellen Modellierungsansätze der ratengleichgewichtsbasierten Zeitbereichsuntersuchung nichtresonanter akustischer Systeme und wellengleichungsbasierten Frequenzbereichsanalyse akustischer Resonatoren. Die Äquivalenz dieser Betrachtung zu bestehenden Modellen kann gezeigt werden. Als wesentlicher Vorteil gegenüber diesen Modellen bietet der hier gezeigte Ansatz jedoch den Vorteil, die eingeführten Parameter entkoppelt voneinander über einen breiten Variationsbereich betrachten zu können. Mit diesem erweiterten Modell werden komplexe System- und Verhaltenssimulationen möglich.Währen in den existierenden Arbeiten zur Photoakustik nur Reingase betrachtet werden, untersucht diese Dissertation den Einfluss der Interaktion unterschiedlicher Moleküle und führt dies als Parameter in das theoretische Model ein. Sowohl in simulierten als auch experimentellen Untersuchungen wird gezeigt, dass die zu beobachtenden Effekte in solchen Gasgemischen für die Verbesserung der Sensitivität und Selektivität neuartiger Gassensoren nutzbar sind. Es wird demonstriert, wie durch die Verwendung moderner Technologien und Prozesse aus der Mikrosystemtechnik zuverlässige und leistungsfähige Gasdetektoren ermöglicht werden. Die in dieser Arbeit entwickelten und umgesetzten Konzepte berücksichtigen dabei schon im Ansatz die Bedürfnisse einer preisbewussten Massenfertigung und potentielle Anwendungen. Schließlich werden diese Detektoren zusammen mit ebenfalls neuartigen mikromechanischen Emittern in einem integrierten Sensorkonzept untersucht. Die verbesserten Eigenschaften dieses Demonstrators können im Vergleich zu verfügbaren, vergleichbaren Sensoren nachgewiesen werde.In Kapitel 1 wird der gegenwärtige Entwicklungsstand der Photoakustik im Allgemeinen betrachtet. Weiterhin werden konkurrierende Detektortypen vorgestellt. In Kapitel 2 folgen eine theoretische Betrachtung der Grundlagen des photoakustischen Effekts sowie die Entwicklung des parametrischen Modells. Die Vergleichbarkeit zu existierenden Modellierungsansätzen wird gezeigt. Der Aufbau einer experimentellen Plattform, die Evaluierung des parametrischen Modells und die Untersuchung verschiedener Einflussfaktoren auf das Sensorverhalten sind Gegenstand des Kapitels 3. Es wird ebenfalls eine spezifische Methodik entwickelt, um typische Parameter wie Sensitivität, rauschäquivalente Leistung und Detektivität zu bestimmen. Unter Berücksichtigung der gewonnenen Erkenntnisse und Nutzung moderner Methoden der Mikrosystemtechnik werden in Kapitel 4 schließlich Konzepte für miniaturisierte photoakustische Detektoren entwickelt und umgesetzt. Da die messbare Gasempfindlichkeit eines Detektors letztlich auch vom Messaufbau abhängt, wird an dieser Stelle das integrierte Sensorkonzept vorgestellt, umgesetzt und untersucht. Im abschließenden Kapitel 5 werden die in dieser Arbeit entwickelten Detektor- und Sensorkonzepte mit jenen konkurrierenden Systemen verglichen, welche in Kapitel 1 beschrieben wurden. Weitere Entwicklungs- uns Anwendungsmöglichkeiten bieten einen Ausblick auf die Zukunft der photoakustischen Gasdetektion

The design study of IceCube DeepCore : Characterization and veto studies

In dieser Arbeit wird die zentrale Design-Studie für die Niedrig-Energie Erweiterung "DeepCore", des IceCube Neutrino Teleskops, vorgestellt. IceCube und DeepCore befi nden sich derzeit im Bau am geographischen Südpol. Mit DeepCore wird die Energieschwelle von IceCube signifi kant gesenkt, was neue Möglichkeiten eröff net um, unter anderem, die Suche nach galaktischen Neutrino-Punktquellen zu optimieren, Neutrino-Oszillationen in einem bisher nur grob vermessenen Energiebereich zu messen und eine höhere Sensitivität für etwaige, durch Annihilation dunkler Materie induzierte, Neutrino-Signale von der Sonne zu erreichen. Parallel zu der DeepCore Design-Studie, wurde eine neuartige, Software-basierte, Technik entwickelt um den Hintergrund von atmosphärischen Myonen zu reduzieren (Myon-Veto). Mit dieser Technik ist es IceCube erstmals möglich im gesamten messbaren Energiebereich nach Neutrinos aus der südlichen Hemisphäre zu suchen, wenn auch mit reduziertem e ffektivem Volumen. Desweiteren wurde, im Laufe der Entwicklung dieser Myon-Veto Technik, eine Möglichkeit entdeckt, auch die gemessene Rate von atmosphärischen Neutrinos zu reduzieren. Diese stellen einen bislang unreduzierbaren Hintergrund für alle Suchen nach Neutrinos extraterrestrischen Ursprungs dar. Dieser E ffekt wurde, unabhängig von einem etwaigen Detektor-Design, analytisch untersucht. Zum Zeitpunkt der Beendigung dieser Arbeit beginnt die erste Datennahme von Ice- Cube mit DeepCore bei der die volle Myon-Veto Kapazität zur Verfügung steht. Diese Arbeit endet mit einem ersten Blick auf mit DeepCore genommene Daten und einer ersten Abschätzung der Sensitivität DeepCores zur Messung einer Punktquelle am Südhimmel

System-Optimal Routing of Traffic Flows with User Constraints in Networks with Congestion

The design of route-guidance systems faces a well-known dilemma. The approach that theoretically yields the system-optimal traffic pattern may discriminate against some users, for the sake of favoring others. Proposed alternate models, however, do not directly address the system perspective and may result in inferior performance. We propose a novel model and corresponding algorithms to resolve this dilemma. We present computational results on real-world instances and compare the new approach with the well-established traffic assignment model. The quintessence is that system-optimal routing of traffic flow with explicit integration of user constraints leads to a better performance than the user equilibrium while simultaneously guaranteeing a superior fairness compared to the pure system optimum

Künstlersozialversicherungsgesetz: Hintergründe und aktuelle Anforderungen

"Die Autoren informieren in diesem Buch über die Entwicklung der Künstlersozialversicherung. Die Grundsätze der Künstlersozialversicherung und die einzelnen Reformschritte werden skizziert. Die Autoren stellen den Arbeitsmarkt Kultur vor und bereiten aktuelle Daten zur wirtschaftlichen und sozialen Lage von Künstlern und Publizisten auf. Die Sonderstellung der Künstlersozialversicherung im Sozialversicherungssystem wird geschildert und die Autoren gehen auch auf die künftigen Herausforderungen zur Sicherung der Künstlersozialversicherung ein. Besonderen Raum nehmen die Maßnahmen zur Reform des Künstlersozialversicherungsgesetzes im Jahr 2007 ein." (Autorenreferat

Scientific Program of Merian-Cruises No. MSM01 /1 – 3

Die inhaltlichen Schwerpunkte der drei ersten Reisen des F.S. Maria S. Merian spannen sich von biogeochemischen Unter-suchungen der mittleren und nördlichen Ost-seebecken über Studien von Sedimentologie und Sedimenttransport in der westlichen Ostsee bis zu Untersuchungen der Tiefsee-biogeochemie im Golf von Cadiz. MSM01/1a-c: 16.02.-20.03.2006 Warnemünde – Stockholm – Helsinki-Warnemünde Die erste Reise untersucht auf drei Fahrtab-schnitten Auswirkungen der redox-bedingten Biogeochemie in Wechselwir-kung mit externen Stoffeinträgen in den zentralen und nördlichen Becken der Ostsee. Schwerpunkte sind die Funktion der nördli-chen Ostsee als Senke oder Transfergebiet für terrestrisch eingetragene Verbindungen, die Funktion mikrobieller Gemeinschaften im Eis und der Atmosphäre/Wasser–Austausch von Gasverbindungen. MSM01/2: 27.03. – 06.04.2006 Warnemünde - Warnemünde Die zweite Fahrt untersucht oberflächennahe Sedimente in Mecklenburger Bucht, Großem Belt, südlichem Kattegat, Arkonabeckens und nördlichem Bornholmbecken bezüglich ihrer Verteilung, Zusammensetzung und ihres Transportpotentials. MSM01/3: 27.03. – 06.04.2006 Kiel – Cadiz - Lissabon Die dritte Reise führt nach einem einwöchi-gen technischen Aufenthalt in Rostock und Kiel in den Golf von Cadiz mit Untersuchungen von biogeochemischen Stoffumsätzen, Fluid Flow und spezifischen Ökosystemen in der dortigen Schlammvulkanprovinz.The focus of the first three voyages of RV Maria S. Merian ranges from biogeochemcal investigations of the mid and northern basins of the Baltic Sea, to studies of sedi-mentology and sediment transport in the western Baltic Sea and investigations of deep sea biogeochemistry in the Gulf of Cadiz. MSM01/1a-c: 16.-27.02.2006 Warnemünde – Stockholm – Helsinki – Klaipeda - Warnemünde The first voyage with three legs investigates the particular impact of redox-controlled biogeochemistry in relation to external ma-terial supplies in the central and northern basins of the Baltic Sea. Emphasis is laid on the function of the northern Baltic Sea as a sink or transfer area for compounds with a terrestrial origin, the functioning of micro-bial ice-communities, and the sea-atmosphere exchange of gases. MSM01/2: 27.03. – 06.04.2006 Warnemünde – Warnemünde The second voyage focuses on near-surface sediments of the Mecklenburg Bight, the Great Belt, the Arkona Basin and the north-ern Bornholm Basin as to their respective distribution, composition and transport potential. MSM01/3: 27.03. – 06.04.2006 Kiel – Cadiz - Lisbon The third voyage, after 1 week in Rostock and Kiel port for technical purposes, will conduct studies on biogeochemical fluxes, fluid flows and specific ecosystems within the mud volcano province in the Gulf of Cadiz

High-performance giant magnetoresistive sensorics on flexible Si membranes

We fabricate high-performance giant magnetoresistive (GMR) sensorics on Si wafers, which are subsequently thinned down to 100 μm or 50 μm to realize mechanically flexible sensing elements. The performance of the GMR sensors upon bending is determined by the thickness of the Si membrane. Thus, bending radii down to 15.5 mm and 6.8 mm are achieved for the devices on 100 μm and 50 μm Si supports, respectively. The GMR magnitude remains unchanged at the level of (15.3 ± 0.4)% independent of the support thickness and bending radius. However, a progressive broadening of the GMR curve is observed associated with the magnetostriction of the containing Ni81Fe19 alloy, which is induced by the tensile bending strain generated on the surface of the Si membrane. An effective magnetostriction value of λs = 1.7 × 10−6 is estimated for the GMR stack. Cyclic bending experiments showed excellent reproducibility of the GMR curves during 100 bending cycles

LGG-11. Analysis of neurosurgical complications in pediatric supratentorial midline low-grade glioma – results from the German LGG [Abstract]

OBJECTIVE: Around 80% of all pediatric low-grade glioma (LGG) patients undergo at least one tumor surgery. Interventions in the supratentorial midline (SML) are particularly challenging due to the proximity of eloquent areas, yet associated complications are scarcely reported. We investigated the frequency of neurosurgical complications and related impairments and aimed at identifying risk factors for their appearance related to patient characteristics or the procedure. PATIENTS AND METHOD: Records were retrospectively analyzed from 321 patients with SML-LGG from the successive multicenter German LGG studies, who underwent neurosurgery at 63 hospitals between May 12th,1998 and June 27th, 2020. RESULTS: 543 operations (235 resections, 168 biopsies, 140 non-tumor interventions) were performed on 321 patients (54% male, median age 9 years, 11% NF1 positive, 43% visual pathway glioma). Surgical mortality rate was 0,93% (n=3). Applying the Drake classification postoperative surgical morbidity was observed in 259 cases (47,7%), medical morbidity in 103 cases (19%). 30-day persistence rate of newly developed neurological deficits was 44,8% (65/165 cases); neuroendocrine impairment affected 57 patients (17,8%), visual deterioration 34 (10,6%). Complications/impairments following resections were associated with patient age below 3 years at operation, tumor volume above 80 cm(3), presence of hydrocephalus prior to surgery, complete resection, intervention in centers with fewer reported resections and surgery performed between 1998-2006 by univariate analysis. In contrast, the neurosurgical approach, tumor location, NF1 status as well as previous antineoplastic treatment were not associated with the frequency of complications. Regarding biopsies, open biopsies showed significantly more surgery-associated complications/impairments compared with stereotactic procedures. CONCLUSIONS: Neurosurgery-associated complications and impairments were frequent in pediatric patients with supratentorial midline LGG undergoing open surgery in the German LGG-studies. We identified six patient- and institution-associated factors that may increase the risk for surgical complications. Skills at the treating center and extent of resection should be considered appropriately prior to intervention