Validation and verification of the Atmospheric Radionuclide Transport Model (ARTM)

Aufgrund der Tatsache, dass die Immissionen radioaktiver Nuklide, resultierend aus den Freisetzungen kerntechnischer Anlagen in Deutschland, im Vergleich zum natürlich vorkommenden radioaktiven Untergrund zu gering sind, um effizient in der Umgebung der Anlagen gemessen werden zu können, ist das Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) zum Schutz der Bevölkerung dazu angehalten, deren Ausbreitung zu simulieren und die maximale Personendosis zu berechnen. Während seit den 1970er Jahren Gauß-Fahnenmodelle in Gebrauch waren, hat die Entwicklung immer neuerer und schnellerer Rechenmaschinen Anreize zur Entwicklung des realistischeren Lagrange-Teilchenmodell gesetzt, welche in naher Zukunft für behördliche Zwecke zur Bewertung der Strahlenexposition durch radioaktive Emissionen zum Einsatz kommen sollen. Eines dieser Lagrange-Teilchenmodelle – entwickelt für Langzeitausbreitungen – ist das Atmosphärische-Radionuklid-Transport-Modell (ARTM). In dieser Arbeit wird ARTM anhand realer und fiktiver Szenarien, in welchen das Programmverhalten und seine Simulationsergebnisse untersucht werden, verifiziert und validiert. Eine intensive Sensitivitätsanalyse einiger ausgewählter Modelleingabeparameter und deren Auswirkung auf die Ergebnisse wurde durchgeführt, um die programminternen mathematischen Algorithmen zu verifizieren. ARTM wurde auch zur Validierung und zur Evaluierung der Simulationsergebnisse auf zwei Szenarien angewendet, bei denen Immissionsmessdaten vorhanden waren. Diese Untersuchungen – zuzüglich eines Vergleichs mit dem Kurzzeitausbreitungsmodell LASAIR (Lagrange-Simulation der Ausbreitung und Inhalation von Radionukliden) – zeigen den Anwendungsbereich von ARTM auf und wo noch weitere Entwicklungen nötig sind.Due to the fact that the immissions resulting from the release of radioactive nuclides from nuclear facilities in Germany are too small in comparison to the natural radioactive background to be efficiently measured in their vicinity, the German Federal Office for Radiation Protection (BfS) is obliged to simulate their distribution and calculate the maximum dose rates in order to protect the population. While since the 1970’s Gaussian plume models have been in use, the advent of fast modern computing machines has triggered the development towards the more realistic Lagrangian particle models which shall be used for regulatory purposes in order to assess the radiation exposure from radioactive emissions in the near future. One of these Lagrangian models, developed for simulating long-term emissions, is the Atmospheric Radionuclide Transport Model (ARTM). In this work, ARTM is verified and validated for several real and fictive scenarios, in which both the behaviour of the programme and its simulation results are studied. An intensive sensitivity study on a selection of model input parameters and their effect on results is performed in order to verify the programme-internal mathematical algorithms. ARTM is also applied to two scenarios where measurement data were available in order to validate and evaluate the simulation results. These studies, plus a comparison with the short-term model LASAIR (Lagrange Simulation of Dispersion and Inhalation of Radionuclides), demonstrate the range of usability for ARTM and where further development is needed

A single ion as a shot noise limited magnetic field gradient probe

It is expected that ion trap quantum computing can be made scalable through protocols that make use of transport of ion qubits between sub-regions within the ion trap. In this scenario, any magnetic field inhomogeneity the ion experiences during the transport, may lead to dephasing and loss of fidelity. Here we demonstrate how to measure, and compensate for, magnetic field gradients inside a segmented ion trap, by transporting a single ion over variable distances. We attain a relative magnetic field sensitivity of \Delta B/B_0 ~ 5*10^{-7} over a test distance of 140 \micro m, which can be extended to the mm range, still with sub \micro m resolution. A fast experimental sequence is presented, facilitating its use as a magnetic field gradient calibration routine, and it is demonstrated that the main limitation is the quantum shot noise.Comment: 5 pages, 3 figure

Entwicklung integrierter Treiber-Verstärker für optische Übertragungssysteme in SiGe-Bipolar-Technologie

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung von Treiberverstärkern in SiGe-Bipolar-Technologie für optische Übertragungsstrecken. Die Zielspezifikationen solcher Treiber fordern nicht nur hohe Bandbreiten bzw. Datenraten, sondern auch große Ausgangsspannungshübe im Vergleich zur Durchbruchsspannung der Transistoren. Darüber hinaus wird je nach Anwendung eine hohe Linearität angestrebt. Das Ziel der Arbeit ist die Entwicklung neuer Methoden zur Entwicklung von Treiberverstärkern, die das Erreichen dieser Anforderungen ermöglichen. Treiberschaltungen zeichnen sich besonders durch die großen Spannungshübe aus, die wiederum große Ströme bedingen. Die dadurch entstehenden, großen Verlustleistungsdichten erfordern eine genaue thermische Analyse der Schaltungen. Außerdem werden Schaltungskonzepte vorgestellt, um die Leistungsaufnahme der Treiberschaltungen zu reduzieren. Bedingt durch die großen Ströme in Verbindung mit parasitären Induktivitäten sind Treiberschaltungen besonders anfällig für Instabilitäten. Daher wird die Analyse und Dimensionierung der Schaltungen im Hinblick auf ihre Stabilität ausführlich behandelt. Die Anwendung der neuen Methoden und Konzepte wird am Beispiel der Entwicklung von drei grundlegend unterschiedlichen Treiberschaltungen demonstriert, die jeweils den Stand der Technik erweitern.The subject of this thesis is the development of driver amplifiers in SiGe bipolar technology for optical communication links. The target specifications of such drivers require not only high bandwidths and data rates, but also high output voltage swings compared with the breakdown voltage of the transistors. Furthermore, depending on the application, a high linearity is aimed at. The goal of this work is the development of new methods for the development of driver amplifiers to facilitate the achievement of these objectives. Driver circuits feature in particular high voltage swings and consequently require high currents. The corresponding high power densities require a precise thermal analysis of the circuits. Furthermore, circuit concepts to reduce the power consumption of driver circuits are presented. Because of the high currents in conjunction with parasitic inductances driver circuits are prone for instabilities. Hence, the analysis of the circuits with regard to their stability is elaborately examined. The application of the new methods and concepts is demonstrated at the example of the development of three fundamentally different driver circuits which in each case expand the state of the art

Validation and verification of the Atmospheric Radionuclide Transport Model (ARTM)

Aufgrund der Tatsache, dass die Immissionen radioaktiver Nuklide, resultierend aus den Freisetzungen kerntechnischer Anlagen in Deutschland, im Vergleich zum natürlich vorkommenden radioaktiven Untergrund zu gering sind, um effizient in der Umgebung der Anlagen gemessen werden zu können, ist das Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) zum Schutz der Bevölkerung dazu angehalten, deren Ausbreitung zu simulieren und die maximale Personendosis zu berechnen. Während seit den 1970er Jahren Gauß-Fahnenmodelle in Gebrauch waren, hat die Entwicklung immer neuerer und schnellerer Rechenmaschinen Anreize zur Entwicklung des realistischeren Lagrange-Teilchenmodell gesetzt, welche in naher Zukunft für behördliche Zwecke zur Bewertung der Strahlenexposition durch radioaktive Emissionen zum Einsatz kommen sollen. Eines dieser Lagrange-Teilchenmodelle – entwickelt für Langzeitausbreitungen – ist das Atmosphärische-Radionuklid-Transport-Modell (ARTM). In dieser Arbeit wird ARTM anhand realer und fiktiver Szenarien, in welchen das Programmverhalten und seine Simulationsergebnisse untersucht werden, verifiziert und validiert. Eine intensive Sensitivitätsanalyse einiger ausgewählter Modelleingabeparameter und deren Auswirkung auf die Ergebnisse wurde durchgeführt, um die programminternen mathematischen Algorithmen zu verifizieren. ARTM wurde auch zur Validierung und zur Evaluierung der Simulationsergebnisse auf zwei Szenarien angewendet, bei denen Immissionsmessdaten vorhanden waren. Diese Untersuchungen – zuzüglich eines Vergleichs mit dem Kurzzeitausbreitungsmodell LASAIR (Lagrange-Simulation der Ausbreitung und Inhalation von Radionukliden) – zeigen den Anwendungsbereich von ARTM auf und wo noch weitere Entwicklungen nötig sind.Due to the fact that the immissions resulting from the release of radioactive nuclides from nuclear facilities in Germany are too small in comparison to the natural radioactive background to be efficiently measured in their vicinity, the German Federal Office for Radiation Protection (BfS) is obliged to simulate their distribution and calculate the maximum dose rates in order to protect the population. While since the 1970’s Gaussian plume models have been in use, the advent of fast modern computing machines has triggered the development towards the more realistic Lagrangian particle models which shall be used for regulatory purposes in order to assess the radiation exposure from radioactive emissions in the near future. One of these Lagrangian models, developed for simulating long-term emissions, is the Atmospheric Radionuclide Transport Model (ARTM). In this work, ARTM is verified and validated for several real and fictive scenarios, in which both the behaviour of the programme and its simulation results are studied. An intensive sensitivity study on a selection of model input parameters and their effect on results is performed in order to verify the programme-internal mathematical algorithms. ARTM is also applied to two scenarios where measurement data were available in order to validate and evaluate the simulation results. These studies, plus a comparison with the short-term model LASAIR (Lagrange Simulation of Dispersion and Inhalation of Radionuclides), demonstrate the range of usability for ARTM and where further development is needed

Retrospektivität im Rigveda: Aorist und Perfekt

Der Aufsatz diskutiert das Zusammenspiel von induktiver und deduktiver Methode bei der Funktionsbestimmung grammatischer Kategorien und führt das vorgeschlagene Verfahren anhand der Analyse der Funktionen von Aorist und Perfekt an ausgewählten Textstellen des Rigveda vor. Ergebnis: Aorist wie Perfekt drücken im Rigveda die retrospektive Perspektive aus. Der Aorist focussiert aber enger. Er lässt den Rückblick auf mittelbare – akkumulierte oder in grauer Vorzeit liegende – Ursachen nicht zu, und er bezeichnet auch nur einen aktuellen, keinen langanhaltenden Folgezustand. Das Perfekt, das diesen weiten Focus besitzt, kann nur unter speziellen Bedingungen für den engen aoristischen Focus gebraucht werden