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Kernfusion und Strahlenschutz

Kernfusion und Strahlenschutz In Deutschland und weltweit wird Kernfusion als mögliche Energiequelle erforscht. Das Prinzip der Kernfusion basiert auf der Verschmelzung von zwei Atomkernen. Das BfS beobachtet und bewertet die für die Kernfusion relevanten Strahlenschutzaspekte, identifiziert Wissenslücken und initiiert Forschungsprojekte. Das BfS informiert Politik und Öffentlichkeit dazu. Das BfS stellt die Expertise bereit, um den bei Entwicklung und Betrieb von Fusionsanlagen nötigen Strahlenschutz zu gewährleisten. Daher begleitet es zum Beispiel eine Fusionsforschungsanlage mit Messungen. Bei Unfällen in einem Fusionsreaktor werden deutlich geringere radiologische Auswirkungen erwartet, als bei Unfällen in einem Kernkraftwerk möglich sind. Was ist Kernfusion? In der Kernphysik gibt es zwei Möglichkeiten, in größeren Mengen Energie für den Menschen nutzbar zu machen: erstens durch die Spaltung von Atomkernen wie etwa von Uran -235. Das wird in Kernkraftwerken gemacht. Zweitens durch das Prinzip der Kernfusion, also der Verschmelzung von Atomkernen – einem Prinzip, mit dem auch Sterne wie unsere Sonne ihre Energie erzeugen. Die Kernfusion wird in Deutschland und weltweit mit verschiedenen Ansätzen erforscht. Dabei spielen auch Strahlung und Radioaktivität und somit der Strahlenschutz eine Rolle. Das Bundesamt für Strahlenschutz ( BfS ) verfügt hier über vielfältige Kompetenzen, um diese verschiedenen Ansätze im Hinblick auf den Strahlenschutz fachlich zu begleiten. Das Bundesamt für Strahlenschutz forscht und berät – auch zu Strahlenschutz bei Kernfusion. Auch wenn sich das Grundprinzip ähnelt, unterscheidet sich der Fusionsprozess, der zur Energiegewinnung auf der Erde verfolgt wird, von dem, was in der Sonne passiert: In der Sonne wird hauptsächlich dadurch Energie freigesetzt, dass aus vier Wasserstoffkernen durch Fusion in mehreren Schritten ein Heliumkern erzeugt wird. Der Prozess der Energiefreisetzung durch die Verschmelzung von vier Wasserstoffkernen läuft über extrem lange Zeiträume ab. Die Energieerzeugung auf der Erde soll aber schnell erfolgen – über die Fusion von Deuterium und Tritium. Deuterium ist ein nicht radioaktives Isotop des Wasserstoffs mit einem Proton und einem Neutron. Tritium ist dagegen ein radioaktives Isotop des Wasserstoffs mit einem Proton und zwei Neutronen. Nach derzeitigem Stand sollen in Fusionsreaktoren Deuterium und Tritium zu einem Heliumkern verschmelzen, obwohl sie sich wegen ihrer positiven elektrischen Ladung abstoßen. Dies erreicht man mit zwei unterschiedlichen Konzepten: Entweder schließt man die positiv geladenen Atomkerne durch ein Magnetfeld ein und heizt sie stark auf, oder man beschießt sie mit Lasern. Die erste Methode heißt Magnetfusion, die zweite Trägheits- oder Laserfusion. Bei der Fusion von Deuterium und Tritium wird ein energiereiches Neutron freigesetzt. Der entstandene Heliumkern ist stabil, also nicht radioaktiv. Magnetfeld von Wendelstein 7-X Quelle: MPI für Plasmaphysik, Matthias Otte Die freigesetzten Neutronen sind für die Kernfusion selbst nicht erforderlich, können im Material, aus dem der Fusionsreaktor besteht, jedoch zusätzliche radioaktive Atomkerne erzeugen. So kann beispielsweise in Bauteilen aus Stahl das radioaktive Kobalt-60 entstehen, das beim Zerfall sehr energiereiche Gammastrahlung aussendet. Den Vorgang, durch den nicht-radioaktives Material zum Beispiel durch Beschuss mit Neutronen radioaktiv gemacht wird, nennt man " Aktivierung “. Die freigesetzten Neutronen können allerdings verwendet werden, um im laufenden Betrieb eines Fusionsreaktors Tritium zu erzeugen, das dann wieder für den Fusionsprozess verwendet werden kann. Für diesen Teilprozess wird in die Auskleidung eines Fusionsreaktors (technisch "Blanket") Lithium eingebracht. Die bei der Fusion entstehenden Neutronen bilden dann dort Tritium. Bei der Kernspaltung wird ein schwerer Atomkern, für die Energiegewinnung meist Uran-235, durch ein Neutron gespalten. Dabei entstehen unter anderem weitere Neutronen, die eine unkontrollierte Kettenreaktion auslösen können. Eine solche unkontrollierte Kettenreaktion ist bei der Kernfusion ausgeschlossen. Zudem werden in der Summe bei der Kernfusion weitaus weniger Radionuklide verwendet oder erzeugt als bei einem Kernkraftwerk. Es entstehen bei der Kernfusion weniger radioaktive Abfälle als bei der Kernspaltung und es würden bei einem Unfall geringere Mengen an Radionukliden freigesetzt werden. Schließlich sind die in einem Fusionsreaktor entstehenden radioaktiven Atomkerne oft kurzlebiger. Einblicke in die verschiedenen zur Fusion diskutierten Forschungsansätze geben zum Beispiel das Max-Planck-Institut für Plasmaphysik sowie die Internationale Atomenergie-Organisation (IAEA) . Letztere veröffentlichte den sogenannten World Fusion Outlook (IAEA World Fusion Outlook 2025) . Welche Rolle spielt Strahlenschutz bei der Kernfusion? Die Entwicklung und der Bau von Fusionsanlagen zur kommerziellen Elektrizitätserzeugung sind ein großes gesellschaftliches Thema, bei dem es gilt, beträchtliche technologische Herausforderungen zu meistern. Dabei spielen auch Strahlung und Radioaktivität und somit der Strahlenschutz eine Rolle. Das BfS verfügt über vielfältige Kompetenzen, um die verschiedenen Fusionskonzepte im Hinblick auf den Strahlenschutz fachlich zu begleiten und Politik sowie Öffentlichkeit zu informieren. Das BfS wirkt zum Beispiel mit beim Erarbeiten von Normen, etwa für den Einsatz von Tritium . Schon heute, im Forschungsstadium, ist das Amt Teil der Emissionsüberwachung. So kontrolliert das BfS an der Fusionsanlage Wendelstein 7-X in Mecklenburg-Vorpommern Proben von Ableitungen in die Luft. Bei Unfällen in einem Fusionsreaktor werden aus physikalischen Gründen deutlich geringere radiologische Auswirkungen erwartet als bei Unfällen in einem Kernkraftwerk . Daher liegen die maximal möglichen Strahlendosen für die Bevölkerung selbst bei einem schweren Unfall in einem Fusionskraftwerk um mehrere Größenordnungen unter den maximal möglichen Strahlendosen bei einem schweren Unfall in einem Kernkraftwerk . Im Detail gibt es folgende Bereiche, die den Strahlenschutz betreffen: Stand: 13.04.2026

Digital Elevation Models and Time-Lapse Imagery from Analogue Experiments on the Interaction between Magma Injection and Rainfall-Driven Surface Processes

This dataset documents a series of analogue experiments designed to investigate the coupled evolution of magma-driven surface uplift and rainfall-driven geomorphic processes. Seven controlled laboratory experiments were conducted, each combining shallow intrusion of a magma analogue with imposed rainfall of varying intensity, in order to systematically explore the role of surface processes under different forcing conditions. The experimental setup consists of a rigid Plexiglas container filled with a water-saturated granular mixture formulated to reproduce brittle crustal behaviour under wet conditions. Magmatic intrusion was simulated by injecting a fixed volume (360 cm³) of low-viscosity polyglycerine through a basal inlet at three distinct injection rates, while surface processes were imposed using an overhead rainfall system delivering three different rainfall intensities. Topographic evolution during each experiment was monitored using a structured-light laser scanner (Artec Leo). For every model run, six Digital Elevation Models (DEMs) were generated at synchronised stages corresponding to 0%, 20%, 40%, 60%, 80% and 100% of the injected volume, yielding a total of 42 DEMs. Raw scans were processed through a triangulated irregular network (TIN) meshing workflow and subsequently rasterised to GeoTIFF format without additional post-processing, in order to preserve the original topographic signal. In parallel, time-lapse photographic documentation was acquired throughout each experiment using a digital camera, providing a complementary visual record of dome growth, surface incision and sediment redistribution. The dataset is organised into two main components: (i) high-resolution topographic datasets (DEMs) and (ii) time-indexed photographic sequences, both linked to the temporal evolution of each experiment. Quality control procedures include scanner calibration prior to acquisition, verification of mesh consistency and raster resolution, and a closed-system experimental design ensuring mass conservation. All data are distributed in their original formats and accompanied by detailed documentation describing experimental procedures, data processing workflows, and file organisation, enabling reproducibility and reuse in quantitative analyses of coupled magmatic and surface processes. This publication results from work conducted under the transnational access/national open access action at University Roma Tre, Laboratory of Experimental Tectonics (LET) supported by WP3 ILGE - MEET project, PNRR - EU Next Generation Europe program, MUR grant number D53C22001400005.

Laser diffraction grain-size data of Late Glacial to present sediment cores from Schweriner See, NE Germany

This dataset contains laser diffraction grain-size distributions from five Late Glacial to present sediment cores recovered from the northern shore of Schweriner See (See = Lake, NE Germany). The cores (3.0–4.6 m long, 5 cm diameter) were collected using a percussion coring system from different geomorphological positions, including beach ridges, a lake terrace, and the base of a shore slope. One core (Döpe19/1) was obtained from the northeastern shore of Schweriner Außensee in the Döpe area, while four cores (HoVie05–HoVie08) were recovered from the Hohen Viecheln area in the north shore of Schweriner Außensee. Sediment cores were subsampled at 2 cm resolution, and grain-size measurements were performed using a Fritsch Laser Particle Sizer Analysette 22 MicroTec plus (0.08–2000 μm) following removal of organic matter and carbonates and ultrasonic dispersion.

Historical digital terrain model data of the Weser Estuary (HIWEST)

The Weser estuary at the German North Sea coast serves as a fairway to the harbours of Bremerhaven and Bremen. To ensure safe shipping and navigation, the navigation channel depths are nowadays intensively monitored, and have been so in the past. These are valuable data for consulting and research purposes, and enables investigations leading to a better understanding of hydrodynamics, salt intrusion and morphological processes in the estuary, in the present as well as the past. For recent years, thanks to modern monitoring techniques and digitalization, measuring data has been compiled to consistent digital terrain models of high quality and accuracy. For time periods before the 1990ies however, measurements were scarcer and the data are available only in form of printed bathymetrical and nautical charts. The objective of the project “Historical system states of the Weser estuary (HIWEST)” was to: • digitalize depths measurements starting from 1960, • georeference the data points and • process and compile them to digital terrain models that can be used for research and consulting. The project was led and financed by the Federal Waterways Engineering and Research Institute (BAW). It was supported by the Federal Maritime and Hydrographic Agency (BSH) and by the German Water and Shipping Administration (WSV) who provided printed charts and scanned data sets. The smile consulting GmbH was contracted to process the data and compile digital terrain models. One of the main challenges of the project was georeferencing. While georeferencing and projecting in the horizontal domain was comparatively straightforward, the transformation of depths below different chart datums to the Germans mean height reference system represented a challenge. This was accomplished by an algorithm considering spatial polygons provided by BSH and further meta information on the different levelling systems. The accuracy of the data sets differs depending on the quality of the original data. Since the 1990ies, powerful measurement methods such as airborne laser scanning (ALS) and multibeam echo-sounding has led to high resolutions and high data accuracy. In past surveys, the depths were measured in single-beam echo-soundings, often along individual cross sections, and there is no information between these soundings. As a result, the older terrain models are much smoother then the newer ones and contain less detailed information. More technical details can be found in the appendix of the technical report. The following digital terrain models (DTM, in the following the German abbreviation DGM is used) of the Lower and Outer Weser estuary were made available: • DGM 1966, marking the situation before deepening the Outer Weser to SKN-12 m</li> • DGM 1972, marking the situation before deepening the Lower Weser to SKN-9 m</li> • DGM 1981, marking the situation before extensive river works in the Lower Weser</li> • DGM 1996, marking the situation before deepening the Outer Weser to SKN-14 m</li> • DGM 2002, marking the situation after deepening the Outer Weser to SKN-14 m, reference digital terrain model. The years were chosen so they would represent consistent periods not affected by constructive engineering measures such as channel deepenings, and secondly based on optimal data availability. Each data set however consists not only of data from the respective year, but data had to be added from adjacent years. To close gaps, data from recent surveys were used. The data sets span the whole estuary from the North Sea to the tidal weir in the city of Bremen and are available as 1x1 m raster data sets. How to cite the HIWEST data: <strong style="color: red;"> The data set is only to be quoted together with the Technical Report.</strong> Report: Bundesanstalt für Wasserbau (2020): Historical digital terrain models of the Weser Estuary (HIWEST). Technical Report B3955.02.04.70168-6. Bundesanstalt für Wasserbau. https://henry.baw.de/handle/20.500.11970/107521 Data set: Bundesanstalt für Wasserbau (2020): Historical digital terrain model data of the Weser Estuary (HIWEST) [Data set]. Bundesanstalt für Wasserbau. https://doi.org/10.48437/02.2020.K2.5200.0001

Spurendetektion und ortsaufgelöste Analyse von Radionukliden mittels Laser-Ionisations Massen-Spektrometrie, Teilprojekt B

Strategien laserbasierter und mechanischer Regulierung nicht samenbürtiger Unkräuter, Teilprojekt A

LA-ICP-MS data (Mg/Ca, Sr/Ca and Mn/Ca) of foraminifera from controlled growth experiments

LA-ICP-MS data from three different experiments including five foraminiferal species: Ammonia confertitesta (Bourgenuf, France), Bulimina marginata, Cassidulina laevigata (Gullmard Fjord, Sweden), Amphistegina lessonii and Operculina ammonoides (Eilat, Israel). Foraminifera were cultured at different oxygen concentrations (30% and 100% oxygen saturation). Element to calcium ratio (E/Ca) and partition coefficients (D) of Mg, Mn and Sr are noted for individual laser ablation measurements per specimen.

Grain size composition of LGM European loess samples

Grain size composition of loess samples from LGM European loess sequences. Loess samples of about 200 g were prepared to extract the grain size fractions studied. Grain size separations were performed on at least 10 g of dry sample. First, the entire sample was sieved with demineralized water on 63 microns and 20 microns sieves. The rejects were collected, dried and weighed. The clay fraction was obtained by decanting the fraction below 20 microns. The rest of the sample was mixed and left to settle for 1 hour. This procedure is repeated until a transparent supernatant is obtained. The two fractions thus obtained are dried and weighed. The size of the different fractions was then checked by laser granulometry.

Identifikation und Charakterisierung feiner Fasern in der Luft

Das Forschungsvorhaben dient der Entwicklung eines optischen Verfahrens zur on-line Erfassung und Charakterisierung von lungengaengigen Mineralfasern in der Luft. Die Luft wird durch ein kleines Messvolumen gesaugt, das die Partikel einzeln durchqueren. Mit Hilfe einer Triggeroptik, die das Vorhandensein einer Partikel erkennt, wird ein kurzzeitiger, intensiver Laserimpuls ausgeloest, der die Partikel aus zwei orthogonalen Richtungen beleuchtet. Es entstehen zwei Beugungsmuster, die mit Hilfe von Videokameras aufgenommen werden. Durch Bildanalyse des Musters und Anwendung der Beugungstheorie werden Laenge und Durchmesser der Partikel ermittelt. Das Vorhaben steht in Zusammenhang mit anderen Projekten, die im Rahmen des Schwerpunktprogramms an anderen Hochschulen zur Problematik der Fasererkennung in der Luft durchgefuehrt werden.

Fernerkundung Umweltschutz, Fernerkundung fuer den Umweltschutz

Ein Excimer-Laser schickt UV-Blitze aufs Wasser, Algen, Oele und Tracer antworten mit Fluoreszenzen, die mit einer Array-Kamera aufgenommen werden. Von Molen, Bruecken, Schiffen und Hubschraubern aus wurde der Fluoreszenz-Untergrund von Gewaessern und die Konzentrationen von Gelbstoffen, Algenpopulationen und Tracern gemessen. Im Labor wurden die Fluoreszenzen von Oelen in duennen Schichten und Emulsionen sowie Vergiftungserscheinungen an Algen untersucht.

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