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A round-robin study has been carried out to estimate the impact of the human element in small-angle scattering data analysis. Four corrected datasets were provided to participants ready for analysis. All datasets were measured on samples containing spherical scatterers, with two datasets in dilute dispersions and two from powders. Most of the 46 participants correctly identified the number of populations in the dilute dispersions, with half of the population mean entries within 1.5% and half of the population width entries within 40%. Due to the added complexity of the structure factor, far fewer people submitted answers on the powder datasets. For those that did, half of the entries for the means and widths were within 44 and 86%, respectively. This round-robin experiment highlights several causes for the discrepancies, for which solutions are proposed.
A Round Robin study has been carried out to estimate the impact of the human element in small-angle scattering data analysis. Four corrected datasets were provided to participants ready for analysis. All datasets were measured on samples containing spherical scatterers, with two datasets in dilute dispersions, and two from powders.
Most of the 46 participants correctly identified the number of populations in the dilute dispersions, with half of the population mean entries within 1.5 % and half of the population width entries within 40 %, respectively. Due to the added complexity of the structure factor, much fewer people submitted answers on the powder datasets.
For those that did, half of the entries for the means and widths were within 44 % and 86 % respectively. This Round Robin experiment highlights several causes for the discrepancies, for which solutions are proposed.
XUV- and X-ray free-electron-lasers (FEL) combine short wavelength, ultrashort pulse duration, spatial coherence and high intensity. This unique combination of properties opens up new possibilities to study the dynamics of non-reversible phenomena with ultrafast temporal and nano- to atomic-scale spatial resolution. In this contribution we wish to present results of time-resolved experiments performed at the XUV-FEL FLASH (HASYLAB/Hamburg) aimed to investigate the nano-scale structural dynamics of laser-irradiated materials. Thin films and fabricated nano-structures, deposited on Si3N4-membranes, have been excited with ultrashort optical laser pulses. The dynamics of the non-reversible structural evolution of the irradiated samples during laser-induced melting and ablation has been studied in an optical pump - XUV-probe configuration by means of single-shot coherent scattering techniques (i.e. diffraction imaging [1]). In a first set of experiments we investigated the formation of laser induced periodic surface structures (LIPSS) on the surface of thin Si-films (thickness 100 nm). In a simplified view LIPPS are generated as a result of interference between the incident laser pulse and surface scattered waves which leads to a periodically modulated energy deposition. Time-resolved scattering using femtosecond XUV-pulses (with a wavelength of 13.5 nm and 7 nm) allowed us to directly follow LIPSS evolution on an ultrafast time-scale and with better than 40 nm spatial resolution. The observed scattering patterns show almost quantitative agreement with theoretical predictions [2] and reveal that the LIPSS start to form already during the 12 ps pump pulse. In the second set of measurements we studied picosecond and femtosecond laser induced ablation and disintegration of fabricated nano-structures. Correlations of coherent diffraction patterns measured at various time delays to the pattern of the undisturbed object show that order in the structure is progressively lost starting from short length scales. This structural rearrangement progresses at close to the speed of sound in the material. Under certain circumstances (e.g. adequate sampling) it became also possible to reconstruct real-space images of the object as it evolves over time [3]. The possibility of femtosecond single-shot imaging of ultrafast dynamic processes with nanoscale resolution provides yet more details of the physical processes involved. [1] H. N. Chapman et al. Nature Phys. 2, 839 (2006). [2] J. F. Young et al., Phys. Rev. B 27, 1155 (1983). [3] A. Barty et al. Nature Phot. 2, 415 (2008).
Irradiation of solid surfaces with intense ultrashort laser pulses represents a unique way of depositing energy into materials. It allows to realize states of extreme electronic excitation and/or very high temperature and pressure and to drive materials close to and beyond fundamental stability limits. As a consequence, structural changes and phase transitions often occur along unusual pathways and under strongly nonequilibrium conditions. Due to the inherent multiscale nature—both temporally and spatially—of these irreversible processes, their direct experimental observation requires techniques that combine high temporal resolution with the appropriate spatial resolution and the capability to obtain good quality data on a single pulse/event basis. In this respect, fourth-generation light sources, namely, short wavelength and short pulse free electron lasers (FELs), are offering new and fascinating possibilities. As an example, this chapter will discuss the results of scattering experiments carried out at the FLASH free electron laser at DESY (Hamburg, Germany), which allowed us to resolve laser-induced structure formation at surfaces on the nanometer to submicron length scale and in temporal regimes ranging from picoseconds to several nanoseconds with sub-picosecond resolution.
Weltweit werden etwa 80–85 % aller abgebauten Rohphosphate für die Produktion von Düngemitteln verwendet. Bei noch steigendem Bedarf an Phosphor (P) geht man derzeit davon aus, dass die weltweiten P-Reserven noch über 200 Jahre ausreichen. Um den P-Vorrat langfristig abzusichern, sollte der in Reststoffen enthaltene Phosphor möglichst umfänglich genutzt werden. Dieser Forderung trägt das von der Bundesregierung 2012 erstmals beschlossene Deutsche Ressourceneffizienzprogramm ProgRess Rechnung. Rohphosphat wird auch seitens der Europäischen Kommission aufgrundseiner ökonomischen Bedeutung und des unsicheren Angebots als „kritischer Rohstoff“ eingestuft. Vor diesem Hintergrund hat die Bundesregierung in der Verordnung zur Neuordnung der Klärschlammverwertung vom 27. September 2017 in Deutschland eine verpflichtende technische Rückgewinnung von Phosphor für Abwasserbehandlungsanlagen ab einer Ausbaugröße von 100.000 Einwohnerwerten (12 Jahre nach Inkrafttreten der Verordnung) bzw. ab einer Ausbaugröße von über 50.000 Einwohnerwerten (15 Jahre nach Inkrafttreten der Verordnung) vorgeschrieben. Die Verordnung enthält keine Vorgaben hinsichtlich der anzuwendenden Technologie bei der Phosphorrückgewinnung. Ausgenommen von der Rückgewinnungspflicht sind Klärschlämme mit niedrigen Phosphorgehalten (weniger als 20 Gramm Phosphor je Kilogramm Klärschlamm-Trockenmasse). Auch die im Jahre 2017 verabschiedeten neuen Rechtsvorschriften für die Düngung verlangen zukünftig einen nachhaltigen und ressourceneffizienten Umgang mit Nährstoffen bei der landwirtschaftlichen Erzeugung und schränken die P-Zufuhr insbesondere auf hoch versorgten Böden ein (Düngeverordnung vom 26. Mai 2017). Dies wird zu einem mehr am Pflanzenbedarf orientierten und ggf. vermehrt überbetrieblichen Einsatz von wirtschaftseigenen Düngern führen. Um den politischen und gesetzlichen Anforderungen gerecht zu werden, müssen einerseits wirksame und kosteneffiziente technische Verfahren zum P-Recycling (weiter)entwickelt werden. Andererseits müssen die Recyclingprodukte die Anforderungen für eine direkte Verwendung in der Landwirtschaft oder als Rohstoff für die Herstellung von Düngemitteln erfüllen. In dem vorliegenden Standpunkt wird zunächst der potenzielle Beitrag von Reststoffen zur Deckung des P-Bedarfs in der deutschen Pflanzenproduktion geschätzt. Für die wichtigsten Reststoffe werden technische Verfahren zur P-Rückgewinnung bzw. Aufarbeitung skizziert. Auf Basis der Anforderungen der Landwirtschaft bzw. der Düngemittelindustrie
an die P-Recyclingprodukte werden deren Herstellungsverfahren bewertet. Schließlich wird der Regelungs- und Forschungsbedarf formuliert.
Der Frequenzbereich der Terahertzwellen liegt im elektromagnetischen Spektrum zwischen den Mikrowellen und dem infraroten Licht – also etwa im Bereich von 0,1 bis 10 Terahertz (THz). Der VDI-Statusreport „Terahertzsysteme und Anwendungen“ stellt die unterschiedlichen Konzepte für Terahertzsysteme vor und zeigt Anwendungsbeispiele, bei denen die Terahertztechnik erfolgreich eingesetzt wird. Umfangreiche Literaturangaben ermöglichen eine intensivere Beschäftigung mit allen Themen des VDI-Statusreports.
Diese Richtlinie definiert Kenngrößen und Messverfahren, um Terahertzsysteme für die Zeitbereichsspektroskopie (TDS)zu spezifizieren. So können Hersteller ihre Systeme übereinstimmend beschreiben und Anwender einfach Systeme vergleichen. Systeme für die Terahertz-Zeitbereichsspektroskopie sind aktive Systeme und nutzen verschiedene Techniken sowohl zur Erzeugung als auch zur zeitaufgelösten Messung von breitbandigen Terahertzimpulsen. Die dazugehörigen Terahertzspektren und -Phasen werden nach einer zeitlichen Abtastung über eine Fourier-Transformation berechnet. In dieser Richtlinie wird ein Überblick über die Funktionsweisen von Zeitbereichsspektrometern gegeben, die eingesetzten Messverfahren näher erläutert sowie die benötigten Begriffe und Kenngrößen definiert. Die Richtlinie konzentriert sich dabei auf Systeme, die auf sogenannten Abtastmessverfahren (Sampling-Messverfahren) basieren.
Die nicht ionisierende elektromagnetische Strahlung im Bereich von Terahertz-Frequenzen ermöglicht berührungslose und zerstörungsfreie Mess- und Prüftechnik in zahlreichen Bereichen. Nach ersten Anwendungen in der Astronomie und der Atmosphärenforschung wurden in letzter Zeit Anwendungsfelder in der Sicherheitstechnik, der Medizintechnik, der Nachrichtentechnik und der zerstörungsfreien Prozess- und Qualitätskontrolle erschlossen. Dielektrische Materialien wie Kunststoffe und Keramiken können von Terahertz-Wellen durchdrungen werden. Das ermöglicht Untersuchungen des Objektinneren ohne spezielle Schutzmaßnahmen, wie sie z.B. beim Röntgen notwendig sind. Die Richtlinie erleichtert die Verständigung zwischen Nutzern, Herstellern und dem Vertrieb von Terahertz-Systemen. In der Richtlinie werden bekannte Einsatzgebiete sowie die eingesetzten Verfahren und Funktionsprinzipien aufgeführt, um den Leser bei der Auswahlentscheidung zu unterstützen. Nach einer kurzen Einführung in die physikalischen Grundlagen und Hinweisen zur elektromagnetischen Verträglichkeit, zum Strahlenschutz und zur regulierten Frequenzvergabe werden die verschiedenen Geräteklassen von Terahertz-Systemen ausführlich vorgestellt. Die Richtlinie gibt Hinweise zur messtechnischen Charakterisierung von Terahertz-Wellen. Einsatzgebiete von Terahertz-Systemen, wie die zerstörungsfreie Prüfung, die Dicken- und Abstandsmessung, die Tomografie und die chemische Analytik, werden mit ihren spezifischen Eigenschaften im Detail beschrieben. Umfangreiche Literaturverweise vereinfachen eine vertiefte Beschäftigung mit den Themen der Richtlinie. Eine tabellarische Übersicht mit einer Zusammenfassung, welche Terahertz-Systeme für welche Anwendungsfelder eingesetzt werden können, vervollständigt die Richtlinie.