Filtern
Erscheinungsjahr
- 2018 (55) (entfernen)
Dokumenttyp
Sprache
- Deutsch (48)
- Englisch (6)
- Mehrsprachig (1)
Schlagworte
- Wasserstoff (7)
- MAG-Schweißen (6)
- Hochfester Feinkornbaustahl (5)
- Korrosion (5)
- Mechanisch erzeugte Funken (4)
- Potentialfeldmessung (4)
- Reibfunken (4)
- Schlagfunken (4)
- Schleiffunken (4)
- Wärmeführung (4)
- Kaltriss (3)
- Nichtelektrische Funken (3)
- Nichtelektrischer Explosionsschutz (3)
- ATEX (2)
- Cathodic delamination (2)
- Chlorid (2)
- Corrosion testing (2)
- Elektrolyseverfahren (2)
- Explosionsschutz (2)
- Funkenarme Werkzeuge (2)
- Funkenfreie Werkzeuge (2)
- Gefahrgutverpackungen (2)
- Höherfester Stahl (2)
- Ionische Flüssigkeiten (2)
- Kathodische Enthaftung (2)
- Korrosionsprüfung (2)
- Mechanischer Explosionsschutz (2)
- Nachwärmung (2)
- Numerische Simulation (2)
- Organic coatings (2)
- Organische Beschichtungen (2)
- Reibung (2)
- Richtlinie 2014/34/EU (2)
- Sensorbeschichtung (2)
- Spurenfeuchtemessung (2)
- Wasserstoffspeicher (2)
- ANOVA (1)
- Abschälprüfung (1)
- Adhäsionsprüfung (1)
- Akzeptanzrate (1)
- Alkalien (1)
- Automobilindustrie (1)
- Außenbesichtigung (1)
- BAM-Gefahrgutregel (1)
- BAMline (1)
- Berstdruck (1)
- Berstfestigkeit (1)
- Berstprüfung (1)
- Beton (1)
- Bremsbelag (1)
- CLP (1)
- Cancer therapy (1)
- Classification (1)
- Coating (1)
- Composite structures (1)
- Composite-Druckbehälter (1)
- Composite-Druckgefäße (1)
- Corrosion (1)
- Coulometric sensor (1)
- Cryogenic temperature (1)
- DNA (1)
- DNA damage (1)
- DNA radiation damage (1)
- Dangerous goods packagings (1)
- Dichtheit (1)
- Dichtheitsprüfung (1)
- Diffusion (1)
- Distributed Acoustic Sensing (DAS) (1)
- Distributed fibre optic sensors (1)
- Dosimetry (1)
- Dritter Körper (1)
- Dünnschichten (1)
- Ectoin (1)
- Ectoine (1)
- Ectoine DNA interaction (1)
- Ectoine protein interaction (1)
- Ectoine radiation protection (1)
- Ectoine salt (1)
- Eigenspannungen (1)
- Einspanngrad (1)
- Einstufung (1)
- Electron irradiation (1)
- Energieerzeugung (1)
- Epoxy resin (1)
- Ermüdungsrissfortschritt (1)
- Ex-Werkzeuge (1)
- Explosion protection (1)
- Explosionsdruckentlastung (1)
- Explosionsfeste Bauweise (1)
- Faserverbundwerkstoff (1)
- Faserverbundwerkstoffe (1)
- Fertigungstechnologie (1)
- Flammable gas (1)
- Flammable liquid (1)
- Flammendurchschlagsicherungen (1)
- Flüssigkeitsdruckprüfung (1)
- Friction (1)
- Fügetechnik (1)
- GHS (1)
- GTR 13 (1)
- Gauge pressure (1)
- Gefahrenklassen (1)
- Gefahrgut Transport (1)
- Gefahrguttransport (1)
- Geführte Ultraschallwellen (1)
- Glass capillaries (1)
- Grundgesamtheit (1)
- Hochfeste Stähle (1)
- Hochfester Stahl (1)
- Hybrid Materialien (1)
- Hydrogen (1)
- Hydrogen storage (1)
- Hydroxyl radicals (1)
- Höherfeste Feinkornbaustähle (1)
- I-Träger (1)
- Implant-Test (1)
- In-situ characterization of GDLs (1)
- In-situ synchrotron X-ray computed tomography (1)
- In-situ synchrotron X-ray radiography (1)
- Interkristalline Korrosion (1)
- Kennzeichnung (1)
- Keramikfeder (1)
- Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (1)
- Komponenten (1)
- Konformitätsbewertung (1)
- KorroPad (1)
- Korrosionsschutz (1)
- Kryogene Temperatur (1)
- LIBS (1)
- Leak testing (1)
- Leakage rate (1)
- Leakproofness (1)
- Lebensdauerüberwachung (1)
- Leckage (1)
- Leckagerate (1)
- Lithium Batterien (1)
- Lithium-Batterien (1)
- Lochkorrosion (1)
- Long-term calculation (1)
- Low energy electrons (1)
- Measurement uncertainty (1)
- Metallsulfide (1)
- Metallurgie (1)
- Microdosimetry (1)
- Mikroplastik (1)
- Mobiles LIBS (1)
- Modifizierter Sprühlichtbogen (1)
- Monitoring von Rohrleitungen (1)
- Nicht elektrischer Explosionsschutz (1)
- Nichtrostender Stahl (1)
- Optical backscatter reflectometry (1)
- Optical fibre (1)
- Parkbauten (1)
- Permeability (1)
- Polarmethode (1)
- Polymer composites (1)
- Polymere (1)
- Polymere Eigenschaften (1)
- Prüffristenfestlegung (1)
- Radiation (1)
- Radiation damage (1)
- Radiation therapy (1)
- Rissbildung (1)
- Rohrbiegeprüfstand (1)
- Rohrleitungen (1)
- Rückverfolgbarkeit (1)
- SBFEM (1)
- Safety characteristic (1)
- Sample Performance Chart (1)
- Schadensursachen an Rohrleitungen (1)
- Schmierstoffe (1)
- Schutzgasschweißen (1)
- Schutzsysteme (1)
- Schweißeigenspannungen (1)
- Schweißen (1)
- Schweißprozessparameter (1)
- Schweißverbindungen (1)
- Schwingfestigkeit (1)
- Schädigung (1)
- Spaltkorrosion (1)
- Spannung (1)
- Spannungs-Dehnungs-Verhalten (1)
- Stahllegierungen (1)
- Stichprobenprüfung (1)
- Stift-Scheibe-Anordnung (1)
- Structural health monitoring (SHM) (1)
- Sulfat (1)
- Swept wavelength interferometry (SWI) (1)
- Temperatureinfluss (1)
- Thermomechanische Eigenschaften (1)
- Trace humidity (1)
- Traglastverhalten (1)
- Ultraschallprüfung (1)
- Umwelt (1)
- Vakuum (1)
- Verpackungen (1)
- Verschleiß (1)
- Verteilte Faseroptische Sensorik (1)
- Verteilte faseroptische Sensorik (1)
- Wasserstoffgradient (1)
- Wasserstoffkonzentration (1)
- Wasserstoffunterstützte Kaltrissbildung (1)
- Wear (1)
- Werkstoffklassen (1)
- Zerstörungsfreie Prüfung (1)
- Zufallszahl (1)
- Zustandsüberwachung (1)
- Zyklische Belastung (1)
- Zündgefahrenbewertung (1)
- Überdruck (1)
- Überlebenswahrscheinlichkeit (1)
Organisationseinheit der BAM
- 9 Komponentensicherheit (18)
- 8 Zerstörungsfreie Prüfung (12)
- 9.4 Integrität von Schweißverbindungen (11)
- 2 Prozess- und Anlagensicherheit (10)
- 2.1 Sicherheit von Energieträgern (9)
- 3 Gefahrgutumschließungen; Energiespeicher (9)
- 7 Bauwerkssicherheit (7)
- 7.6 Korrosion und Korrosionsschutz (7)
- 3.0 Abteilungsleitung und andere (5)
- 8.1 Sensorik, mess- und prüftechnische Verfahren (5)
Eingeladener Vortrag
- nein (36)
The water management in proton exchange membrane fuel cells (PEMFC) is strongly influenced by the design of the gas diffusion layers (GDL). Limiting current measurements in small-scale cells operating at high stoichiometries are useful to determine the oxygen transport resistance. The oxygen transport resistance increases, once water condenses inside the GDL. In this study a new electrochemical method for voltage loss estimation of GDL induced oxygen transport losses are presented. This new method, referred to as “transient limiting current” (TLC), is compared with the literature method. TLC allows a direct estimation of oxygen transport resistance at an arbitrarily conditioned state. This study also presents a case study of liquid water visualization of a PEM fuel cell with varying GDLs types.
With the help of quasi in-situ synchrotron X-ray computed tomography and time resolved radiography measurements we investigate appearance and distribution of liquid water inside the GDLs under limiting current conditions.
Derzeit existieren für Gefahrgutverpackungen in den internationalen Gefahrgutvorschriften keine Festlegungen für quantitative Grenzleckageraten, die sich an Sicherheitsbetrachtungen während der Beförderung orientieren. Für die Dichtheitsprüfung im Rahmen der Bauartzulassung von Gefahrgutverpackungen für flüssige Füllgüter ist das Standardprüfverfahren das Eintauchverfahren in Wasser („Bubble Test“). Hierbei handelt es sich um ein lokalisierendes Prüfverfahren. Seine Anwendung lässt keine quantitative Aussage darüber zu, ob unter Beförderungsbedingungen aufgrund von strömungsbedingter Stofffreisetzung durch Leckstellen der Gefahrgutverpackungen die Gefahr der Bildung einer explosionsfähigen Atmosphäre besteht. Zentrales Ziel der vorliegenden Arbeit ist daher, zunächst quantitative Dichtheitsanforderungen an Gefahrgutverpackungen im Hinblick auf die Entstehung explosionsfähiger Dampf-Luft-Gemische während des Transports zu entwickeln. Im Anschluss werden strömungsbedingte Leckageraten der Verschlüsse verschiedener Bauarten von Gefahrgutverpackungen gemessen. Der Vergleich der Messwerte mit den berechneten Grenzwerten ermöglicht die Einschätzung hinsichtlich der Bildung einer explosionsfähigen Atmosphäre. Dieser quantitative Ansatz zur Beurteilung der Dichtheit ist für Gefahrgutverpackungen derzeit noch nicht etabliert. Die Grenzleckageraten werden für das Szenario des interkontinentalen Transports von Gefahrgutverpackungen in einem 20-Fuß-Frachtcontainer im Hinblick auf die untere Explosionsgrenze abgeleitet. Dies geschieht unter Annahme einer Worst-Case-Betrachtung für Beförderungsdauer, Beladung und Luftwechselrate. Als mittlere Beförderungstemperatur wird 30 °C angesetzt. Eine vollständige Durchmischung im freien Luftraum des Containers wird angenommen. Es werden drei repräsentative Baugrößen von Gefahrgutverpackungen gewählt, mit einem Volumen von ca. 6 L, ca. 60 L und ca. 220 L. Als Füllgüter werden die 23 meistbeförderten flüssigen Gefahrgüter betrachtet. Die treibende Kraft für die Strömung durch Leckstellen ist der sich in der Verpackung ausbildende Überdruck. Die Berechnung des Überdrucks erfolgt durch analytische Modellgleichungen in Abhängigkeit der spezifischen Stoffdaten, Füllgrad, Befülltemperatur, Transporttemperatur und Nachgiebigkeit der Verpackungsbauart. Die quantitative Leckageratenmessung der Gefahrgutverpackungen wird mit dem Überdruckverfahren mit Ansammlung (Akkumulationsverfahren) unter Verwendung von Helium als Prüfgas vorgenommen. Zusätzlich erfolgt die Detektion weiterer potentieller Leckstellen außerhalb des Verschlussbereiches mit dem Schnüffelverfahren. Bei allen untersuchten Bauarten, mit Ausnahme des 6 L-Feinstblechkanisters, ist der Verschluss die einzige systematische Leckstelle der Verpackung. Die Messung der Helium-Leckageraten und der anschließende Vergleich mit den berechneten Helium-Grenzleckageraten zeigt, dass folgende Bauarten hinsichtlich des Erreichens der unteren Explosionsgrenze (UEG) durch eine Leckageströmung als kritisch einzuschätzen sind: Kunststoffverpackungen mit Schraubverschlüssen mit Flachdichtung, wenn bei diesen bestimmte Schädigungsmuster im Verschlussbereich vorliegen; Feinstblechkanister, da bei ihnen nicht nur der Verschlussbereich eine Leckstelle darstellt; Kunststoffverpackungen mit Schraubverschlüssen mit Flachdichtung, wenn diese auch für Füllgüter der Verpackungsgruppe I zugelassen sind. Als Konsequenz sollten bei diesen kritischen Bauarten entweder Modifikationen in Bezug auf die Verpackung selbst oder auf die Transportbedingungen im Frachtcontainer vorgenommen werden. Bei Kunststoffverpackungen ist auch die Füllgutpermeation als Freisetzungsmechanismus relevant. Es wird der prinzipielle Rechenweg zur Berücksichtigung dieses Quellterms exemplarisch gezeigt. Diese Arbeit leistet einen grundlegenden Beitrag für die Etablierung einer systematischen quantitativen Dichtheitsbetrachtung von Gefahrgutverpackungen mit dem Ziel der Verbesserung der Sicherheit beim interkontinentalen Gefahrguttransport im Frachtcontainer.
Ionische Flüssigkeiten als neuartige Sensorbeschichtung für coulometrische Spurenfeuchtesensoren
(2018)
Die Arbeit präsentiert erste Messungen mit coulometrischen Sensoren, die mit einer ionischen Flüssigkeit beschichtet sind. Diese Sensoren werden in der Industrie verwendet, um die Spurenfeuchte in unterschiedlichen Gasen zu messen. Normalerweise erfolgt eine Beschichtung der Sensoren mit Phosphorpentoxid und dessen Hydrolyseprodukte. In dieser Arbeit wurde stattdessen eine hygroskopische ionische Flüssigkeit benutzt. Die generierte Gasfeuchte für die Untersuchungen betrug bezogen auf die Frostpunkttemperatur -80 °C bis -30 °C, was gleichbedeutend mit einem Wasserdampf-Stoffmengenanteil von 0,5 μmol·mol-1 bis 376 μmol·mol-1 ist. Zusätzlich zu der Messung mit coulometrischen Sensoren erfolgte eine Referenzmessung der Gasfeuchte mittels eines Taupunkthygrometers. Erste Ergebnisse haben gezeigt, dass es möglich ist mit dieser Art der Beschichtung unterschiedliche Gasfeuchten zu messen. Aber es ergaben sich trotz gleicher Feuchte unterschiedliche Signalintensitäten bei den benutzen Sensoren und es zeigte sich eine Drift des Sensorsignales.
In vielen Bereichen des modernen Stahlbaus kommen geschweißte Vollwandträger, wie I-Träger zum Einsatz. Im Gegensatz zu Walzprofilen können die Bauhöhe, die Querschnittsform und die Blechdicken an die Beanspruchung angepasst werden, wodurch sich wirtschaftliche Vorteile erzielen lassen. Dabei werden heutzutage immer häufiger hochfeste Feinkornbaustähle mit (Mindest-) Fließgrenzen bis 690 MPa eingesetzt. Zur verbesserten Ausnutzung des Tragfähigkeitspotenzials geschweißter Profile aus diesen Stählen existieren keine geeigneten Modelle zur Erfassung der schweißfertigungsbedingten Eigenspannungen an realen Komponenten. Diese Daten werden durch konservative Annahmen angenähert. Die potentielle Tragfähigkeit geschweißter Konstruktionen wird daher in der Regel unterschätzt. Die Eigenspannungsannahmen in DIN EN 1993 basieren auf starken Vereinfachungen, bspw. im Rahmen sog. „Ersatzstabnachweise“. Diese setzen die Proportionalität der Eigenspannungsamplituden zur Fließgrenze voraus. Vergleichsrechnungen mit einem parametrisierten Eigenspannungsmodell zeigten mögliche Abweichungen in den berechneten Tragfähigkeiten über mehrere Knicklinien. Die Festlegungen hinsichtlich der anzuwendenden Knicklinie beeinflussen jedoch die Blechdicken und somit in erheblichem Maße auch die Fertigungskosten.
Als Optimierungsstrategie wurden in diesem Forschungsprojekt deswegen unterschiedliche anwendungsorientierte Modellansätze entwickelt, welche mithilfe nichtlinearer Traglastberechnungen, die höhere Ausnutzung von Tragfähigkeitsreserven ermöglichen sollen.
Forschungsziel war somit primär die Entwicklung und Bereitstellung entsprechender Berechnungsansätze. Experimentell wurde hierzu der Eigenspannungszustand von konventionell geschweißten Strukturen am Beispiel der im Stahlbau besonders häufig verwendeten I-Träger aus zwei gängigen Baustählen, einem unlegierten Baustahl S355J2+N und einem Feinkornbaustahl S690QL, erfasst und durch numerische Schweißstruktursimulationen ergänzt. Anschließend erfolgte die Ableitung eines vereinfachten Berechnungsmodells zur weiteren Berücksichtigung in nichtlinearen Tragfähigkeitsberechnungen. Die Erkenntnisse sollen in einen entsprechenden Anwenderleitfaden, herausgegeben durch das Technical Committee 8 der Europäischen Konvention für Stahlbau, einfließen und diesbezüglich als Orientierung einer möglichen zukünftigen Anpassung der Knicklinien in DIN EN 1993-1-1 dienen.
Im Projekt wurden die genannten Stähle in zwei typischen Dickenkombinationen von 25/15 mm und 20/10 mm (Gurt- und Stegbleche) zu Großprobekörpern „I-Träger“ unter industrienahen Fertigungsbedingungen mittels Metall-Aktivgasschweißen gefügt. Diese erzeugten die typischen Eigenspannungen, die in solchen Trägern nach der Fertigung vorliegen. Während des Schweißens wurden die Temperaturfelder durch Thermoelemente aufgezeichnet. Die Eigenspannungen wurden nach dem Schweißen experimentell durch eine Kombination aus mechanischem Zerlegen (Zerlegemethode) und anschließender mobiler Röntgendiffraktometrie (XRD) festgestellt. Der Einfluss der industriell üblichen Brennschnittkantenvorbereitung der Bleche auf die finalen
Eigenspannungszustände wurde experimentell zusätzlich an kleinmaßstäblichen Proben untersucht. Metallographische Analysen (Schliffbilder und Härtemessungen) komplettierten das experimentelle Programm der FE 2 (BAM, Berlin).
Die Ergebnisse zeigten, dass beim mechanischen Zerlegen bereits ein Großteil der Eigenspannungen herausgelöst wurde. Eine Aussage zu den nahtnahen Zugeigenspannungen war allerdings erst durch die Überlagerung mit der XRD möglich. Dabei zeigte der S690QL überwiegend ein besseres Verhalten als der S355J2+N, welches sich unter anderem in abgesenkten Zugeigenspannungen im Verhältnis zur jeweiligen Fließgrenze äußerte. Die maximalen Eigenspannungen wurden dabei zumeist in der Wärmeeinflusszone (WEZ) der Schweißnaht gemessen, unabhängig von der eingebrachten Streckenenergie oder der Festigkeit des Grundwerkstoffs. Die baupraktische Annahme, dass die maximalen Eigenspannungen in Höhe der Fließgrenze vorliegen können, wurde nur in Einzelfällen und nur für den S355J2+N bestätigt. Die experimentellen Ergebnisse zeigten für die Druckeigenspannungen ebenfalls reduzierte relative Eigenspannungswerte des S690QL. Dies zeigt die notwendige weitere Optimierung bei der Wahl der Bewertungsansätze für Eigenspannungen auf die Tragfähigkeit.
Die erzeugten Messwerte dienten im weiteren Verlauf als Eingangswerte für die Modellentwicklung und die numerischen Simulationen an I-Trägern durch die FE 1 (LSH, Cottbus). Die numerischen Schweißsimulationen erfolgten in Simufact.Welding® für die Simulationsmodelle mit „klassischem“ Schweißsimulationsansatz sowie in Ansys® für vereinfachte Simulationen und Näherungsansätze. Die Modelle lieferten insgesamt vergleichbare Ergebnisse für die Längseigenspannungen mit teils jedoch erheblichen Unterschieden in den Rechenzeiten. Durch eine angepasste Vernetzung konnte die Rechenzeit in allen Fällen deutlich reduziert werden. Aufgrund der verwendeten Bauteilgrößen ist die Anwendung der Modellierung mit Volumenelementen allerdings meistens nicht praktikabel. Für typische Trägerschweißungen bieten stattdessen Querschnittsmodelle mit der Annahme eines verallgemeinerten ebenen Verzerrungszustands eine mögliche Alternative. Der Abgleich der Ergebnisse mit den Experimenten lieferte zusammenfassend überwiegend gute bis befriedigende Übereinstimmungen. Die experimentell festgestellten Tendenzen wurden dabei in allen Fällen richtig vorhergesagt.
Eine umfassende Bewertung der erzielbaren Genauigkeiten war bisher nicht möglich. Dies lag einerseits daran, dass die Datendichte der mit der durch die Zerlegung gewonnen Ergebnisse gering war. Anderseits lieferten die überlagerten Ergebnisse mit der XRD in Teilen, insbesondere in den interessierenden Druckbereichen, widersprüchliche Aussagen zum Eigenspannungseinfluss, was bisher nicht abschließend geklärt werden konnte. Darüber hinaus entstanden etwaige Abweichungen in den Simulationen auch durch die zugrunde gelegten Materialdaten selbst. Diese entsprachen Standarddatensätzen aus Materialbibliotheken. Die Skalierung dieser erfolgte gleichmäßig über den gesamten Temperaturbereich. Insbesondere für den S690QL existierten zu wenige belastbare Materialkennwerte.
Entsprechende Versuche konnten im Rahmen dieses Vorhabens nicht mit durchgeführt werden.
Dennoch konnten hinsichtlich eines vereinfachten Berechnungsvorgehens zur Berücksichtigung der Schweißeigenspannungen in Tragfähigkeitsberechnungen einige wichtige Erkenntnisse gewonnen werden. Auf Basis der in den numerischen Schweißsimulationsmodellen ermittelten plastischen Dehnungsmuster, auch „Eigenspannungsquellen“, wurde eine vereinfachte Simulationsvorgehensweise vorgeschlagen und verifiziert. Die dabei eingeführten Vereinfachungen wurden im Hinblick auf die Berechnung ausschließlich der plastischen Längsdehnungen bzw. der Längseigenspannungen gewählt. Die Anwendbarkeit ist daher auf ausreichend lange Schweißträger mit Längsnähten beschränkt. Einige Modellmodifikationen zur weiteren Vereinfachung bzw. Modellimplementierung in die strukturmechanische Berechnung an großen Komponenten wurden vorgestellt. Abschließend erfolgt die Einstufung in eine mögliche Knicklinie auf Basis eines mittels GMNIA (geometrisch und materiell nichtlineare Analyse mit Imperfektionen) Berechnungen simulierten Streubands der Tragfähigkeiten mittels Abaqus® und Ansys®. Die anfängliche Hypothese einer günstigeren Knicklinie eines S690QL im Vergleich zum S355J2+N wurde dabei rechnerisch bestätigt. Der experimentelle Nachweis mittels entsprechender Trägerfähigkeitsversuche ist allerdings noch ausstehend.
Quantifizierung der Schädigung von DNA in wässriger Lösung unter direkter Elektronenbestrahlung
(2018)
Bei der Behandlung von Krebs wird Strahlentherapie zur Zerstörung von Tumorzellen eingesetzt. Der zugrunde liegende Wirkmechanismus ist die durch ionisierende Strahlung verursachte Schädigung an Biomolekülen. Dabei kommt den Schädigungsprozessen an DNA aufgrund ihrer zentralen Rolle in Mutation und Zelltod eine besondere Bedeutung zu. Durch den hohen Wasseranteil in menschlichen Zellen findet ein Großteil der inelastischen Streuprozesse an Wassermolekülen statt und führt zur deren Radiolyse. Die so entstehenden Radiolyseprodukte sind für einen Großteil des Schadens an DNA verantwortlich. Ein detailliertes Verständnis der zugrunde liegenden molekularen Interaktion ist die Voraussetzung um effizientere Therapien zu entwickeln.
Ziel dieser Arbeit ist es, die Schädigung von DNA durch ionisierende Strahlung in Abhängigkeit der inelastischen Streuevents und des Energieeintrags innerhalb des biologisch relevanten mikroskopischen Treffervolumens zu quantifizieren. Die Bestrahlungen müssen dazu in Flüssigkeit, unter Berücksichtigung der chemischen Umgebung durchgeführt werden, welche die indirekten Schäden vermittelt. Deshalb wurde eine neuartige Kombination aus Experiment und Monte- Carlo-Simulationen entworfen und angewandt. Um Elektronenbestrahlung flüssiger Lösungen innerhalb eines Rasterelektronenmikroskops zu ermöglichen, wurde ein Probenhalter mit einer für Elektronen durchlässigen Nanomembran entwickelt. So können Bestrahlungen an DNA,
Proteinen, und Zellen bei verschiedenen pH-Werten, Salzkonzentrationen oder in Anwesenheit von Kosoluten durchgeführt werden. Für ein Modellsystem aus Plasmid-DNA in Wasser wurde damit die mittlere letale Dosis aus der Kombination der experimentellen Daten, Partikelstreusimulationen (Geant4-DNA) und Diffusionsberechnungen zu D1/2 = 1.7 ± 0.3 Gy bestimmt. Aus der Konvolution der Plasmidpositionen mit dem durch Elektronenstreusimulationen bestimmten ortsaufgelösten Energieeintrag wurde dessen Häufigkeitsverteilung im Targetvolumen der
Plasmide sowie der mittlere mikroskopische letale Energieeintrag berechnet als E1/2 = 6 ± 4 eV .
Es wurde gefolgert, dass weniger als zwei Ionisationsprozesse im sensitiven Targetvolumen der DNA im Mittel zu einem Einzelstrangbruch führen. Das für mikrodosimetrische Modellierungen wichtige Verhältnis von Einzelstrangbrüchen (SSB) zu Doppelstrangbrüchen (DSB) wurde als SSB : DSB = 12 : 1 bestimmt. Die vorgestellte Methode zur Bestimmung mikroskopischer Schaden-Dosis Relationen wurde auf weitere Klassen von Bestrahlungsexperimenten verallgemeinert. Dadurch ist die Methode unabhängig von der verwandten Primärstrahlung, der Probengeometrie und den Diffusionseigenschaften der untersuchten Moleküle anwendbar. So wird eine Vergleichbarkeit experimenteller Systeme mit inhomogenen Energieverteilungen erreicht, die bei ausschließlicher Betrachtung makroskopischer, gemittelter Größen nicht gegeben ist.
Des weiteren wurden die Strahlenschutzfunktionen des kompatiblen Soluts Ectoine und sein Einfluss auf Wasser und Biomoleküle untersucht. Mittels Ramanspektroskopie wurde ein kon-zentrationsabhängiger Anstieg des Anteils der Kollektivmoden des Wassers der OH-Streckschwingungen und dessen Unabhängigkeit von der Natriumchloridkonzentration beobachtet.
Molekulardynamik-Simulationen zeigten, dass die zwitterionischen Eigenschaften zur Bildung einer half-chair Konformation Ectoines führen. Die Wasserstoffbrückenbindungen in der ersten Hydrationshülle sind signifikant stabiler und besitzen höhere Lebensdauern als das Bulk-Wasser. Bestrahlung von DNA in Anwesenheit von 1 M Ectoine führt zu einer Erhöhung der Überlebensrate um den Faktor 1,41. Die Schutzfunktion wurde auf die Erhöhung des Streuquerschnitts niederenergetischer Elektronen an den akustischen Vibrationsmoden des Wasser durch Ectoine und seine Wirkung als OH-Radikalfänger zurückgeführt. Dies wurde mittels Ramanspektroskopie und Elektronenspinresonanzmessungen (ESR) nachgewiesen.