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DFG, LU 583/19-1, VO 1509/7-1

Das Felsenkellerlabor ist ein neues Untertagelabor im Bereich der nuklearen Astrophysik. Es befindet sich unter 47 m Hornblende-Monzonit Felsgestein im Stollensystem der ehemaligen Dresdner Felsenkellerbrauerei. Im Rahmen dieser Arbeit wird der Neutronenuntergrund in Stollen IV und VIII untersucht. Gewonnene Erkenntnisse aus Stollen IV hatten direkten Einfluss auf die geplanten Abschirmbedingungen für Stollen VIII. Die Messung wurde mit dem HENSA-Neutronenspektrometer durchgeführt, welches aus polyethylenmoderierten ³He-Zählrohren besteht. Mit Hilfe des Monte-Carlo Programmes FLUKA zur Simulation von Teilchentransport werden für das Spektrometer die Neutronen-Ansprechvermögen bestimmt. Für jeden Messort wird außerdem eine Vorhersage des Neutronenflusses erstellt und die Labore hinsichtlich der beiden Hauptkomponenten aus myoneninduzierten Neutronen und Gesteinsneutronen aus (α,n)-Reaktionen und Spaltprozessen kartografiert. Die verwendeten Mess- und Analysemethoden finden in einer neuen Messung am tiefen Untertagelabor LSC Canfranc Anwendung. Erstmalig werden im Rahmen dieser Arbeit vorläufige Ergebnisse vorgestellt. Des Weiteren werden Strahlenschutzsimulationen für das Felsenkellerlabor präsentiert, welche den strahlenschutztechnischen Rahmen für die wissenschaftliche Nutzung definieren. Dabei werden die für den Sicherheitsbericht des Felsenkellers verwendeten Werte auf die Strahlenschutzverordnung 2018 aktualisiert. Letztlich werden Experimente an der Radiofrequenz-Ionenquelle am Felsenkeller vorgestellt, die im Rahmen dieser Arbeit technisch betreut wurde. Dabei werden Langzeitmessungen am übertägigen Teststand am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf präsentiert.:1 Einführung und Motivation 2 Grundlagen 3 Der Dresdner Felsenkeller 4 Neutronenflussmessungen am Felsenkeller 5 Auswertung der Neutronenraten 6 Messung am LSC Canfranc 7 Strahlenschutz am Felsenkeller 8 Die Radiofrequenz-Ionenquelle am Felsenkeller 9 Zusammenfassung A Technische Angaben zu den verwendeten Zählern B Aufbauskizzen der Detektoren C WinBUGS Pulshöhenspektren D Savitzky-Golay-Filter Fits E Entfaltung mit Gravel F Omega-Variation mit Gravel G Aktivierungssimulationen

A dual comb spectrometer is used as gas sensor for the parallel detection of nitrous oxide (N2O) and carbon monoxide (CO). These gases have overlapping absorption features in the mid-infrared (MIR) at a wavelength of 4.6 µm. With a spectra acquisition rate of 10 Hz, concentrations of 50 ppm N2O and 30 ppm CO are monitored with a relative precision of 6 × 10 − 3 6\times {10^{-3}} and 3 × 10 − 3 3\times {10^{-3}} respectively. The limit of detections are 91 ppb for N2O and 50 ppb for CO for an integration time of 25 s. The system exhibits a linear sensitivity from 2 ppm to 100 ppm with coefficients of determination of 0.99998 for N2O and 0.99996 for CO.

In der Magnetpartikel-Sonographie (engl. magnetomotive ultrasound) werden magnetische Nanopartikel als Ultraschall-Kontrastmittel verwendet. Dabei wurde oft eine statische lineare Magnetisierungscharakteristik modelliert. Zunächst wird dargelegt, dass mit der Berücksichtigung nichtlinearer dynamischer Magnetisierungseffekte in der Sonographie bisher nicht zugängliche Gewebeparameter prinzipiell über die magnetische Partikelmobilität ermittelt werden können. Da die Nanopartikel in der Sonographie über eine magnetisch induzierte Gewebebewegung abgebildet werden, wird auch die Wirkung einer harmonischen Gewebebewegung auf Ultraschalldaten untersucht. Erkenntnisse werden dazu genutzt, einen phasenbasierten Bewegungsschätzer zu optimieren. Des Weiteren wird erstmals ein therapeutisches Ultraschallsystem in die Magnetpartikel-Bildgebung MPI integriert, sodass schließlich die Temperatur bei Gewebeerhitzung durch therapeutischen Ultraschall mit der Magnetpartikel-Bildgebung gemessen wird. In magnetomotive ultrasound, magnetic nanoparticles are used as ultrasound contrast agents. A static linear magnetization characteristic has often been assumed for modeling purposes. First, it is argued that with the consideration of dynamic nonlinear magnetization effects, previously inaccessible tissue parameters can, in principle, be determined via the magnetic particle mobility in sonography. Since nanoparticles are imaged in sonography via a magnetically induced tissue motion, the effect of harmonic tissue motion on ultrasound data is investigated. Findings are used to optimize a phase-based motion estimator. Furthermore, a therapeutic ultrasound system is integrated into a magnetic particle imaging device (MPI) for the first time, so that the temperature during tissue heating by therapeutic ultrasound is measured with magnetic particle imaging.

Optical spectrometers and sensors have gained enormous importance in metrology and information technology, frequently involving the question of size, resolution, sensitivity, spectral range, efficiency, reliability, and cost. Nanomaterials and nanotechnological fabrication technologies have huge potential to enable an optimization between these demands, which in some cases are counteracting each other. This paper focuses on the visible and near infrared spectral range and on five types of optical sensors (optical spectrometers): classical grating-based miniaturized spectrometers, arrayed waveguide grating devices, static Fabry–Pérot (FP) filter arrays on sensor arrays, tunable microelectromechanical systems (MEMS) FP filter arrays, and MEMS tunable photonic crystal filters. The comparison between this selection of concepts concentrates on (i) linewidth and resolution, (ii) required space for a selected spectral range, (iii) efficiency in using available light, and (iv) potential of nanoimprint for cost reduction and yield increase. The main part of this review deals with our own results in the field of static FP filter arrays and MEMS tunable FP filter arrays. In addition, technology for efficiency boosting to get more of the available light is demonstrated.

In 2018, the accelerator SuperKEKB in Japan and the Belle II spectrometer started their operations. At the beginning of a spectrometer operation researchers began the calibration process of all sub-detectors. In this master thesis we present the calibration of the Aerogel Ring Imaging Cherenkov detector (ARICH). ARICH sub- detector consists of an aerogel plane and a position-sensitive photon detector plane. We explore which channels of the photon detector detected photons when there were not any photons present and which channels have never detected any photons at all. Then we investigate how the number of none working channels changes throughout the Belle II spectrometer operation. In the end we explore how the none working channels influence the measurements of the Cherenkov angle. V začeteku leta 2018 je na Japonskem v pospeševalniku SuperKEKB začel obra- tovati spektrometer Belle II. Ob pričetku delovanja je potrebno spektrometer in njegove komponente umeriti. V magistrski nalogi opišemo potek umeritve detek- torja Čerenkovih obročev ali po angleško Aerogel Ring Imaging Cherenkov detector (ARICH). ARICH je sestavljen iz sloja aerogela in fotonskega detektorja, razdel- jenega na 60480 kanalov. V delu raziščemo, kateri kanali fotonskega detektorja zaznajo fotone, tudi ko fotonov ni bilo, in kateri kanali fotonov ne zaznajo nikoli. Nato pregledamo vpliv takšnih kanalov na meritve Čerenkovega kota in kako se število napačno delujočih kanalov spreminja tekom obratovanja spektrometra Belle II.

Objekt des Monats der UB Wien aus der Mineraliensammlung und dem Museum der Universitätssternwarte (Dezember 2011) Text und Foto: Ao. Univ.-Prof. Dr. Herta Effenberger, Doz. DDr. Thomas Posch

Obravnavala sem temperaturno občutljive materiale, ki nepovratno spremenijo svojo barvo pri značilni temperaturi. Preiskovala sem štiri vzorce: termični papir, komercialno dostopno tiskarsko barvo in tiskarsko barvo, ki je še v razvoju (dve različni izvedbi). Preučevala sem vpliv dveh različnih vrst segrevanj na nastalo barvo vzorca. Statičen način je bil opravljen v laboratorijski pečici z nastavljivo temperaturo, dinamičen pa na posebni napravi z možnostjo nastavitve hitrosti segrevanja in temperature. Izmerila sem refleksijske spektre v vidni svetlobi in jih pretvorila v barvne vrednosti. S pomočjo posebnega programa sem te vrednosti preračunala v barvne razlike nastale na vzorcu v odvisnosti od temperature. Obravnavani vzorci se med seboj razlikujejo po naslednjih podrobnostih: a) temperaturnem območju, kjer poteka sprememba barve, b) velikosti barvne razlike med neobarvanim in popolnoma obarvanim stanjem, c) odvisnosti barvne spremembe pri dani temperaturi od termične zgodovine, d) razliki v obarvanju pri statičnem in dinamičnem segrevanju vzorca. Rezultati kažejo, da je barva analiziranih vzorcev praviloma neodvisna od termične zgodovine, da imajo vsi obravnavani vzorci podobno odvisnost obarvanja od temperature segrevanja in da imajo vsi segreti vzorci stabilno barvo. Zanimivo pa je, da se pri termičnem papirju celotno obarvanje pokaže šele po ohladitvi vzorca, kar pri ostalih vzorcih nisem opazila. Temperature sensitive materials that permanently change its color at a characteristic temperature were analysed. Four different samples were tested: thermal paper, a commercially available printing ink and printing ink, which is under development (two different versions). The influence of static and dynamic heating on the color of the sample were analysed. The static heating was obtained in a laboratory oven with adjustable temperature, while for the dynamic one a special device with the adjustable heating rate and temperature range was used. Visible reflection spectra were measured and used to determine the corresponding color values. These color values were applied to calculate the differences of color appearing in the sample in dependence on the heating temperature. The analysed samples are different in the following details: a) the temperature range where the color changes, b) the size of the color difference between the initial and completely colored state, c) depending of the color change at given temperature on the thermal history, d) different coloration in the case of static and dynamic heating of the sample. In general, the color of the analysed samples is independent on their thermal history. All of the analysed samples have similar dependence of the color on the heating temperature and have a stable color in the fully coloured states. Interestingly, the analysed thermal paper shows the entire coloration only after the corresponding sample has cooled down, which was not observed on any other sample.

Cilj zaključne naloge je bil izdelati refraktometer, ki bi lahko spektralno izmeril lomne količnike tkiv. Na začetku razložim osnovne metode, na katerih temelji moj sistem. Obravnavam dosedanje metode za merjenje lomnega količnika, ter izdelam svoj sistem za spektralno merjenje. V zaključnem delu naloge izvedem meritve ter podam dobljene rezultate, hkrati pa tudi podam možnosti izboljšav. The goal of the thesis was to build a refractometer that measure spectrally resolved refractive indices of biological tissues. In the first part of the thesis the background of the refractometry and tissue properties are presented. Next, design, specific parts and construction of the refractometer, based on the reflectance Abbe refractometer, are presented. The constructed system was characterized using air and water as samples. Finally, possible improvements of the system are presented. It was demonstrated, that the reflectance Abbe refractometer can be fully automatized and be used to perform spectrally resolved refractometry.

SHF Photoelektroneninjektoren sind eine vielversprechende Elektronquelle für hochbrillante Teichenbeschleuniger mit hohem mittlerem Strom und kurzen Teilchenpulsen, wie FELs und ERLs. Für das ERL Projekt bERLinPro wurde einer unabhängige Testanlage GunLab entwickelt um die Leistungsfähigkeit der Injektoren und die Strahlparameter zu überprüfen. Darüber hinaus können neue Komponenten zur Strahldiagnose getestet werden. Die Hauptaufgabe von GunLab ist die Beschreibung des vollständigen sechsdimensionalen Phasenraums der Elektronen in Abhängigkeit aller Injektorparameter. Die Anlage besteht aus einer kompakten Diagnosestrahlführungan dem SHF Photoelektroneninjektoren und einem Kathodenlasersystem. Im Rahmen dieser Arbeit wurden analytische und numerische Studien zu den SHF Photoelektroneninjektoren durchgeführt, um zu erwartende Strahlparameter zu detektieren und die Anforderungen an die Strahldiagnose festzulegen. Darüber hinaus wurden verschiedene Emittanzbeiträge der einzelnen Injektorkomponenten untersucht. Diesbezüglich wurde das Magnetfeld des aktuellen Solenoiden kartiert und auf Asymmetrien getestet, die ebenfalls zu Emittanzvergrößerungen beitragen können. Eine der wesentlichen Komponenten der Diagnosestrahlführung ist das (transversale) Phasenraummesssystem, für das eine besondere Magnetgeometrie entwickelt wurde. Weitere Diagnose Komponenten sind ein optimierter Spektrometerdipol und eine transversal ablenkende Kavität, durch die sich zusammen mit zwei Quadrupolmagneten die Scheibenemittanz bestimmen lässt. Für GunLab wurden unterschiedliche optische Messsysteme entwickelt und optimiert. Der herausforderndste Aufbau ist dabei das Strahl-Halo Messsystem. Es ermöglicht die Beobachtung der transversalen Ladungsverteilung über einen Dynamikbereich von bis zu 6 Größenordnungen. Die Leistungsfähigkeit und die Auflösung aller Messsysteme und Messroutinen wurden bestimmt, um die Visualisierung des kompletten Phasenraums durch GunLab sicher zu stellen. SRF photoelectron injectors are promising electron sources for high brightness accelerators with high average current and short pulse duration like FELs and ERLs. For the ERL project bERLinPro an independent test facility called GunLab was developed and set up to optimize the operation performance of SRF photoinjectors and the electron beam parameters. Furthermore, GunLab allows to investigate the operation of different kinds of photocathodes in the environment of an SRF accelerator and to study new beam diagnostic concepts. Of outmost importance is the characterization of the full six dimensional phase space as a function of all injector parameters. GunLab consists of the compact diagnostic beam line, connected to the SRF photoinjetor module, and a drive laser. In the context of this thesis, analytical and numerical investigations of the SRF photoinjector were performed to estimate beam parameter ranges and to determine the diagnostics requirements. Furthermore, various emittance contributors of the injector were determined. Thereby the magnetic field of the final designed solenoid was measured to determine field asymmetries, which are one major source of emittance growth. One of the central diagnostic components of the beamline is the (horizontal) phase space scanner system. For this purpose, a dedicated air-coil magnet design was developed. Additional diagnostic components include an optimized spectrometer system, a transverse deflecting cavity (TCav) and two quadrupole magnets, to determine longitudinal and sliced emittance. For GunLab different optical measurement systems were developed and optimized, the most challenging setup is a beam halo measurement system. This device is able to observe the transverse charge density with a dynamic range of up to 6 orders of magnitude. The performance and the resolution of all measurement systems and routines for GunLab were determined to ensure the visualization of the electron beam phase space.

For the first time, we present an approach to derive zonal, meridional, and vertical wavelengths as well as periods of gravity waves based on only one OH* spectrometer, addressing one vibrational-rotational transition. Knowledge of these parameters is a precondition for the calculation of further information, such as the wave group velocity vector. OH(3-1) spectrometer measurements allow the analysis of gravity wave ground-based periods but spatial information cannot necessarily be deduced. We use a scanning spectrometer and harmonic analysis to derive horizontal wavelengths at the mesopause altitude above Oberpfaffenhofen (48.09∘ N, 11.28∘ E), Germany for 22 nights in 2015. Based on the approximation of the dispersion relation for gravity waves of low and medium frequencies and additional horizontal wind information, we calculate vertical wavelengths. The mesopause wind measurements nearest to Oberpfaffenhofen are conducted at Collm (51.30∘ N, 13.02∘ E), Germany, ca. 380 km northeast of Oberpfaffenhofen, by a meteor radar. In order to compare our results, vertical temperature profiles of TIMED-SABER (thermosphere ionosphere mesosphere energetics dynamics, sounding of the atmosphere using broadband emission radiometry) overpasses are analysed with respect to the dominating vertical wavelength.

Illustrationen, Diagramme

Eine handelsübliche Kamera, zum Beispiel in einem Smartphone, ist in der Lage, drei Wellenlängenbereiche eines Objektes aufzunehmen. Üblicherweise werden diese Farben – Rot, Grün und Blau – mit RGB abgekürzt. Auf jedem Pixel des Detektors sind breitbandige Filter aufgebracht, die eine besonders starke Transmission für rotes, grünes oder blaues Licht aufweisen. Hyperspektrale Kameras nehmen das Objekt mit einer hohen spektralen Auflösung und Breite auf. Im Allgemeinen geschieht dies in 100-200 Bändern. [Lia05] Für die Aufnahme solcher hyperspektralen Bildern gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten. Zwei davon sollen im Rahmen dieser Arbeit betrachtet werden: 1. Verwendung eines optischen Gitters im Offner-Design 2. Gebrauch einer Kamera mit mehreren Fabry-Pérot Filtern Die zweite Variante stellt hierbei eine sehr kompakte low-cost Variante dar und ist relativ neu. Im Jahr 2012 wurde ein erster Prototyp dieses Filter-Spektrometers veröffentlicht. Hyperspektrale Kameras, welche dagegen mit einem optischen Gitter arbeiten gibt es schon länger. Im Verlaufe der Arbeit wird geprüft, wie sich die räumliche und spektrale Auflösung der klassischen und neuartigen Variante verhalten.

Povzetek V pričujočem magistrskem delu je opisan način merjenja barvne temperature svetlobe belih svetil s pomočjo spektrometra. Opisan je tudi razvoj programske opreme za meritve barvne temperature svetlobe. Programska oprema za meritve barvne temperature svetlobe je bila razvita kot podprogram celotnega programskega sklopa za testiranje modulov LE06, ki so produkt podjetja Vip-Virant. Namen celotnega sistema je testirati modul in s pomočjo izbranih parametrov zagotoviti dolgotrajno delovanje modula. Razvoj funkcionalnega sistema je osnovan na podlagi podanih funkcionalnih in tehničnih zahtev, katerim mora zasnovani sistem ustrezati. Sprva je predstavljena teorija barvne temperature svetlobe belih svetil. Temu sledi načrtovanje koncepta in razvoj merilne opreme. Razvojni proces vključuje izbiro strojne opreme in izdelavo programske opreme ter se zaključi s testiranjem in izboljšavo sistema. Rezultat razvoja je merilna oprem za testiranje modula LE06 za potrebe podjetja Vip-Virant, v magistrskem delu je opisan samo razvoj in delovanje testa meritve temperature svetlobe belega svetila. Ključne besede: barvna temperatura svetlobe, spektrometer, bela svetloba Abstract In the present masters work, is described a method of measuring the temperature of white light lamps using the spectrometer. It also describes the development of software for the measurement of the temperature of the light. Software for measurement of light temperature has been developed as a sub-program of the entire program strand for testing LE06 modules, which are a product of company VIP-Virant. The purpose of the whole system is to test the module and with help of selected parameters ensure long-term operation of the module. The developement of the functional system is designed on the basis of the specified functional and technical requirements, which must meet the designed system. Firstly, the theory about the temperature of white light lamps is presented. This is followed by the design concept and development of the measurement equipement. The development process includes the selection of hardware and making of software, and closes with the testing and improvement of the system. The result is the development of measurement equipment for testing the module LE06 for the needs of company VIP-Virant, the Master thesis describes only the development and operation of test measurements for the temperature of white light lamps. Keywords: temperature of the light, spectrometer, white light

Atmosphärisches Kohlenstoffdioxid und Methan sind die wichtigsten anthropogenen Treibhausgase. Die Quellen und Senken dieser Gase lassen sich durch hochgenaue und repräsentative Messungen mithilfe des sogenannten „Top Down“ Ansatzes bestimmen. Bodengestützte, fernerkundliche Messungen in solarer Direktlicht-Spektroskopie nutzen molekulare Rotations-Vibrations-Absorptionsbanden im nahen Infrarot um die Spurengaskonzentration entlang des Lichtweges durch die Atmosphäre zu bestimmen. Derzeit gibt es Netzwerke einigen duzend Stationen, die weltweit regelmäßige, bodengebundene, fernerkundliche Messungen von CO2 und CH4 durchführen. Durch diese geringe Anzahl ist die Bestimmung von Quellen und Senken dieser Gase jedoch mit erheblichen Unsicherheiten behaftet. Ziel dieser Arbeit ist es, die globale Abdeckung von bodengebundenen, fernerkundlichen Messungen der Klimagase CO2 und CH4 durch mobile und portable Spektrometer zu erweitern, sodass kampagnengebundene Messungen möglich werden. Direktlicht-Spektroskopie erfordert hochgenaues Einkoppeln der solaren Intensität in die Eintrittsblende des Spektrometers. Dies stellt eine Herausforderung für mobile Anwendungen z.B. auf einem Schiff dar. Ein Sonnenfolger, der für den stationären Betrieb konzipiert war, wurde für bewegte Plattformen so erweitert, dass die benötigte Genauigkeit von 0.05 ∘ für Winkelgeschwindigkeiten von bis zu 6.3 ∘s−2 gewährleistet werden kann. Während einer Messkampagne konnte dieser Sonnenfolger erfolgreich auf einem Schiff getestet werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurden zwei Spektrometer mit einem Auflösungsvermögen von mindestens 12.000 für die spektralen Absorptionsbanden von CO2 (≈ 1600 nm), CH4 (≈1650 nm) und O2 (≈ 1260 nm, als Referenz) getestet. Eines der Instrumente ist eine Gitterbasierte Eigenentwicklung. In Voruntersuchungen wurde unter anderem ein sogenanntes „Immersionsgitter“ aus monokristallinem Silizium getestet. Trotz der sehr guten spektralen Eigenschaften, wurde ein Kampagnen-Instrument mit einem konventionellem Gitter implementiert. Ein Teil der Arbeit umfasst die Charakterisierung des 2D-InGaAs-Detektors, welcher Nicht-Linearitäten und unerwünschte Interferenzmuster zeigte. Das implementierte Instrument hat ein Auflösungsvermögen von 29.000 und kann die atmosphärische CO2 -Konzentration mit einer Präzision von etwa 0.4% messen. Das zweite getestete Instrument ist das EM27/SUN Fourier-Transform-Spektrometer. Es wurde in Zusammenarbeit mit Bruker Optics und dem KIT entwickelt und konnte bereits hervorragende Eignung im stationären Betrieb unter Beweis stellen. Diese Arbeit konnte zeigen, dass auch im schiff-gestützten Betrieb während einer Fahrt von Kapstadt nach Bremerhaven eine hoch genaue Messung mit einer Präzision von 0.03% bei XCO2 und 0.04% bei XCH4 mit diesem Instrument möglich ist (Klappenbach et al., 2015). Dieser veröffentlichte Nord-Süd-Transekt reproduziert den inter-hemisphärischen Gradienten der Konzentrationen beider Spurengase, mit erhöhten Messwerten in der nördlichen Hemisphäre. Nach Kalibration ist die Messung akkurat genug um Satelliten Daten zu validieren und ermöglicht es in einer Folgestudie Modelldefizite eines Vorhersagemodells für atmosphärisches CO2 und CH4 zu quantifizieren.

V diplomski nalogi predstavljam uporabo spektrometra pri pouku fizike ali izbirnih predmetov. Za začetek zapišem nekaj o spektru svetlobe in vrstah spektra, opišem tudi lom svetlobe in barv. Nato predstavim vedo spektroskopijo in napravo, imenovano spektrometer. Sledi raziskovalni del, kjer predstavim nekaj svetil, ki se uporabljajo v današnjem času in jih lahko uporabimo pri pouku. Meritve analiziram in jih primerjam s teoretičnimi podatki. Izvajanje meritev in njihova analiza je primerna za pouk v 7. ali 8. razredu osnovne šole. Poleg analize lahko izračunamo temperaturo Sonca in ugotovimo sestavo Sonca ali drugih svetil. Predlagam tudi izboljšavo meritev in naprave. Spektrometer je vsekakor primeren kot učni pripomoček pri pouku, z njim pa učenci dosežejo nekatere učne cilje, zapisane v učnem načrtu. My diploma thesis presents the usage of a spectrometer in physics and in optional subjects. The study begins with light spectrum and types of spectrum, the blending of light and colours are described, too. Then the science of spectroscopy and the device called spectrometer are presented. The research work follows and some lighting are shown which are used today and also in classes. The measurements are analyzed and compared with theoretical data. The measurements and analysis are suitable for teaching in 7th and 8th grade of primary school. In addition to analysis the temperature of the Sun and lighting can be calculated. The thesis also proposes the improvements of the measurements and of the device. The usage of spectrometer is absolutely appropriate as a teaching tool and pupils can achieve some of the learning objectives written in the curriculum.

A LED spectrometer has been constructed for qualitative spectrometry using certain wavelenghts. The LEDs and the photodiode are being controlled with a microcontroller that is connected to a computer to power the components and save data. The spectroanalysis made with the LED spectrometer were significantly different to a standard spectrometer, concluding that more analysis should be made until a final product is ready. Some areas of improvements are suggested.

We measured excitation functions for the main transfer channels in the 116 Sn+ 60 Ni reaction from above to well below the Coulomb barrier. The experiment has been performed in inverse kinematics, detecting the lighter (target-like) ions with the magnetic spectrometer PRISMA at very forward angles. The comparison between the data and microscopic calculations for the present case and for the previously measured 96 Zr+ 40 Ca system, namely superfluid and near closed shells nuclei, should significantly improve our understanding of nucleon-nucleon correlation properties in multinucleon transfer processes.

The detection of a nuclear spin in an individual molecule represents a key challenge in physics and biology whose solution has been pursued for many years. The small magnetic moment of a single nucleus and the unavoidable environmental noise present the key obstacles for its realization. In this paper, we demonstrate theoretically that a single nitrogen-vacancy center in diamond can be used to construct a nano-scale single-molecule spectrometer that is capable of detecting the position and spin state of a single nucleus and can determine the distance and alignment of a nuclear or electron spin pair. The proposed device would find applications in single-molecule spectroscopy in chemistry and biology, for example in determining the protein structure or in monitoring macromolecular motions, and can thus provide a tool to help unravel the microscopic mechanisms underlying bio-molecular function., publishedVersion

In dieser Arbeit wird die neuartige Kombination des hochauflösenden radiometrischen Abbildungsverfahrens Apertursynthese mit einer spektralen Messung untersucht und im System ANSAS umgesetzt. Diese Verknüpfung ermöglicht z.B. in der Fernerkundung eine umfangreichere Erdbeobachtung zur genaueren Erfassung geophysikalischer Parameter. Die messtechnische Verifikation wurde anhand verschiedener Abbildungsszenarien untersucht und damit die Machbarkeit eines solchen Systemkonzepts demonstriert.

graph. Darst.

Ill., graph. Darst.

OCT is a recently introduced method for non-destructive, non-contact, and multidimensional visualization of structures and interfaces with many applications for the investigation of biomedical specimen. Applications outside the fields of medicine and biology, however, have been scarcely described. One such application of OCT is the real-time control of process parameters in high resolution laser micromachining. A precise positioning and alignment accuracy of the used system and real-time control of parameters such as ablation rate and position are required here. --- Within this work the integration of OCT with the ability of surface representation into an existing F2-laser processing system is described and potential applications for alignment purposes and non-destructive characterization of micro-structured surfaces are demonstrated. It is shown that reliable detection of the sample surface for alignment purposes and subsequent position control with the help of OCT are possible as well as the determination of the laser ablation rate. The generated OCT surface images are quantitatively comparable to those of known analysis tools such as scanning electron, reflected light and confocal microscopy. An axial resolution of ~126 nm for surface detection and a lateral resolution, Die optische Kohärenztomographie (OCT) ist eine neuartige Methode zur zerstörungsfreien, kontaktlosen und multidimensionalen Visualisierung von Strukturen und Grenzschichten mit zahlreichen Anwendungen zur Untersuchung von biologischen Proben. Anwendungen außerhalb von Medizin und Biologie wurden bisher allerdings kaum beschrieben. Eine solche Anwendung der OCT ist die Echtzeit-Kontrolle der Prozessparameter in der Lasermikromaterialbearbeitung, welche hohe Anforderung an die Positionier- und Justiergenauigkeit des verwendeten Systems stellt. Eine genaue Ausrichtung der Probe und eine Echtzeit-Kontrolle der Parameter wie der Ablationsrate und der Bearbeitungsposition sind hierbei erforderlich. --- Im Rahmen dieser Arbeit werden die Integration eines OCT-Systems mit der Fähigkeit zur Oberflächendarstellung in ein bereits existierendes F2-Laserbearbeitungssystem beschrieben und mögliche Anwendungen zu Justierzwecken oder der zerstörungsfreien Charakterisierung von mikrostrukturierten Oberflächen demonstriert. Es wird gezeigt, dass eine zuverlässige Detektion der Probenoberfläche zu Justagezwecken und eine anschließende Lagekontrolle mit Hilfe der OCT genauso möglich sind wie die Bestimmung des Laserabtrags. Die erzeugten Oberflächenbilder des OCT sind quantitativ vergleichbar mit denen bekannter Analysewerkzeuge wie z. B. der Rasterelektronen-, Auflicht- und konfokalen Mikroskopie. Die erreichten Auflösungen liegen axial bei ~120 nm und lateral bei

Ill., graph. Darst.

Durch die Fokussierung eines ultrakurzen und hochintensiven Laserpulses auf ein Festkörpertarget können Pulse von Protonen und anderen positiv geladenen Ionen mit Teilchenenergien von einigen MeV pro Nukleon erzeugt werden. Die Charakterisierung dieser Teilchenstrahlung erfordert die Identifizierung der Ionenspezies und die Bestimmung ihrer spektralen Verteilung möglichst nach jedem Puls. Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurden zwei Spektrometer entwickelt und am DRACO-Lasersystem des Forschungszentrums Dresden implementiert. Neben der Inbetriebnahme eines Thomson-Spektrometers mit einer Mikrokanalplatte und einem Fluoreszenzschirm als Auslese erfolgte die Entwicklung eines Flugzeitspektrometers. Die Verwendung einer Mikrokanalplatte mit nur 180ps Anstiegszeit als Signalverstärker sorgt darin für eine verbesserte Energieauflösung und einen flexibleren Einsatz im Experimentierbetrieb. Ein dem Flugzeitsignal überlagertes Störsignal, welches durch die Einstreuungen eines elektromagnetischen Impulses in den Aufbau verursacht wurde, konnte erfolgreich durch die Anwendung verschiedener Filter unterdrückt werden. Als Ergebnis dieser Arbeit steht eine anwendungsbereite Diagnostik für laserbeschleunigte Protonen und Ionen zur Verfügung. By focusing an ultra-short high-intensity laser pulse on a solid target, pulses of protons and other positive charged ions with energies of several MeV per nucleon are generated. It is necessary to identify the species of those particles and obtain their energy spectra in a single-shot regime. Within this diploma thesis two spectrometers have been developed and implemented in the DRACO-laboratory of the Forschungszentrum Dresden. Besides a Thomson spectrometer with read-out via microchannel plate and phosphor screen, a time-of-flight spectrometer was developed. The usage of a microchannel plate with 180ps rise time as a signal amplifier leads therein to a better energy resolution and a more flexible handling in experimental operation. A noise signal generated by stray pick-up of an electromagnetic pulse and superimposing the time-of-flight signal was considerably reduced by the application of different filters. As a result of this work a ready-to-use diagnostic for laser accelerated protons and ions is available.

Die quantitative Elementanalytik von Schichten und Schichtabfolgen im Dickenbereich weniger Nanometer ist in den letzten Jahren in den Fokus aktueller Forschung gerückt. Im Mittelpunkt dieser materialwissenschaftlichen Fragestellungen steht die Bestimmung von Tiefenverteilungen von Elementen in dünnen Schichten, die durch spezielle Abscheideverfahren oder nachfolgende Prozessschritte wie Temperung erzielt werden, aber auch der Nachweis unbeabsichtigter Kontamination in den Schichten. Daraus können Informationen im Hinblick auf gezielte Materialentwicklung gewonnen werden und die Qualität bestehender Prozessführungen lässt sich bewerten. Die meisten konventionellen (nicht nuklearen) Analyseverfahren sind zur Quantifizierung ihrer Ergebnisse in der Regel auf Referenzmaterialien (gleicher Matrix) angewiesen. Im Gegensatz dazu kann die Ionenstrahlanalyse (ion beam analysis, IBA) standardfrei betrieben werden. Der physikalische Prozess, auf der alle Methoden der IBA beruhen, ist die binäre Wechselwirkung von MeV-Ionen mit den Atomkernen in den Schichten. Diese Wechselwirkung, elastische Streuung oder Kernreaktion, ist einfach und genau beschreibbar; kollektive Matrixeffekte treten dabei nicht auf. Am Ionenstrahlzentrum des Forschungszentrums Dresden-Rossendorf kommen hauptsächlich drei Analysemethoden zur Anwendung: • Kernreaktionsanalyse (Nuclear Reaction Analysis, NRA) zum tiefenabhängigen Nachweis von Wasserstoff über die resonante Kernreaktion 1H(15N,αγ)12C* • Rutherford-Rückstreuspektrometrie (Rutherford Backscattering Spectrometry, RBS) insbesondere zur Detektion von Elementen mit Ordnungszahlen Z > 14 • Detektion elastisch rückgestossener Atome (Elastic Recoil Detection Analysis, ERDA) zum Nachweis leichter Elemente mit Z = 2-14 (He-Si) Die zur Messung ultradünner Schichten mit RBS und ERDA erforderliche Tiefenauflösung (< 1 nm) kann mit Teilchenspektrometern mit höchster Energieauflösung erreicht werden. .

The standard model of particle physics describes successfully the fundamental constituents and forces in our world; nevertheless, many details of the subatomic world are still beyond the scope of theoretical predictions. The internal structure of the nucleon has been investigated in detail and it was found that the nucleon spin budget, i.e. the composition of the nucleon spin by the spin and orbital angular momentum of quarks and gluons is not yet understood. It has been measured that the intrinsic quark spin contribution is only about $30%$ of the total spin of the nucleon. A recently developed formalism allows to describe the internal structure of the nucleon by so-called GPDs (Generalized Parton Distributions) in a more complete way than the previously used PDFs (Parton Density Functions). The GPDs are linked by the Ji sum rule to the angular momentum contributions of quarks and gluons. These GPDs can be accessed by the investigation of hard exclusive reactions. DVCS (deeply virtual Compton scattering) is the cleanest exclusive reaction to determine some of these distributions, using lepton beams with different helicity states and charges. HERMES (HERA measurements of spin) is one of the experiments which were carried out to complete the information about the nucleon spin budget. It is located at HERA which is an e-/e+ - p -collider at DESY but uses only the polarized electron- and positron-beam, which is scattered off a gaseous internal target. The HERMES forward spectrometer consists of a set of detectors that are used for tracking, while another set of detectors provides information on particle identification and triggering. In the first phase of HERMES, only forward going particles were detected. Exclusive reactions have been measured using a missing invariant mass technique. In order to improve exclusivity and to enhance the resolution of kinematic variables the HERMES collaboration decided to remove the equipment for the polarized target and to install the RD (Recoil Detector) with an unpolarized target at this position. This detector consists of the Silicon Strip Detector, the SFT (Scintillating Fiber Tracker), the Photon Detector and is surrounded by a 1T superconducting magnet. It provides several space points for tracking and thus momentum reconstruction. The energy deposition in the various detectors is used to achieve particle identification. The main part of the thesis work was the implementation of the SFT and the RD readout system. Before the installation of the RD a series of test runs were carried out to proof the concept of the detector, to measure the internal alignment and to prepare the installation. These test runs for the SFT are described and major results are shown. Furthermore a preliminary analysis of the latest data 06d/06d0 was carried out to show the performance of the installed Recoil Detector in combination with the HERMES forward spectrometer. Das Standardmodell der Teilchenphysik beschreibt die grundlegenden Bestandteile und Kräfte in unserer Welt. Allerdings gehen viele Aspekte der subatomaren Welt noch über dem Bereich der theoretischen Vorhersagen hinaus. Dazu gehört, daß die Zusammensetzung des Nukleonspins, welches Drehimpuls- und Bahndrehimpulsbeiträge von Quarks und Gluonen enthält, noch nicht vollständig verstanden wird. Der tatsächliche Quarkdrehimpulsbeitrag zum vollständigen Nukleonspins beträgt nur etwa 30%.Ein neuentwickelter Formalismus ermöglicht die interne Struktur des Nukleons durch so genannte GPDs (Generalized Parton Distributions) auf eine umfangreichere Art als die vorher verwendeten PDFs (Parton Density Functions) zu beschreiben. Diese GPDs werden durch die Summenregel von Ji mit den Beiträgen des Gesamtdrehimpulses von Quarks und Gluonen verknüpft und können durch die Untersuchung von harten exklusiven Reaktionen bestimmt werden. DVCS (deeply virtual Compton scattering) ist die einfachste exklusive Reaktion, um unter Verwendung von Leptonenstrahlen mit verschiedenen Helizitäten und Ladungen einige dieser Verteilungen zu messen. HERMES (HERA measurements of spin) ist eines der Experimente zur Untersuchung des Nukleonenspins. Es befindet sich innerhalb HERA (Hadronen-Elektronen Ring Anlage), welches ein e-/e+ - p - Beschleuniger am DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron) ist. Bei dem HERMES Experiment wird nur der polarisierte Elektron-/Positron-Strahl verwendet, welcher an wahlweise polarisierten oder unpolarisierten Gasen gestreut wird. Das Vorwärtsspektrometer vom HERMES Experiment besteht aus Spurdetektoren sowie Detektoren zur Teilchenidentifikation. In der ersten Phase der Datennahme wurden nur die Teilchen in Vorwärtsrichtung detektiert. Die Kinematik von exklusiven Reaktionen wurden unter der Verwendung fehlender invarianter Restmasse vervollständigt. Um die Exklusivität zu verbessern und um die Auflösung kinematischer Variablen zu erhöhen, wurde das HERMES Vorwärtsspektrometer um den RD (Recoil Detector) erweitert, wobei danach die Messungen mit unpolarisierten Gasen erfolgten. Dieser Detektor besteht aus dem Silicon Strip Detector, dem SFT (Scintillating Fiber Tracker), dem Photon Detector und wird von einem supraleitenden Magneten mit einer Feldstärke von 1T umgeben. Er stellt mehrere Raumpunkte für Spurrekonstruktion und damit für die Impulsrekonstruktion zur Verfügung. Die Energieverluste der Teilchen beim Passieren der verschiedenen Detektoren werden verwendet, um die Teilchen identifizieren zu können. Der Hauptteil dieser Arbeit war die Implementierung des SFT- und des RD-Auslesesystems. Vor der Installation des RD wurde eine Reihe von Messungen mit verschiedenen Versuchsaufbauten durchgeführt, um das Konzept des Detektors zu prüfen, die interne Ausrichtung zu messen und die Installation vorzubereiten. Diese Messungen für den SFT werden beschrieben und die wesentlichen Resultate werden gezeigt. Ausserdem wurde eine erste Analyse der aktuellsten Datenproduktion 06d/06d0 durchgeführt, um die Leistung des installierten RD in Verbindung mit dem HERMES Vorwärtsspektrometer zu zeigen.

Fields with spatial differences in soil conditions require a variable, locally adjusted nitrogen fertiliser application during the growing season. Spectral measurements can be used to detect canopy N status. The present study investigated the potential of a tractor-based field spectrometer with an oligo-view optical setup to detect biomass, N content, N uptake and the nitrogen nutrition index in winter wheat and maize in a three-years´ field experiment. Validations were performed on large calibration areas of 25 m² for wheat and 10 m² for maize. Nitrogen supply and in maize additionally seeding density were varied to create different canopies on heterogeneous fields. The results obtained showed strong correlations between reflectance indices and N uptake in wheat with R² = 0.92 from the end of tillering to flowering. Coefficients of determination (R²) between canopy reflectance and biomass or N content were on a lower level. In maize the results showed strong correlations between reflectance indices and N uptake from the four leaf stage up to flowering. But for the earliest measuring in all years and all measurings in 2004 the R² between biomass and canopy reflectance was higher than between N uptake and canopy reflectance. In wheat additionally the nitrogen nutrition index was estimated and related to spectral measurements. This index is based on the relation between biomass and N content that shows for each biomass the optimal N content of the crop stand to produce maximum biomass during the vegetative stage. The index indicates whether the N content is higher or lower than the optimum for a specific biomass of the canopy. The results of the spectral detection of the NNI were compared to the results obtained for the spectral detection of N uptake. The nitrogen nutrition index was related with R² = 0.95 to canopy reflectance intensity measured with the REIP and showed better correlations than the N uptake for all measurements across all years in wheat. This parameter is probably desirable for farmers, needing information for fertilizer application decisions because they know directly if the canopy is insufficiently provided with nitrogen. Thus, the tractor based passive sensor is a fast and suitable means to measure canopy N-status. The optical setup allows measurements being highly independent of day-time, azimuth angle and cloudiness. To support a fertilizer application, it is a useful method to detect nitrogen shortage and offers a possibility to adapt the N rate to the crop demand. Felder variieren kleinräumig in ihren Boden- und Standortseigenschaften. Die Bodentextur, Wassergehalte, Gehalte an organischer Substanz, Nährstoffgehalte und Hangneigung unterscheiden sich oft innerhalb eines Feldes. Eine kleinräumige Anpassung der Düngung, insbesondere der N-Düngung ist daher nötig, um dem unterschiedlichen N-Bedarf der Bestände innerhalb eines Feldes zu entsprechen. Spektrale Reflexionsmessungen sind geeignet, um den N-Status von Pflanzenbeständen zu bestimmen. Es gibt viele Untersuchungen, die Biomasse, N-Konzentration und N-Aufnahme aus spektralen Messungen von Pflanzenbeständen ableiten. Für die Berechnung des N-Düngebedarfs eignet sich neben der N-Aufnahme auch der Stickstoffernährungs-Index (NNI). Dieser Index berechnet sich aus dem Verhältnis zwischen dem tatsächlichen N-Gehalt zum kritischen N-Gehalt der Pflanzen. Der kritische N-Gehalt beschreibt den minimalen N-Gehalt welcher eine maximale Biomasseproduktion ermöglicht. Die meisten Untersuchungen wurden bisher mit handgehaltenen Sensoren auf kleinen Referenzflächen durchgeführt. Für unsere Untersuchungen wurde ein auf einem Traktor angebrachtes Feldspektrometer mit einer vierseitigen schrägen Messoptik eingesetzt. Das Gerät enthält zwei Spektrometer, die gleichzeitig die Bestandesreflexion und die Sonneneinstrahlung messen, damit die Messungen nicht von wechselnden Strahlungsbedingungen beeinflusst werden. Durch die schräge Messoptik sollten Messungen auch außerhalb des 10.00 – 14.00 Uhr Zeitfensters ermöglicht werden, im Gegensatz zu Nadirmessungen, die sich auf diese Zeiten beschränken. In der vorliegenden Arbeit wurde die spektrale Erfassung des N-Status von Mais- und Weizenbeständen mit einer vierseitigen schrägen Messoptik validiert und die Erfassung des Stickstoffernährungs-Indexes mit spektralen Messungen überprüft. Dazu wurde ein dreijähriger Feldversuch für Mais und Weizen auf heterogenen Böden angelegt, mit jeweils fünf N-Düngungsstufen und mindestens 5 Wiederholungen, um heterogene Pflanzenbestände zu erzeugen. Die Biomassebeprobung wurde auf 10 m² in Mais und 25 m² in Weizen je Parzelle jeweils kurz nach den spektralen Messungen durchgeführt. Die Proben wurden gewogen, getrocknet und im Labor auf N-Gehalt untersucht. Vor jeder Beprobung wurden zwei spektrale Messungen durchgeführt und verschiedene Indizes berechnet. Die Messungen zeigten einen sehr guten Zusammenhang zwischen N-Aufnahme und den Indizes REIP und R780/R740 mit einem konstanten R² über 0.90 in Weizen. Die anderen Indizes waren etwas schlechter, wobei die rot basierten Indizes wie der NDVI eher ungeeignet waren zur Bestimmung des N-Status. Dagegen wurde die Biomasse bei Weizen am besten durch die rot basierten Indizes wie den NDVI bestimmt, jedoch mit durchgängig etwas niedrigerem R² als die N-Aufnahme. Der N-Gehalt konnte wiederum am besten mit den Indizes REIP und R780/R740 ermittelt werden, jedoch mit dem schwächsten R², das sich aber mit zunehmender Bestandesentwicklung verbesserte. Durch die besondere Messoptik wurden die Ergebnisse weder durch die Heterogenität der Felder noch durch den Zenitwinkel der Sonne wesentlich beeinflusst. Lediglich bei stark wechselnden Strahlungsbedingungen und einem Zenitwinkel unter 25° verschlechterte sich das R². Durch die schräge Messoptik waren Messungen schon zu BBCH 27 möglich. Durch die Berechnung des NNI konnte die Bestimmung des N-Status durch spektrale Messungen verbessert werden. Die Bestimmung des NNI durch spektrale Messungen der Bestandesreflexion ergaben für den REIP ein mittleres R² von 0.95. Damit korrelierten die Spektralmessungen besser mit dem NNI als mit der N-Aufnahme. Die Berechnungen des NNI zeigten in Weizen eine Verbesserung des Ernährungszustandes mit zunehmender Bestandesentwicklung. Der NNI gibt direkt Auskunft darüber, wie der Ernährungszustand des Pflanzenbestandes ist, wogegen eine Information über die N-Aufnahme zuerst mit einem Bedarfsalgorithmus überlagert werden muss, um den Ernährungszustand zu erkennen. Um die direkte Information des NNI über den Ernährungszustand nutzen zu können, müssen aber noch weitere Faktoren beschrieben werden, welche die absoluten Werte der spektralen Reflexionsmessungen beeinflussen, da die Werte nicht stabil zwischen den Jahren und verschiedenen Feldern waren. In Mais dagegen waren zwischen den Versuchsjahren deutliche Unterschiede zu erkennen. Reflexionsmessungen korrelierten in einem Jahr mit der N-Aufnahme am besten, im anderen Jahr dagegen zeigte die Biomasse die höchsten R² zu den spektralen Messungen. Im dritten Jahr gab es starke Trockenheit und die Ergebnisse waren deutlich schlechter. Dennoch war es auch dann möglich die N-Aufnahme mit einem R² von 0.60 zu beschreiben. Da in gut ernährten Beständen die N-Aufnahme hauptsächlich durch den Biomassezuwachs bestimmt wird und der N-Gehalt in C4 Pflanzen niedriger ist als in C3 Pflanzen konnten bei Mais die spektralen Messungen möglicherweise nicht eindeutig der N-Aufnahme zugeschrieben werden wie bei Weizen. Bei Mais variiert die N-Nachlieferung des Bodens zwischen den Jahren und während der Vegetationsperiode stärker, da die Umsetzung von organischer Masse durch das Sommerklima stark beeinflusst wird. Im Mais wurden damit Ergebnisse erzielt, die den Einsatz dieses Systems für eine teilflächenspezifische Düngung ermöglichen, obwohl Spektralmessungen bei Mais sehr deutlich von der Biomasse geprägt sind. Durch den Einsatz dieser Technik kann die N-Düngung mit Flüssigdünger der kleinräumigen Bestandesentwicklung in Mais bis BBCH 14 angepasst werden. Feldspektroskopische Messungen mit einer vierseitigen Messoptik und simultaner Messung der Bestandesreflexion beziehungsweise der einfallenden Strahlung eignen sich gut zur Bestimmung des N-Status in Winterweizen und geben die N-Aufnahme in Winterweizen und Mais verlässlich wider. Daher eignet sich dieser Sensor für ein operatives System, um in Verbindung mit einem geeigneten Düngealgorithmus eine bedarfsgerechte teilflächenspezifische N-Düngung durchzuführen.

(de)Ion mobility spectrometer, gas analysis, Ill., graph. Darst

Für die Entwicklung neuer Technologien wird mehr und mehr der Einsatz von Spritzschichten benötigt. Hiermit lassen sich die komplexen Anforderungen an die Oberflächeneigenschaften erfüllen. Die thermischen Spritzverfahren werden immer mehr auch zum Mittelpunkt von Industrieanwendungen und bieten ein großes Anwendungsgebiet. Die Steigerung der Produktivität und der Leistung von technischen Anlagen und Maschinen erhöht gleichzeitig auch die Beanspruchung der Bauteile. Daher ist es notwendig, dass hochbeanspruchte oder gefährdete Oberflächen durch thermisches Spritzen geschützt werden, so dass sie den Belastungen besser standhalten. Ebenso führt die allgemeine Rohstoffknappheit dazu, dass Maschinenteile nicht vollständig aus bestimmten Materialien gefertigt werden können. Diese Teile können durch eine geeignete Oberflächenbeschichtung rohstoffsparend und damit kostengünstig hergestellt werden. Ein weiteres Anwendungsgebiet für das thermische Spritzen ist die Reparatur verschlissener Teile. Die hohe Flexibilität des thermischen Spritzens, die geringen Reparaturkosten und die damit verbundenen kurzen Ausfallzeiten kommen der Industrie zu Gute. Nach wie vor existiert keine Online-Prozesskontrolle, welche die relevanten Größen der Wechselwirkung Flamme – Spritzzusatzwerkstoff erfassen kann. Die Schichtoptimierung erfolgt weitestgehend durch eine empirische Veränderung der Spritzparameter und die anschließende Analyse und Zuordnung der Parameter zu den Ergebnissen. Hierbei beschränkt sich die Prozesskontrolle auf das Einstellen konstanter Werte für die regelbaren Eingangsgrößen. Bei diesen Möglichkeiten wird vorausgesetzt, dass bei konstanten Maschineneinstellungen auch ein konstanter Prozess mit reproduzierbaren Ergebnissen vorliegt. Im täglichen Umgang ist jedoch festzustellen, dass die Ergebnisse über einen längeren Zeitraum meist nicht reproduzierbar sind. Eine online arbeitende Meßmethode, die Aussagen über die Geschwindigkeit und Erwärmung der Spritzpartikel macht, liefert die Grundlage für reproduzierbare Ergebnisse. An Stelle der Anlagensteuergrößen werden Partikelparameterkorrelierte Messgrößen überwacht bzw. für eine Steuerung verwendet. Der Zugang zu Flammen- bzw. Partikeltemperatur erfolgt mit Hilfe der optischen Emissionsspektroskopie. In der vorliegenden Arbeit wird das Emissionsspektrum an zwei Orten entlang der Plasmaachse ausgewertet. Aus dem Intensitätsverhältnis von mehreren Spektrallinien eines Elements wird die Temperaturentwicklung der Partikel ermittelt (Temperaturbestimmung an mehreren Orten) und damit auch deren Geschwindigkeit beurteilt. Kenntnisse über die Temperatur- und Geschwindigkeitsverteilung geben die Möglichkeit reproduzierbare Schichten herzustellen, da die Bedingungen zu einem späteren Zeitpunkt exakt reproduziert werden können. Durch fluiddynamische Rechnungen wird der Nachweis erbracht, dass die Temperatur- und Geschwindigkeitsfelder des Plasmas und der injizierten Partikel miteinander korreliert sind. Im Verlauf dieser Arbeit wird weiterhin gezeigt, dass die genannten Messgrößen eine Signifikanz zum Spritzprozess aufweisen. Mögliche Störeinflüsse sowie eine Fehlerbetrachtung ergänzen die gewonnen Aussagen.