Auf dem Weg zum Beschleuniger auf dem Mikrochip

Auf dem Weg zum Beschleuniger auf dem Mikrochip

Beschleunigerchip auf der Fingerspitze und eine Elektronenmikroskopie des Chips Hagen Schmidt/Andrew Ceballos

Beschleunigerchip auf der Fingerspitze und eine Elektronenmikroskopie des Chips Hagen Schmidt/Andrew Ceballos

 

Darmstadt, 23. November 2018. Elektrotechniker am Fachgebiet Beschleunigerphysik der TU Darmstadt entwickeln ein Konzept eines lasergetriebenen Elektronenbeschleunigers, der so klein ist, dass er auf einem Siliziumchip hergestellt werden kann und kostengünstig und vielseitig einsetzbar ist. Das bei „Physical Review Letters“ veröffentlichte Design wird nun von einer internationalen Kollaboration in die Praxis umgesetzt.

Teilchenbeschleuniger sind üblicherweise groß und kostenintensiv. Das soll sich nun ändern. Das von der amerikanischen Gordon-and-Betty-Moore-Stiftung geförderte „Accelerator on a Chip International Program“ (AChIP) hat sich zum Ziel gesetzt, einen Elektronenbeschleuniger auf einem Siliziumchip zu realisieren. Die grundlegende Idee hier ist, Beschleunigerstrukturen aus Metall durch Glas oder Silizium zu ersetzen und als Energiequelle statt eines Mikrowellengenerators einen Laser zu nutzen. Durch die höhere elektrische Feldbelastbarkeit von Glas lässt sich die Beschleunigungsrate erhöhen und dadurch die gleiche Energie auf kürzerer Strecke auf die Teilchen übertragen, was den Beschleuniger um ungefähr einen Faktor 10 kürzer macht als herkömmliche Beschleuniger gleicher Endenergie. Eine Herausforderung ist hierbei, dass der Vakuumkanal für die Elektronen auf einem Chip nur sehr klein sein kann, was eine extrem starke Fokussierung des Elektronenstrahls erfordert. Die in konventionellen Beschleunigern eingesetzten magnetischen Fokussierkanäle sind hierfür bei weitem zu schwach. Das bedeutet, dass für einen Beschleuniger auf einem Chip ein völlig neues Fokussierkonzept entwickelt werden muss.
Als Teil des TU-Profilbereichs „Teilchenstrahlen und Materie“ hat die AChIP-Gruppe am Fachgebiet Beschleunigerphysik (Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik der TU Darmstadt) um den Nachwuchswissenschaftler Dr. Uwe Niedermayer kürzlich eine entscheidende Lösung vorgestellt. Zur Fokussierung der Elektronen im nur 420 Nanometer breiten Kanal sollen die Laserfelder selbst eingesetzt werden. Das Konzept basiert darauf, die relative Phase der Elektronen zum Laser sprunghaft zu ändern, was dazu führt, dass man alternierende Fokussierung und Defokussierung in den zwei Richtungen der Ebene der Chip-Oberfläche bekommt. Dadurch erhält man Stabilität in beiden Richtungen. Das Konzept ist vergleichbar mit einer Kugel auf einem Sattel. Die Kugel wird herunterfallen, unabhängig in welcher Richtung der Sattel steht. Dreht man den Sattel allerdings kontinuierlich, so bleibt die Kugel stabil auf dem Sattel. Das Gleiche tun die Elektronen im Kanal auf dem Chip.
Senkrecht zur Chip-Oberfläche ist nur eine schwächere Fokussierung notwendig, und es kann ein einziger Quadrupol-Magnet verwendet werden, der den gesamten Chip umschließt. Dieses Konzept ist ähnlich dem eines konventionellen Linearbeschleunigers. Für den Beschleuniger auf dem Chip wurde allerdings die Elektronendynamik verändert, um ein zweidimensionales Design zu erzielen, welches sich mit lithographischen Techniken aus der Halbleiterindustrie realisieren lässt.
Niedermayer ist zurzeit als Gastwissenschaftler an der amerikanischen Stanford Universität, die das AChIP-Programm zusammen mit der Universität Erlangen leitet. Er arbeitet dort mit den AChiP-Kollegen an der Realisierung des Beschleunigers auf dem Chip in einer Experimentierkammer von der Größe eines Schuhkartons. Als Laserquelle kommt ein kommerziell verfügbares System zum Einsatz, welches durch eine komplizierte nichtlineare Optik angepasst wird. Ziel des bis 2020 laufenden AChIP-Programms ist, aus dem Chip Elektronen mit einer Energie von einem Megaelektronenvolt zu erhalten. Das entspricht der elektrischen Spannung von etwa einer Million Batterien. Weiterhin sollen auch ultrakurze (<10^-15 Sekunden) Elektronenpulse realisiert werden, wie sie für einen skalierbaren Beschleuniger auf dem Chip nach dem Konzept aus Darmstadt notwendig sind.
Die Anwendungsmöglichkeiten eines solchen Beschleunigers liegen in der Industrie sowie in der Medizin. Ein wichtiges langfristiges Ziel ist, eine kompakte kohärente Röntgenstrahlungsquelle zur Charakterisierungen von Materialien zu realisieren. Eine medizinische Anwendung wäre zum Beispiel ein Beschleuniger-Endoskop, mit dem man Tumore aus dem Inneren des Körpers mit Elektronen bestrahlen könnte. Ein besonderer Vorteil dieser neuen Beschleunigertechnologie ist, dass die Chips kostengünstig in großen Stückzahlen hergestellt werden können, was den Beschleuniger für Jedermann oder das Beschleunigerlabor für jede Universität möglich macht. Weiterhin ergeben sich Möglichkeiten, kostengünstige kohärente Röntgenstrahlungsquellen in der Halbleiterindustrie in Prozessen der Fotolithograpie einzusetzen, was eine Verkleinerung der Transistoren in Computerprozessoren und eine höhere Integrationsdichte ermöglicht.

Über die TU Darmstadt
Die TU Darmstadt zählt zu den führenden Technischen Universitäten in Deutschland. Sie verbindet vielfältige Wissenschaftskulturen zu einem charakteristischen Profil. Ingenieur- und Naturwissenschaften bilden den Schwerpunkt und kooperieren eng mit prägnanten Geistes- und Sozialwissenschaften. Weltweit stehen wir für herausragende Forschung in unseren hoch relevanten und fokussierten Profilbereichen: Cybersecurity, Internet und Digitalisierung, Kernphysik, Energiesysteme, Strömungsdynamik und Wärme- und Stofftransport, Neue Materialien für Produktinnovationen. Wir entwickeln unser Portfolio in Forschung und Lehre, Innovation und Transfer dynamisch, um der Gesellschaft kontinuierlich wichtige Zukunftschancen zu eröffnen. Daran arbeiten unsere 312 Professorinnen und Professoren, 4.450 wissenschaftlichen und administrativ-technischen Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter sowie knapp 26.000 Studierenden. Mit der Goethe-Universität Frankfurt und der Johannes Gutenberg-Universität Mainz bildet die TU Darmstadt die strategische Allianz der Rhein-Main-Universitäten.

www.tu-darmstadt.de

MI-Nr. 61/2018, Niedermayer/Boine-Frankenheim/sip


Wissenschaftlicher Ansprechpartner:
Dr.-Ing. Uwe Niedermayer
Technische Universität Darmstadt
Institut für Theorie Elektromagnetischer Felder
Tel.: (+49) 6151-16 24039
Email: niedermayer@temf.tu-darmstadt.de


Originalpublikation:
Alternating-Phase Focusing for Dielectric-Laser Acceleration
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.214801

Wikipedia auf dem Lehrplan: Pharmazie-Studenten überarbeiten Einträge zum Allgemeinwohl

Die Nase läuft, der Rücken schmerzt oder die Schnittwunde verheilt nicht – in diesen Fällen wenden sich viele Menschen an das Internet. So mancher hat sich mithilfe von „Dr. Google“ wohl auch schon selbst eine Diagnose gestellt. Pharmazie-Studenten der Monash University in Australien haben nun auf dem Lehrplan, die Wikipedia-Seiten zu Gesundheitsthemen zu verbessern und valide und gute Informationen für jeden weltweit zugänglich zu machen.

Wenn sich Menschen selbst über Internetmaschinen medizinische Diagnosen stellen, ist das als „Dr. Google konsultieren“ sehr bekannt. Dieses Phänomen ist nicht neu und bereits tief verwurzelt.

Ab 2019 werden Pharmazie-Studenten der Monash University in Melbourne die ersten Studierenden in Australien sein, die im Rahmen eines Seminars lernen, wie man Wikipedia-Seiten mit medizinischen Abhandlungen editiert. Bei der Online-Enzyklopädie Wikipedia kann jeder mithilfe der Tools der Seite Inhalte hinzufügen oder entfernen.

Das Konzept wurde von Professor Tina Brock, Direktorin der Abteilung „Pharmacy Education“, entwickelt. Diese Woche veröffentlichte sie einen Aufsatz mit dem Titel „Paving the desire paths of health information needs – Teaching students to edit Wikipedia“ in dem BMC Medical Education-Journal. Der Aufsatz basiert auf der Forschung, an der sie 2016 an der University of California in San Francisco maßgeblich beteiligt war.

„Wikipedia hat großartige Tools und Dashboards erschaffen, welche es Dozenten erleichtern, über Wikipedia zu lehren“, erklärt Professor Brock. „Mein Ziel für Pharmazie-Studiengänge weltweit ist es, Seiten zu übernehmen und zu gewährleisten, dass diese stets auf dem neuesten Stand gehalten sind. Das hilft sehr, gute und valide Informationen zu verbreiten.“

„Aber das war zunächst nicht so leicht umzusetzen, denn es handelt sich um ein neues Lehrmodell, das nicht sofort alle überzeugt hat. Aber was wir im Seminarraum tun, hat tatsächlich reale Auswirkungen, und die Bevölkerung kann davon profitieren. Stellen Sie sich vor, dass gute und geprüfte Informationen über Medizin weltweit frei verfügbar wären!“

Bei dem Projekt in Kalifornien editierten Medizinstudenten im Rahmen eines Wahlfachs Wikipedia-Seiten über Krankheiten und Diagnosen. Danach wiederholten mehr als 100 Pharmazie-Studenten dieselbe Aufgabe. In diesem Fall jedoch haben sie an Seiten über Arzneimittel gearbeitet und sich dabei besonders auf Seiten, die sehr häufig besucht wurden, allerdings eine niedrige Genauigkeit aufwiesen, konzentriert.

Der in dieser Woche veröffentlichte Aufsatz führt aus, dass auf diese Weise „sowohl die Informationen für die Öffentlichkeit als auch die Kommunikations-Fähigkeiten der Studenten verbessert wurden. Die Auswirkung der von den Studierenden vorgenommenen Änderungen war substanziell für die Verbesserung der Genauigkeit und Verständlichkeit der medizinischen Seiten, und es erhöhte die Besuche der entsprechenden Seiten, welches die Effekte dieses Eingreifens noch zusätzlich vergrößert.“

An den meisten Universitäten (einschließlich der Monash University) müssen Pharmazie-Studenten medizinische Informationen mithilfe von Berichten, Monographien oder Benutzerhandbüchern darstellen. Dieses neue Lehrprogramm geht mit seinen „evidence-based medicine practices“ einen Schritt weiter.

Zum Teil handelt es sich dabei auch um eine Generationen-Frage. Wikipedia und Google sind mittlerweile omnipräsent und ihre Verwendung sehr weit verbreitet. Eine neue Generation von Studierenden wird den Wert von Wikipedia als sehr viel nützlicher einschätzen, während sie gleichzeitig dessen Offenheit für Beiträge von Jedermann respektieren.

Die University of California ist die erste Hochschule, an der Studierende der Pharmazie oder Medizin in einem Seminar Wikipedia-Seiten editiert und dafür Credits bekommen haben. Der Aufsatz erläutert, dass auf diese Weise „Seiten von schlechter Qualität entfernt werden konnten, bessere Quellen angegeben wurden und neue Informationen hinzugefügt wurden, während die Studenten lernen konnten, wie sie am besten medizinische Informationen darstellen und dies zusätzlich für die Öffentlichkeit sichtbar war.“

„Wikipedia“, so sagt Professor Brock, „hat sich in etwas verwandet, was Akademiker und verkehrstechnische Planer als ´desire path´ bezeichnen. Dabei handelt es sich um eine Abkürzung und zwar einen sehr ausgetretenen und viel besuchten Weg. Die Idee zielt nun darauf ab, so Professor Brock, dass diese Abkürzung für die Nutzer verbessert wird.“

Professor Brocks beruflicher Hintergrund ist globale Gesundheit, weshalb die Vorstellung einer Demokratisierung der Verbreitung von guten Gesundheitsinformationen für sie so ansprechend war. Eine gemeinnützige, humanitäre Gruppe mit dem Namen „Übersetzer ohne Grenzen“ hat bereits begonnen, die Wikipedia-Seiten in verschiedene Sprachen zu übersetzen.

Ihr Kalifornien-Projekt nahm etwa zur selben Zeit ihren Anfang wie die Ebola-Krise in West-Afrika. „Menschen wandten sich für Informationen an Wikipedia“, sagt sie, „und nicht, zum Beispiel, an die Zentren für Seuchenbekämpfung.“

„Wikipedia ist ein Ort, an dem Studenten, die Öffentlichkeit und sogar Gesundheitsexperten ihre Informationen suchen. Wenn wir unsere Studenten lehren, Wikipedia zu verbessern, dann ist das Endprodukt für die Menschen weltweit sehr, sehr hilfreich.“

Weitere Informationen:

Institut Ranke-Heinemann / Australisch-Neuseeländischer Hochschulverbund
Pressestelle Friedrichstr. 95
10117 Berlin
Email: berlin(at)ranke-heinemann.de
Tel.: 030-20 96 29 593

oder:

Tina Brock
Email: Tina.Brock(at)monash.edu
Telefon: + 61 3 9903 9502
Faculty of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences

Bei Veröffentlichung der Pressemitteilung bitten wir um eine Quellenangabe sowie die Zusendung eines Belegexemplars.

Das Institut ist die gemeinnützige Einrichtung zur Förderung des Austausches und der Auslandsstudien insbesondere mit allen Universitäten Australiens und Neuseelands sowie zur Förderung von Wissenschaft und Forschung. In seinen Förderprogrammen stellt es SchülerInnen und Studierenden Unterstützung in der Finanzierung durch Stipendien und Coaching in der Studienberatung und Studienplatzbewerbung zur Verfügung.


Weitere Informationen:

https://www.ranke-heinemann.de

Mit Datenanalyse zum wirtschaftlichen Erfolg

Berufsbegleitendes Weiterbildungsmodul „Quantitative Methoden und Data Mining“ startet im Januar 2019

Am 11. Januar 2019 startet an der Technischen Hochschule Brandenburg (THB) das berufsbegleitende Weiterbildungsmodul „Quantitative Methoden und Data Mining“, bei dem die Datenanalyse im Fokus steht. Die achtwöchige modulare Weiterbildung vermittelt die Grundlagen der Datenanalyse und zeigt konkrete Anwendungen in Data Mining und Business Intelligence. Zielgruppe sind all jene, die bereits jetzt mit Datenanalysen befasst sind, also insbesondere Ökonom/innen, Ingenieur/innen und Informatiker/innen.

Data Science ist für die meisten Unternehmen kein Fremdwort mehr. Vielen Unternehmern ist die zunehmende Bedeutung datengetriebener Geschäftsmodelle und der Aussagekraft ihrer Daten, z. B. über Kunden, Produktionsabläufe, Logistikketten und Wartungszyklen, bewusst. Gleichzeitig fehlt aber das innerbetriebliche Know-how, um datenbasierte Entscheidungen für das Unternehmen zu treffen.

Die Agentur für wissenschaftliche Weiterbildung und Wissenstransfer e.V. (AWW) vermittelt in Kooperation mit der THB seit mehreren Jahren in verschiedenen Weiterbildungsangeboten Wissen zum Themenkomplex Data Science. Dabei orientieren sich die Angebote an der Einteilung des amerikanischen Wirtschaftswissenschaftlers und Google-Chefökonomen Hal Varian: Ihm zufolge setzt sich die spezifische Wertschöpfungskette aus Datenzugriff und -verarbeitung, Datenanalyse und Ergebniskommunikation zusammen.

Bis 4. Januar 2019 ist eine Anmeldung zu diesem Weiterbildungsmodul möglich. Termine und weitere Informationen zu den Weiterbildungen sind unter www.aww-brandenburg.de/weiterbildungsangebote/ sowie https://bit.ly/2GGwGZL und https://bit.ly/2GCZlTc zu finden.

Ansprechperson:
Dr. Annette Strauß
Telefon: 03381 / 355 – 750
Mail: annette.strauss@aww-brandenburg.de

Technische Hochschule Brandenburg
Die 1992 gegründete Technische Hochschule Brandenburg ist eine moderne Campushochschule mit Sitz in Brandenburg an der Havel. Das Lehrangebot der Hochschule erstreckt sich über die Fachbereiche Informatik und Medien, Technik sowie Wirtschaft – zunehmend auch in berufsbegleitenden und dualen Formaten. Die THB fördert besonders die Möglichkeit eines Studiums ohne Abitur. Die rund 2.600 Studierenden werden derzeit von 66 Professorinnen und Professoren betreut. Alle Studiengänge werden mit den internationalen Abschlüssen Bachelor oder Master angeboten. Mehr Informationen unter www.th-brandenburg.de

Studie untersucht die Erfolgsbedingungen des strategischen Marketings von Bildungseinrichtungen

Künzelsau, Oktober 2018. Der Strukturwandel des Bildungswesens, der u.a. durch Kommerzialisierung und Internationalisierung sowie durch technologische Innovationen und neue Formen der Vermittlung gekennzeichnet ist, stellt Universitäten und Hochschulen vor neue Herausforderungen. Dazu kommt ein dynamischer Wandel der Arbeitswelt, die fortlaufend nach neuen, teils kaum vorhersehbaren Kompetenzen verlangt.

Die betreffenden Bildungseinrichtungen sind dabei mit einer Reihe von Dilemmata konfrontiert: So müssen sie etwa den Erwartungen ihrer vielfältigen Anspruchsgruppen gerecht werden und dabei einen fortlaufenden Abgleich teils konfliktionärer, langfristiger (qualitativ-inhaltlicher) und kurzfristiger (ökonomisch-formaler), Ziele herbeiführen. In diesem Spannungsfeld, und vor dem Hintergrund des aktuellen gesellschaftlichen und bildungspolitischen Klimas, untersucht ein Team um den Künzelsauer Professor Dr. Sebastian Kaiser-Jovy die Bedingungen erfolgreichen strategischen Marketings.

Rolle der Curricula im Blick
Auf Basis qualitativer Interviews mit Vertreterinnen und Vertretern geistes- und sozialwissenschaftlicher Studiengänge an verschiedenen europäischen und nicht-europäischen Universitäten und Hochschulen haben die Forscher nun in einem ersten Schritt untersucht, inwiefern sich tertiäre Bildungseinrichtungen über ihre Curricula bzw. ihre inhaltliche Programmatik profilieren können und sollten. Dabei zeigte sich, dass mit einer systematischen Entwicklung und Kommunikation von Curricula besondere Profilie-rungschancen verbunden sind. Dies gilt für einzelne Studiengänge und Fachbereiche bzw. Fakultäten, aber auch auf institutioneller Ebene. Demgegenüber erweist sich das generelle Bewusstsein für den Themenbereich unter Hochschullehrerinnen und –lehrern bzw. Verantwortlichen als bislang eher niedrig. Hier offenbart sich für die betreffenden Bildungsinstitutionen, je nach Trägerschaft bzw. institutioneller Verfasstheit, ein teils erhebliches Potenzial.

Prof. Dr. Sebastian Kaiser-Jovy erläutert die zentralen Studienergebnisse wie folgt: „Staatliche Hochschulen etwa können den Arbeitsmarktbezug ihrer Bildungsangebote stärken und, wenn sie diese in geeigneter Weise kommunizieren, etw. verlorenen Boden im Wettbewerb um Studierende gutmachen. Dabei kommt ihnen entgegen, dass sie gegenüber Hochschulen in privater Träherschaft weniger verdächtig sind, ihren Bemühungen (kurzfristige) öko¬nomische Ziele voranzustellen. Andererseits werden privaten Hochschulen Vorteile und Chancen zugesprochen, nicht zuletzt, da sie dem Einsatz von Methoden des klassischen Marketings regelmäßig offener gegenüberstehen und sich daher flexibler an sich dynamisch wandelnde Umfelbedingungen anpassen können. Sie laufen dabei allerdings Gefahr, Perspektiven einer nachhaltigen inhaltlichen Profilierung aus dem Blick zu verlieren, was sich langfristig als erheblicher strategischer Nachteil erweisen kann.“


Wissenschaftlicher Ansprechpartner:
Ansprechpartner: Prof. Dr. Sebastian Kaiser-Jovy, Studiengang Betriebswirtschaft und Kultur-, Freizeit-, Sportmanagement, Daimlerstr. 35, 74653 Künzelsau. Telefon: +49 7940 1306-245. E-Mail: sebastian.kaiser-jovy@hs-heilbronn.de, Internet: www.hs-heilbronn.de/sebastian.kaiser