Energieeffiziente Geräte, die nächste Teleskop-Generation und nachhaltige Farbe aus Käferschuppen Understand article

Übersetzt von Nicola Reusch. Science in School wird vom EIROforum veröffentlicht, einer Zusammenarbeit zwischen acht der größten zwischenstaatlichen wissenschaftlichen Forschungsorganisationen (EIROs) Europas. Dieser Artikel bietet einen Überblick über einige der neuesten Nachrichten aus…

CERN: Technologie in Anwendungen verwandeln

Die für den Large Hadron Collider (LHC) entwickelten Technologien haben viele Anwendungen außerhalb der Welt der Hochenergiephysik. Ein Beispiel sind Pixel-Sensor-Chips, die in Detektoren am LHC eingesetzt werden, um die Bahnen elektrisch geladener Teilchen zu verfolgen. Ende der 1990er Jahre erkannten Wissenschaftler, dass sie die Chips für den Einsatz in der medizinischen Bildgebung anpassen konnten –  so entstand der „Medipix2“-Chip. Ein kürzlich veranstaltetes Symposium am CERN erinnerte an die zwei Jahrzehnte seit der Gründung der Medipix2-Kooperation im Jahr 1999. In den letzten 20 Jahren haben sich die Chips dank der Zusammenarbeit mit Medipix und den nachfolgenden Timepix-Chips weiterentwickelt.

Die Chips wurden in einer Vielzahl von Anwendungen sowohl innerhalb der Medizin als auch darüber hinaus eingesetzt – von der Messung von Strahlenbelastung bis hin zur Erkennung von Fälschungen in der Kunstwelt. Timepix-Chips werden seit 2012 an Bord der Internationalen Raumstation verwendet, um die Strahlungsdosis zu messen, der die Astronauten ausgesetzt sind. Der Medipix3-Chip wurde kürzlich verwendet, um die Authentizität eines mutmaßlichen Van-Gogh-Gemäldes zu bestätigen.

Erfahren Sie mehr über die Medipix- und Timepix-Chips auf der CERN-Webseite.

Das CERN-Labor liegt nahe der französisch-schweizerischen Grenze bei Genf, in der Schweiz. Es ist das größte Teilchenphysik-Labor der Welt.

Pixel-sensor chip developed for use in X-ray imaging and particle detection
Der Pixel-Sensor-Chip wurde für die Bildgebung mit Röntgenstrahlung und zur Teilchendetektion entwickelt
CERN

EMBL: Wissenschaftliches Lernen auf der Agenda

SySTEM 2020 map: each red dot represents an organisation that offers out-of-classroom STEAM learning activities
SySTEM 2020 Karte: Jeder
rote Punkt steht für eine
Organisation, die STEAM-
Lernaktivitäten außerhalbd
es Klassenzimmers anbietet.
Zum Vergrößern bitte auf
das Bild klicken.

SySTEM2020

Die Auseinandersetzung mit Aktivitäten und Erfahrungen außerhalb des Klassenzimmers ist ein wichtiger Aspekt der Entwicklung von Schülerinnen und Schülern. Um einen besseren Zugang zu solchen Erfahrungen im STEAM-Bereich (Wissenschaft, Technologie, Ingenieurwesen, Kunst und Mathematik) zu ermöglichen, hat das Europäische Laboratorium für Molekularbiologie (EMBL) die Aufgabe, die STEAM-Initiativen im Rahmen des europäischen Projekts SySTEM 2020 zu kartieren.

Das Projekt zielt darauf ab, die Auswirkungen des naturwissenschaftlichen Lernens außerhalb des Klassenzimmers zu bewerten. SySTEM 2020 hat bisher 20 Organisationen aus 22 europäischen Ländern zusammengeführt und über 2200 Einträge auf der Karte hinzugefügt. Neben der Möglichkeit, STEAM-Aktivitäten in ganz Europa zu finden, sollen die im Rahmen des Projekts gesammelten Informationen auch für Forschungsarbeiten genutzt werden, die letztlich die Bildungspolitik sowohl auf regionaler als auch auf europäischer Ebene beeinflussen könnten.

Erfahren Sie mehr über das Projekt SySTEM 2020 auf der Webseite des Projekts. Dort finden Sie auch die interaktive Karte mit STEAM-Lernaktivitäten außerhalb des Klassenzimmers in ganz Europa.

Das EMBL ist Europas führendes Labor für molekularbiologische Grundlagenforschung mit Hauptsitz in Heidelberg.

ESA: Wie man einen Exoplaneten charakterisiert

Die Exoplanetenwissenschaft ist ein sich rasch entwickelnder Bereich (mehr dazu in diesem Artikel). Seit der ersten Entdeckung eines Exoplaneten, der einen sonnenähnlichen Stern umkreist, im Jahr 1995 wurden über 4000 Exoplaneten entdeckt. Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) führt nun ihr nächstes Unterfangen auf diesem Gebiet durch: die Mission CHEOPS (Characterising Exoplanet Satellite), deren Start für Mitte Dezember 2019 geplant war.

CHEOPS wird helle, nahe gelegene Sterne beobachten, von denen bereits bekannt ist, dass sie Exoplaneten beherbergen. Ziel der Mission ist es, einige dieser fremden Welten zu charakterisieren, wobei der Schwerpunkt auf Exoplaneten liegt, deren Größe zwischen der von Erde und Neptun liegt. Der Satellit verwendet „Ultrahochpräzisions-Transitphotometrie“, um den Durchmesser des Exoplaneten genau zu vermessen. Diese Informationen, kombiniert mit bereits vorhandenen Messungen der Masse des Exoplaneten, ergeben die mittlere Dichte des Planeten, was wiederum Einschränkungen für seine Zusammensetzung und innere Struktur zur Folge hat. So lässt sich beispielsweise feststellen, ob ein Planet überwiegend felsig oder gasförmig ist oder vielleicht Ozeane besitzt.

Diese erste Charakterisierung liefert wichtige Erkenntnisse über die Entstehung und Entwicklung dieser Kleinplaneten – ein entscheidender Schritt auf unserer Suche nach Leben jenseits unseres Sonnensystems.

Erfahren Sie mehr über CHEOPS und erhalten Sie aktuelle Informationen über die Mission auf der ESA-Webseite.

Die ESA ist Europas Pforte zum Weltraum und hat ihren Hauptsitz in Paris, Frankreich.

Artist’s impression of CHEOPS, with an exoplanet system in the background
Künstlerische Darstellung von CHEOPS mit einem Exoplanetensystem im Hintergrund
ESA/ATG-Medienlabor

ESO: Baubeginn des ELT auf festem Boden

Wissenschaftler auf der ganzen Welt warten sehnsüchtig auf den Bau der nächsten Generation von Teleskopen. Derzeit können die größten bodengebundenen Teleskope 1,5 Millionen Mal mehr Licht sammeln als das menschliche Auge und sind in der Lage, sehr dunkle und weit entfernte Objekte im Universum zu beobachten. Ihre Auflösung ist jedoch nicht hoch genug, um erdähnliche Exoplaneten zu finden oder Einblicke in den Ursprung des Universums zu gewähren. Um diese Herausforderung zu bewältigen, werden derzeit größere Teleskope mit größeren Spiegeln gebaut. Sie werden in der Lage sein, mehr Licht zu sammeln und Bilder mit höherer Auflösung zu erzeugen.

Eines dieser Teleskope ist das Extremely Large Telescope (ELT) der Europäischen Südsternwarte (ESO). Derzeit wird das Fundament des Teleskops gebaut. Achtzehn der 798 Segmente für den Hauptspiegel – die zusammen einen Spiegel mit 39 m Durchmesser bilden werden – wurden bisher hergestellt und befinden sich nun in der Polierphase. Das ELT soll 2025 fertiggestellt werden und wird dann das größte Teleskop der Erde sein.

Weitere Informationen zum ELT finden Sie auf der Webseite der ESO.

Die ESO ist die führende zwischenstaatliche Astronomieorganisation in Europa und das produktivste bodengestützte astronomische Observatorium der Welt mit Hauptsitz in Garching bei München und Teleskopen in Chile.

Construction is now underway for the foundations of the ELT in the remote Chilean Atacama Desert.
Derzeit werden die Fundamente für das ELT in der abgelegenen chilenischen Atacama-Wüste gelegt.
ESO

ESRF: Käferschuppen könnten einen Schlüssel bei der Entwicklung nachhaltiger Farben sein

Die Schuppen des Cyphochilus-Käfers gehören zu den hellsten weißen Substanzen, die in der Natur vorkommen. Bisher war der Grund für ihr ultraweißes Erscheinungsbild nicht bekannt, aber kürzlich durchgeführte Röntgenexperimente an der European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) konnten eine Erklärung liefern.

Forscher der University of Sheffield, UK, haben mit Hilfe der ESRF-Röntgenbildgebungsanlagen gezeigt, dass es die interne Nanostruktur der Schuppen ist (und nicht Pigmente oder Farbstoffe), die diese ultraweiße Färbung erzeugt. Die Schuppen haben das richtige Verhältnis von leeren Räumen in einem hochgradig vernetzten Nanonetzwerk. Diese Räume optimieren die Streuung des Lichts – wodurch das ultraweiße Aussehen entsteht.

Dem Team gelang es, die Struktur der Schuppen im Labor mit einem Polymer nachzubilden, aus dem in Zukunft weiße Farben hergestellt werden könnten. Solche Produkte könnten eine nachhaltige Alternative zum umweltschädlichen Titandioxid darstellen, das in herkömmlichen weißen Farben verwendet wird.

Weitere Informationen finden Sie auf der ESRF-Webseite.

Die in Grenoble in Frankreich gelegene ESRF betreibt die leistungsstärkste Synchrotronstrahlungsquelle in Europa.

Close-up of the Cyphochilus beetle, showing its white scales
Nahaufnahme des Cyphochilus-Käfers mit seinen weißen Schuppen
Andy Parnell/Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0

EUROfusion: „Warum Fusion?”

The summer 2019 issue of EUROfusion’s magazine, Fusion in Europe
Die Sommerausgabe 2019
der Zeitschrift Fusion in
Europe
von EUROfusion

EUROfusion

Wissenschaftler schätzen, dass, wenn alles gut geht, ab etwa 2060 Fusionsenergie in das Stromnetz eingespeist werden wird. Angesichts der Tatsache, dass viele Menschen, die heute noch leben, zu Lebzeiten keinen Fusionsstrom erleben werden, warum sollten wir weiterhin Geld und die Zeit der Physiker in die Erforschung und Realisierung der Fusionsenergie investieren? Um dieser Frage nachzugehen, wandte sich das EUROfusion-Magazin Fusion in Europe an politische Entscheidungsträger, Studenten, Lehrer, Fusionsforscher und die breite Öffentlichkeit und stellte die Frage: „Warum Fusion?“

Sie erhielten eine ganze Reihe von Antworten, die sich für die Fortsetzung der Fusionsforschung aussprachen. Der Nutzen der Fusionsforschung und das Potenzial der Fusionsenergie – auch wenn sie noch Jahrzehnte entfernt ist – werden die Investition wert sein. Eine Sammlung von Antworten wurde in der Sommerausgabe von Fusion in Europe vorgestellt. EUROfusion hofft, durch eine Online-Umfrage weiterhin mehr Meinungen und Perspektiven zu diesem Thema zu sammeln.

Teilen Sie Ihre Gedanken zum Thema „Warum Fusion?” durch die Beantwortung der Umfrage von EUROfusion.

Lesen Sie Fusion in Europe auf der Webseite von EUROfusion.

EUROfusion verwaltet und finanziert europäische Fusionsforschungsaktivitäten mit dem Ziel, Fusionsstrom zu realisieren. Das Konsortium besteht aus 30 Mitgliedern aus 26 Ländern der Europäischen Union sowie der Schweiz und der Ukraine.

European XFEL: Weltweit schnellste Kamera für weiche Röntgenstrahlung installiert

Die Röntgenblitze, die in der europäischen Freie-Elektronen-Röntgenlaseranlage European XFEL erzeugt werden, ermöglichen es den Forschern, eine Vielzahl von Proben auf atomarer Ebene zu untersuchen. Die Röntgenstrahlen werden auf eine Probe gelenkt, um ein charakteristisches Muster zu erzeugen, das von einem Detektor aufgezeichnet wird. Die Blitze treffen in schneller Folge mit einer Zeitdifferenz von 220 Nanosekunden ein, so dass der Detektor viele Bilder nacheinander aufnimmt – so können Wissenschaftler molekulare Prozesse mit hoher Geschwindigkeit beobachten.

Am European XFEL wurde vor kurzem ein neuer Röntgendetektor installiert und getestet, der speziell für die Instrumente für weiche Röntgenstrahlen der Anlage entwickelt wurde, die mit niederenergetischer, langwelliger Röntgenstrahlung arbeiten. Bei voller Kapazität kann der neue DSSC-Detektor Bilder mit einer Rate von 4,5 Millionen Bildern pro Sekunde aufnehmen, wobei jeder Röntgenblitz genutzt wird. Damit ist der DSSC der schnellste Detektor für weiche Röntgenstrahlen der Welt und ermöglicht ultraschnelle Untersuchungen der atomaren Struktur im Nanobereich.

Weitere Informationen zum DSSC-Detektor finden Sie auf der Webseite des European XFEL.

Der European XFEL ist eine Forschungsanlage in der Region Hamburg in Deutschland. Seine extrem intensiven Röntgenblitze werden von Forschern aus der ganzen Welt genutzt.

The DSSC detector, a new soft X-ray camera installed at European XFEL
Der DSSC-Detektor, eine neue Kamera für weiche Röntgenstrahlung am European XFEL
Karsten Hansen/DESY

ILL: Den Bedarf an energieeffizienten Geräten decken

Wissenschaftler sind ständig auf der Suche nach neuen Materialien, um energieeffizientere elektrische Geräte herzustellen. Eine solche Materialklasse sind Oxid-Ionen-Leiter – feste Oxide, die hochbewegliche Oxid-Ionen enthalten. Um die Eigenschaften dieser Leiter besser zu verstehen, haben Wissenschaftler des Instituts Laue-Langevin (ILL) und der Durham University, UK, kürzlich Neutronenstreuungstechniken eingesetzt, um ihre Oxid-Ionen-Dynamik auf atomarer Ebene zu beobachten.

Eine der vielversprechendsten Anwendungen von Oxid-Ionen-Leitern ist die Anwendung in Festoxid-Brennstoffzellen (SOFCs). Diese Geräte wandeln chemische Energie in Elektrizität um, ohne umweltschädliche Nebenprodukte zu erzeugen. Der Hauptnachteil der derzeit in SOFCs verwendeten Leiter besteht darin, dass das Erreichen der erforderlichen Leitfähigkeit sehr hohe Temperaturen (750-800 °C) erfordert. Es gibt jedoch einen Oxid-Ionen-Leiter mit bemerkenswerter Leitfähigkeit bei relativ niedrigen Temperaturen: Bismutvanadat.

Bei der Untersuchung von Bismutvanadat auf atomarer Ebene zeigten die Forscher, dass zwei Hauptmechanismen zu seiner Leitfähigkeit beitragen. Mit Hilfe dieser Erkenntnisse können die Wissenschaftler Wege finden, Bismutvanadat oder auch andere ähnliche Leiter chemisch zu modifizieren, um deren Eigenschaften weiter zu verbessern.

Weitere Informationen über die Studie finden Sie auf der ILL-Webseite.

Das ILL mit Sitz in Grenoble, Frankreich, ist ein internationales Forschungszentrum an der Spitze der Neutronenwissenschaft und -technologie.

Crystal structure of bismuth vanadate. Two main mechanisms contribute to the conductor’s favourable dynamics: one in the Bi-O sub-lattice (green) and the other in the V-O sub-lattice (brown)
Kristallstruktur von Bismutvanadat. Zwei Hauptmechanismen tragen zur günstigen Leitfähigkeitsdynamik bei: einer im Bi-O-Subgitter (grün) und einer im V-O-Subgitter (braun).
ILL

EIROforum

EIROforum bündelt die Ressourcen, Einrichtungen und Fachkenntnisse seiner Mitgliedsorganisationen, um die europäische Wissenschaft bei der Ausschöpfung ihres vollen Potenzials zu unterstützen.

Weitere Informationen finden Sie auch in der Liste der EIROforum-bezogenen Artikel in Science in School oder in den anderen EIRO-News-Artikeln.

Download

Download this article as a PDF

Institution

EMBL, EIROforum, CERN, EUROfusion, ESA, ESO, ESRF, European XFEL, ILL

License

CC-BY