Temperatur und Synchrotronstrahlung - Abteilung 7 - Physikalisch ...
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Physikalisch-Technische Bundesanstalt Nationales Metrologieinstitut Abteilung 7 Temperatur und Synchrotronstrahlung Abteilungsbericht 2019
Abteilung 7 Temperatur und Synchrotronstrahlung Prof. Dr. M . Richter Telefon: (030) 3481-7312 E-Mail: mathias.richter@ptb.de Fachbereich 7.1 Radiometrie mit Synchrotronstrahlung Dr. F. Scholze Telefon: (030) 3481-7202 E-Mail: frank.scholze@ptb.de Fachbereich 7.2 Röntgenmesstechnik mit Synchrotronstrahlung Dr. M. Krumrey Telefon: (030) 3481-7110 / 7260 E-Mail: michael.krumrey@ptb.de Fachbereich 7.3 Detektorradiometrie und Strahlungsthermometrie Dr. J. Hollandt Telefon: (030) 3481-7369 E-Mail: joerg.hollandt@ptb.de Fachbereich 7.4 Temperatur Dr. S. Rudtsch Telefon: (030) 3481-7650 E-Mail: steffen.rudtsch@ptb.de Fachbereich 7.5 Wärme und Vakuum Dr. K. Jousten Telefon: (030) 3481-7262 E-Mail: karl.jousten@ptb.de Fachbereich 7.6 Kryosensorik Dr. J. Beyer Telefon: (030) 3481-7379 E-Mail: joern.beyer@ptb.de Auszug aus dem PTB-Organigramm Titelseite: Langwegzelle für die optische Gasdruck- (Dezember 2019) messung (PTB-Patent)
Abteilungsbericht 2019 – Temperatur und Synchrotronstrahlung
Für Abteilung 7 war auch 2019 ein Jahr personeller
Veränderungen bei den Leitungspositionen. Die Ab-
teilungsleitung und zwei Fachbereichsleitungen (7.1
und 7.6) wurden neu beauftragt (Bild 1) sowie fünf
Arbeitsgruppenleitungen (7.12, 7.14, 7.21, 7.45, 7.55).
Die Arbeitsgruppen 7.14, 7.45 und 7.55 waren zuvor
neu eingerichtet worden. Bedingt durch die Alters-
struktur wird Personalentwicklung für die Abteilung
auf allen Ebenen auch in den kommenden Jahren ein
wichtiges Thema bleiben.
Für das Arbeitsgebiet der Metrologie mit Synchro
tronstrahlung nutzt Abteilung 7 in Berlin-Adlershof
die Elektronenspeicherringe Metrology Light Source
(MLS) seit 2008 und BESSY II seit 1999. Hier wurde
gemeinsam mit dem Helmholtz-Zentrum Berlin für
Materialien und Energie (HZB), das beide Speicher-
ringe betreibt, ein europäisches Zentrum geschaffen
mit einer weltweit führenden Position auf diesem
Gebiet. Vor dem Hintergrund der zu erwartenden
Einstellung des Betriebs von BESSY II nach über 30 Bild 2: Konzept über die zukünftige Nutzung von Synchrotron-
strahlung durch die PTB als Tischvorlage bei der Kuratoriumsta-
Jahren in der Zeit nach 2030 wurde in Abstimmung gung am 17. Mai 2019
mit dem Präsidium und dem HZB ein Konzept über
die zukünftige Nutzung von Synchrotronstrahlung
durch die PTB entwickelt und dem Kuratorium im und Energie, der sich am 28. Februar ausführlich über
Mai 2019 vorgestellt (Bild 2). Dem vorausgegangen die Arbeiten der PTB in Berlin-Adlershof informieren
war ein Besuch von Staatssekretär Dr. Ulrich Nuss- ließ.
baum aus dem Bundesministerium für Wirtschaft
Bild 1: Abteilungs-
und Fachbe-
reichsleiter der
Abteilung 7 im
Dezember 2019
(von links nach
rechts): Jörn Beyer
(Fachbereich 7.6),
Michael Krumrey
(Fachbereich 7.2),
Frank Scholze
(Fachbereich 7.1),
Jörg Hollandt
(Fachbereich 7.3),
Steffen Rudtsch
(Fachbereich 7.4),
Mathias Richter
(Abteilung 7)
und Karl Jousten
(Fachbereich 7.5)
1
Abteilungsbericht 2019 – Abteilung 7
von UV- bis Röntgenstrahlung. Die Aufgabenschwer-
punkte der über 70 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter
liegen inzwischen jedoch in der drittmittelfinanzier-
ten Forschung, die in zunehmendem Maße auch die
quantitative Untersuchung komplexer Materialien
(Advanced Materials) umfasst: Im Rahmen des im
Juni 2019 gestarteten EMPIR-Projektes METVES II
werden Referenzmaterialien zur Bestimmung der
Größenverteilung und der Anzahlkonzentration von
biologischen Nanopartikeln (Mikrovesikel, Exoso-
men) mit Röntgenkleinwinkelstreuung charakteri-
siert. Mit einem neu entwickelten, hochauflösenden,
wellenlängen-dispersiven von-Hamos-Spektrometer
konnte erstmals resonante inelastische Streuung
Bild 3: Kohärente Verstärkung von Undulatorstrahlung einzelner
Elektronenpakete durch Steady State Micro Bunching (RIXS) an Elektroden von Lithium-Ionen-Metalloxid-
Batterien gemessen werden. In Kooperation mit der
TU Berlin wurde durch die Kombination von FTIR-,
Das Konzept stützt sich auf über 35 Jahre Erfahrung
UV/VIS- und NMR-Spektroskopie sowie Massen-
und Zusammenarbeit mit dem HZB (früher BESSY
spektrometrie, MALDI-TOF, Größenausschlusschro-
GmbH) bei der kontinuierlichen Weiterentwicklung
matographie und Elementaranalyse die Synthese von
der Metrologie mit Synchrotronstrahlung und der
Melanoidinen untersucht.
maschinenphysikalischen Grundlagen dafür, wie des
Betriebs von Elektronenspeicherringen als primäre
Zum 313. PTB-Seminar VUV and EUV Metrology
Strahlungsquellennormale für die Radiometrie. Ein
trafen am 22. und 23. Oktober 2019 viele der Koope-
aktuelles Beispiel der Maschinenentwicklung von
rationspartner aus Forschung und Industrie im Her-
HZB und PTB an der MLS in Kooperation mit der
mann-von-Helmholtz-Bau der PTB in Berlin-Char-
Tsinghua-Universität Peking bezieht sich auf die
lottenburg zusammen und tauschten sich bei diesem
weltweit erstmalige Erzeugung kohärent verstärkter
in zweijährigem Turnus mittlerweile zum fünften Mal
Undulatorstrahlung durch die Überlagerung der
veranstalteten Workshop über neueste Entwicklungen
gespeicherten Elektronenpakete mit einem Laser über
und Ergebnisse aus, zur Fertigung und Untersu-
das Prinzip des Steady State Micro Bunching (Bild 3).
chung von Nanostrukturen für Anwendungen in der
Halbleiterindustrie bis hin zur Charakterisierung von
Die Arbeiten der PTB an der MLS und bei BESSY II
weltraumgestützten Beobachtungsinstrumenten. Ein
stützen sich auf die Radiometrie im Spektralbereich
Bild 4: Die Teilneh-
mer des 313. PTB-
Seminars VUV and
EUV Metrology am
22. und 23. Okto-
ber 2019 vor dem
Hermann-von-
Helmholtz-Bau der
PTB in Berlin-
Charlottenburg
2
Abteilungsbericht 2019 – Temperatur und Synchrotronstrahlung
metrologische und wissenschaftliche Anwendungen
ermöglicht (Bild 6).
Bild 5: Richtfest für den Walther-Meißner-Bau am 28. Mai 2019
viel diskutiertes Thema war dabei auch die Ankün-
digung der großen Halbleiterproduzenten Samsung Bild 6: Neue Multikanal-Ausleseelektronik für große SQUID-Sen-
sorsysteme und Einzelplatine mit 9 SQUID-Elektroniken
und TSMC im Herbst 2018, für die Herstellung
ihrer High-End-Prozessoren die Technik der EUV-
Seit Jahren werden die in der Abteilung 7 entwi-
Lithografie (EUVL) einzusetzen, deren Entwicklung
ckelten höchstempfindlichen SQUID-Systeme und
die PTB durch At-Wavelength-Metrologie mit Syn-
-Elektroniken zur Messung kleinster Ströme und
chrotronstrahlung seit 20 Jahren unterstützt.
Magnetfelder bei tiefen Temperaturen vielfältig inner-
halb und außerhalb der PTB eingesetzt, etwa in der
In unmittelbarer Nachbarschaft zum Hermann-
medizinischen Diagnostik (u. a. mit Abteilung 8), der
von-Helmholtz-Bau fand am 28. Mai 2019 auf dem
Radionuklidmetrologie (u. a. mit Abteilung 6) oder
Charlottenburger Campus der PTB auch das Richtfest
im Bereich der elektrischen Quantennormale (u. a.
für den Walther-Meißner-Bau statt (Bild 5), ein
Forschungsneubau geplant für eine Nutzfläche von
2.325 m2 und hochspezialisierte Labor-, Mess- und
Reinräume für die Thermometrie, Kryosensorik
und Quantentechnologie. Ab 2021 werden dorthin
insbesondere die Arbeiten der Abteilung 7 und Ko-
operationspartner zur Entwicklung, Herstellung und
Anwendung von supraleitenden Quanteninterferenz-
Detektoren (SQUID) verlagert, die einen wichtigen
Beitrag zum neuen Quantentechnologie-Zentrum der
PTB darstellen.
Zur Auslesung von dc-SQUID-Multikanalsystemen
wurde kürzlich im Rahmen einer Förderung durch
die Investitionsbank Berlin und den Europäischen
Fonds für regionale Entwicklung gemeinsam mit der
Magnicon GmbH und dem Institut für angewandte
Photonik e. V. Berlin eine verbesserte Elektronik ent-
wickelt, die das zeitgleiche Auslesen von bis zu eini-
gen tausend Kanälen und damit den Betrieb von ganz
neuartigen SQUID-Sensorsystemen für verschiedene Bild 7: SQUID-basierter Transition Edge Sensor (TES) für den Ein-
satz bei der Einzelphotonen-Radiometrie
3
Abteilungsbericht 2019 – Abteilung 7
mit Abteilung 2). Für die Charakterisierung von Ein- Die Arbeiten zum optischen Drucknormal sind eng
zelelektronenpumpen konnten kürzlich die Entwick- verknüpft mit aktuellen Experimenten zur Dielektrizi-
lungsarbeiten an einer rauschoptimierten Variante tätskonstanten-Gasthermometrie (DCGT), die in
des Ultrastable Low-noise Current Amplifier (ULCA) den vergangenen Jahren entwickelt wurde, um im
und der Technologietransfer zum Lizenznehmer Ma- Zusammenhang mit der Reform des internationalen
gnicon erfolgreich abgeschlossen werden. Einheitensystems SI mit kleinsten Unsicherheiten
die Boltzmann-Konstante neu zu bestimmen. Jetzt
Im Rahmen eines PTB-internen Projekts zwischen wurden über die elektrische Kapazitätsmessung
Abteilung 2 und 7 wurde auch ein neuartiges Konzept der DCGT Dichte und Druck von Gasen gemessen
zur Rauschthermometrie erarbeitet und seine Eig- und das Ergebnis sehr erfolgreich mit dem eines
nung mit Hilfe eines Prototyps erfolgreich evaluiert, hochgenauen Kolbenmanometers für eine klassische
das einen weiten und industriell relevanten Tempera- mechanische Druckmessung verglichen (Bild 8).
turbereich von zunächst 77 K bis 1000 K abdeckt. Der
Aufbau von entsprechenden Messplätzen für hochge- Neben Quantentechnologie ist Abteilung 7 auch zu
naue Temperaturmessungen ist ab 2021 im Walther- den neu definierten Querschnittsthemen Umwelt und
Meißner-Bau geplant. Andere Messplätze dort und Klima sowie Energie in den entsprechenden PTB-
Beiträge zum Quantentechnologie-Zentrum der PTB Lenkungskreisen (LK) vertreten. Im LK Energie geht
beziehen sich u. a. auf die Einzelphotonen-Radio- dabei die Expertise auf dem Gebiet der Thermometrie
metrie für Anwendungen im Bereich Quantenoptik und bei der primären Darstellung und Messung von
(Bild 7) und die Vakuum-Metrologie im Zusammen- Temperatur im Bereich von 0,001 K bis 3000 K ein,
hang mit dem EMPIR-Projekt Towards quantum- die ja über die Boltzmann-Konstante direkt mit der
based realisations of the pascal (QuantumPascal), bei Energie verknüpft ist. Dies umfasst auch die Messung
dem ein optisches Drucknormal über die Messung der thermischen Energie von flüssigen Wärmeträger-
des Brechungsindex von Gasen realisiert werden soll, medien. Dazu wurde im Jahr 2019 in Abstimmung
um die bisher entwickelte Druckdarstellung durch mit Abteilung 1 ein neues Konzept vorgestellt sowie
eine Absorptionsmessung im Hoch- und Feinvaku- ein Masterplan zur Modernisierung und Fertigstel-
um zu erweitern (Titelbild). Dazu wurden kürzlich lung entsprechender Anlagen. Ferner wurde eine
sehr erfolgreich Simulationen zur Deformation der Erweiterung der harmonisierten Fachgrundnorm
optischen Resonatoren durchgeführt, die von großer EN 1434 „Thermische Energiemessgeräte“ veröffent-
Bedeutung für den Fortgang des Projektes sind. licht. Entsprechende Forschungsarbeiten beziehen
sich auf die Laser-Doppler-Velozimetrie und den Test
von Durchflussmessgeräten bei gestörten Strömungen
(Bild 9).
Auf die Klimaforschung bezieht sich dagegen eine
aktuelle Kooperation im Bereich Thermometrie mit
dem Nationalen Metrologieinstituts (NIM) und dem
National Center of Ocean Standards and Metrology in
China. Dabei geht es um die Messung von Tempera-
turveränderungen in den Meeren bis in Tiefen von
mehreren tausend Metern im Rahmen des weltum-
spannenden ozeanographischen Messnetzes Argo und
dessen messtechnische Rückführung.
Der Schwerpunkt der Mitarbeit von Abteilung 7 im
LK Umwelt und Klima liegt allerdings auf dem Gebiet
der Erdfernerkundung. Ein aktuelles Ergebnis bezieht
Bild 8: Klassische Druckmessung mit einem Kolbenmanometer
(links) gemäß Druck = Kraft/Fläche und der neue elektrische sich auf eine verbesserte Rückführung der World
Ansatz (rechts) über die vom Messgasdruck abhängige Kapazität Infrared Standard Group (WISG) am Physikalisch-
eines Gaskondensators (Nature Physics 16, 177–180 (2020))
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Abteilungsbericht 2019 – Temperatur und Synchrotronstrahlung
Bild 9: Mit einem
Laser-Doppler-
Velozimeter
gemessene Strö-
mungsprofile,
angegeben als
axiale Strömungs-
komponente ,
normiert mit der
volumetrischen
Geschwindigkeit
in Abhängigkeit
von der axialen
Distanz z stromab
eines Raumkrüm-
mers als realen
Störkörpers (oben)
und, für dessen
Imitation im
Messlabor, einer
kürzlich verbesser-
ten Version eines
asymmetrischen
Drallgenerators
(unten)
Meteorologischen Observatorium Davos (PMOD). von THz- bis UV-Strahlung insbesondere über die
Im Rahmen des EMPIR-Projekts Metrology for Earth verwendeten Primärnormale: nach dem Planck-
Observation and Climate 3 (MetEOC3) wurde ein he- schen Strahlungsgesetz berechenbare Hohlraum-
misphärischer Referenzhohlraumstrahler entwickelt, Temperaturstrahler und kryogene elektrische
charakterisiert und mit der PTB-Strahlungstempera- Substitutionsradiometer für den Nachweis absoluter
turskala verglichen (Bild 10). Die WISG sichert die Strahlungsleistungen. Das neue EMPIR-Projekts
Rückführung des Baseline Surface Radiation Network Self-calibrating photodiodes for the radiometric linkage
(BSRN) zur Messung der Infrarotrückstrahlung der to fundamental constants (chipS·CALe) verfolgt in
Atmosphäre auf die Erde über Pyrgeometer. diesem Zusammenhang das Ziel einer robusteren und
vereinfachten Rückführung der Messungen optischer
Die Strahlungsthermotrie ist traditionell eng ver- Strahlungsleistung auf die neu definierte SI-Einheit
knüpft mit der Radiometrie im Spektralbereich Candela. Im Grenzbereich zwischen Radiometrie
Bild 10: Neu
entwickelter
hemisphärischer
Referenzhohl-
raumstrahler beim
Vergleich gegen
die PTB-Strah-
lungstemperatur-
skala über einen
Ammoniak-Wär-
merohrhohlraum-
strahler (links),
Schnittbild des
neuen Strahlers
sowie emittieren-
de Kegelfläche
und Golddom
(rechts)
5
Abteilungsbericht 2019 – Abteilung 7 und Hochfrequenzmetrologie um 100 GHz wurde in Zusammenarbeit mit Abteilung 2 erstmals ein Vergleich durchgeführt zwischen leitungsgebundener Leistungsmessung im Rechteckhohlleiter und einer radiometrischen Messung im Freiraum. Für das Jahr 2020 beziehen sich wesentliche Ziele der Abteilung 7 auf das Personalentwicklungskonzept, Beiträge zum Conceptual Design Report (CDR) für ein BESSY III, die Umsetzung der Erstausstattung für den Walther-Meißner-Bau als Berliner Beitrag zum Quan- tentechnologie-Zentrum der PTB, die Umsetzung des Masterplans zur Modernisierung und Fertigstellung der Anlagen im Bereich Thermische Energie sowie die verstärkte Ausrichtung der Arbeiten insgesamt an die neuen PTB-Querschnittsthemen. 6
Abteilungsbericht 2019 – Temperatur und Synchrotronstrahlung
In Schlagzeilen: Nachrichten aus der Abteilung
Grundlagen der Metrologie Anwendbarkeit des Debye-Waller-Faktors für
Kantenrauheit geätzter Linienstrukturen
Weiterentwicklung SiC-basierter Schottky-Photo In früheren Arbeiten wurde gezeigt, dass für Ab-
dioden für den VUV-Spektralbereich sorberlinien auf einer reflektierenden Oberfläche wie
In Kooperation mit dem Ioffe-Institut in St. Peters- etwa bei Lithographie-Masken der bekannte Debye-
burg wurden Cr/4H-SiC-Photodioden hinsichtlich Waller-Faktor zur Beschreibung der Intensitätsdämp-
ihrer Verwendbarkeit als radiometrische Empfän- fung durch Kantenrauheit verwendet werden kann.
gernormale im Vakuum-Ultraviolett-Spektralbereich Jetzt konnte gezeigt werden, dass dies auch für in
charakterisiert und auf der Basis dieser Messungen ein Substrat geätzte Linien ohne sonstigen optischen
weiter-entwickelt. (A. Gottwald, FB 7.1, alexander. Kontrast gilt (https://doi.org/10.1364/OE.27.032490).
gottwald@ptb.de) (A. Fernández Herrero, FB 7.1, analia.fernandez.
herrero@ptb.de)
313. PTB-Seminar: VUV and EUV Metrology
Zum 5. Mal in Folge fand vom 21. bis 23. Oktober Infrarot-Nahfeldmikroskopie an ferromagnetischen
2017 am Institut Berlin der PTB das Seminar VUV Nanostrukturen
and EUV Metrology als 313. PTB-Seminar mit 107 Bei der Untersuchung magnetischer Nanostrukturen
Teilnehmern aus Forschung und Industrie statt. Im mit der Magnetkraftmikroskopie kann die zu messen-
Keynote-Vortrag von V. Banine (ASML) wurde her- de magnetische Struktur durch die Sonde beeinflusst
ausgestellt, dass die Lithographie mit EUV-Strahlung werden. Die Arbeitsgruppen 7.11 und 2.52 haben mit
jetzt in der Halbleiterfertigung etabliert ist, wodurch Kooperationspartnern der FU Berlin und des Hitachi
dieses Themenfeld wesentlich an Bedeutung gewinnt. Cambridge Laboratory eine Methode basierend auf
(F. Scholze, A. Gottwald, FB 7.1, frank.scholze@ptb. der Infrarot-Nahfeldmikroskopie entwickelt, die diese
de, alexander.gottwald@ptb.de) Rückkopplung vermeidet. Das Verfahren wurde in
der Zeitschrift AIP Advances publiziert. (B. Kästner,
Chemische Reaktion von oberflächenabsorbierten FB 7.1, bernd.kaestner@ptb.de)
Molekülen sichtbar gemacht
Im Rahmen eines DFG-Vorhabens mit dem FZ Dimensionelle Charakterisierung von
Jülich und der Karl-Franzens-Universität Graz nichtsphärischen Nanopartikeln
konnten mittels Photoemissionstomographie am Im Rahmen des EMPIR-Projektes nPSize wurde die
VUV-Undulatorstrahlrohr der Metrology Light Source Rückführbarkeit der dimensionellen Messung von
Zwischenzustände der Polymerisation des DBBA-Mo- Nanopartikeln mit verschiedenen Methoden wie z. B.
leküls auf einer Kupferoberfläche identifiziert werden. Röntgenkleinwinkelstreuung weiterentwickelt und
(A. Gottwald, FB 7.1, alexander.gottwald@ptb.de) auf nichtsphärische Partikelformen, u. a. Würfel oder
Oktaeder, ausgedehnt. (C. Gollwitzer, FB 7.2, christi-
Verifizierung der Many Beam Dynamical Diffrac- an.gollwitzer@ptb.de)
tion Theory zur Berechnung von Röntgenstreuung
Gemeinsam mit Fachbereich 8.4 wurde gezeigt, dass Charakterisierung von Lithium-Ionen-Metalloxid-
die Many Beam Dynamical Diffraction Theory ausrei- Batterien mit RIXS
chend genaue Werte für das elektrische Nahfeld bei Mit einem neu entwickelten, hochauflösenden,
Röntgenstreuexperimenten liefert. Diese Methode ist wellenlängen-dispersiven von-Hamos-Spektrometer
numerisch wesentlich einfacher als die Lösung der konnte erstmals resonante inelastische Streuung
Maxwell-Gleichungen mit der Finite-Elemente-Me- (RIXS) an Elektroden von Lithium-Ionen-Metalloxid-
thode und öffnet daher den Weg zur Analyse komple- Batterien untersucht werden. Die Oxidationszustände
xerer Strukturen und zur numerischen Behandlung der Übergangsmetalle in verschiedenen Kathodenma-
von Einflüssen wie Kantenrauheit (https://arxiv.org/ terialien konnten so mit den Ablagerungen auf degra-
abs/1908.11452). (V. Soltwisch, FB 7.1, K. Nikolaev dierten Anoden korreliert werden. (C. Zech, B. Beck-
FB 8.4, victor.soltwisch@ptb.de, konstantin.nikolaev@ hoff, FB 7.2, I. Holfelder, FB IB.T, claudia.zech@ptb.
ptb.de) de, burkhard.beckhoff@ptb.de, ina.holfelder@ptb.de)
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Abteilungsbericht 2019 – Abteilung 7
Untersuchung von Sekundärfluoreszenzanregung aufgebaut. Damit kann die Kalibrierung von Infra-
Im Rahmen einer Masterarbeit im Studiengang rotstrahlern und Strahlungsthermometern auch bei
Physik der TU Berlin wurde die experimentelle Vali- kürzeren Wellenlängen in einem größeren Tempera-
dierung von Sekundärfluoreszenzanregungseffekten turbereich durchgeführt werden. (I. Müller, FB 7.3,
in der Röntgenfluoreszenzanalyse untersucht, die ingmar.mueller@ptb.de)
von großer Bedeutung für quantitative Messungen an
Dünnschichtproben ohne matrixähnliche Kalibrier- Bestimmung von Verunreinigungskonzentrationen
proben ist. (A. Wählisch, B. Beckhoff, FB 7.2, andre. bei metallischen Fixpunktmaterialien
waehlisch@ptb.de, burkhard.beckhoff@ptb.de) Die Messung des Restwiderstandsverhältnisses
R(4.2 K)/R(293 K) liefert eine integrale Information
Erfolgreicher Vergleich leitungsgebundener über den Verunreinigungsgehalt bei der Darstellung
Leistungsmessung und im Freiraum für von metallischen Temperaturfixpunkten. Eine Ana-
Millimeterwellen lyse von Literaturdaten hat gezeigt, dass dadurch die
Im Frequenzbereich um 100 GHz wurde erstmals Anzahl der individuell zu untersuchenden Verunrei-
ein Messvergleich zwischen der leitungsgebundenen nigungen deutlich verringert werden kann und damit
Hochfrequenzleistungsmessung im Rechteckhohl- der Aufwand bei der Quantifizierung dieses zumeist
leiter und der Leistungsmessung eines fokussierten dominierenden Unsicherheitsbeitrages. (B. Fellmuth,
Freistrahls mit einem bei 1,4 THz kalibrierten pyro- FB 7.4, bernd.fellmuth@ptb.de)
elektrischen THz-Detektor mit großer Apertur durch-
geführt. (M. Kehrt, FB 7.3, mathias.kehrt@ptb.de) Mikroresonatoren der photonischen Thermometrie
erreichen hohe optische Güte
Kalibrierung eines Empfängers für die neue Im Rahmen des EMPIR-Projekts Photonic and Op-
Realisierung der Candela tomechanical Sensors for Nanoscaled and Quantum
Für die neue Realisierung der SI-Basiseinheit Candela Thermometry wurden gemeinsam mit dem IHP Leib-
im Fachbereich 4.1 wurde im Rahmen einer abtei- niz-Institut für Innovative Mikroelektronik halblei-
lungsübergreifenden Zusammenarbeit zwischen den terbasierte Mikroresonatoren auf der Grundlage von
Abteilungen 4, 5 und 7 ein speziell entwickelter sog. lithographisch hergestellten ringförmigen Wellenlei-
V(λ)-Trap-Empfänger gegen das lasergestützte Kryo- terstrukturen entwickelt, deren temperaturabhänge
radiometer der Arbeitsgruppe 7.33 Detektorradiomet und schmalbandige Notch-Filtercharakteristik für
rie kalibriert. (L. Werner, FB 7.3, lutz.werner@ptb.de) ein neuartiges Thermometer eingesetzt werden soll.
Ein für die Anwendung in der photonischen Ther-
Start eines EMPIR-Projekts zu neuen Methoden in mometrie weltweit bisher nicht erreichter Wert der
der Radiometrie optischen Güte von Q ≈ 160 700 konnte demonstriert
Im Rahmen des Europäischen Metrologieprogramms werden sowie ein starker Filterkontrast von ca. 12 dB.
EMPIR ist das Vorhaben 18SIB10 chipS·CALe (Self- (S. Krenek, FB 7.4, stefan.krenek@ptb.de)
calibrating photodiodes for the radiometric linkage to
fundamental constants) gestartet. Ziel des Projekts ist Die provisorische Tieftemperaturskala 2000 (PLTS-
die Entwicklung einer robusteren und vereinfachten 2000) ist thermodynamisch korrekt
Rückführung der Messungen optischer Strahlungs- Umfangreiche Vergleichsmessungen im EMPIR-
leistung auf die neu definierte SI-Einheit Candela. Projekt Implementing the new kelvin (InK 2) zwischen
(L. Werner, FB 7.3, lutz.werner@ptb.de) einem Magnetfeld-Fluktuations-Thermometer
(pMFFT), einem Coulomb-Blockade-Thermometer
Entwicklung eines Strahlungsthermometers bei (CBT) und einem Strom-Rausch-Thermometer
1,6 µm mit deutlich gesteigerter Detektivität (CSNT) als neu entwickelte Primärthermometer
Im Rahmen einer Masterarbeit wurde in der AG 7.32 zeigten im Rahmen der kombinierten Standardmes-
ein abbildungsfreies Strahlungsthermometer, basie- sunsicherheiten sehr gute Übereinstimmung. Darüber
rend auf einem thermoelektrisch gekühlten InGaAs- hinaus ergaben die Messungen, dass die PLTS-2000 in
Empfänger, mit einer sehr geringen Rauschleistung 99 % ihres Definitionsbereiches von 0,0009 K bis 1 K
und einem Bandpassfilter der Wellenlänge 1,6 µm thermodynamisch korrekt ist. (J. Engert, FB 7.4, jost.
engert@ptb.de)
8Abteilungsbericht 2019 – Temperatur und Synchrotronstrahlung
Genaueste experimentelle Bestimmung von Laseroptische Volumenstrommessung als
kombinierten Virialkoeffizienten für Helium, Neon Fundamentalverfahren
und Argon Im Rahmen des TransMet-Projekts „Einzelpunkt-
Mit Hilfe der Dielektrizitätskonstanten-Gasthermo- Lasersensor“ konnte die Leistungsfähigkeit des
metrie am Wassertripelpunkt wurden mit bislang laseroptischen Volumenstrom-Normals erfolgreich
unerreichter Genauigkeit kombinierte Dichte- über einen großen Durchfluss- und Temperaturbe-
und dielektrische Virialkoeffizienten für Helium, reich durch die gravimetrisch rückgeführte Referenz
Neon und Argon bestimmt. Dies eröffnet sowohl bestätigt werden. Auch bei starken Vorstörungen
für die physikalische Chemie die Möglichkeit, der Strömung kommt es im Unterschied zu anderen
theoretische Modelle zu überprüfen, als auch für die Verfahren dank der vollflächigen Messung über den
Gasmetrologie, neue Wege zur Temperatur- und ganzen Flussquerschnitt nur zu geringen zusätzlichen
Druckmessung zu erschließen. (C. Gaiser, FB 7.4, Unsicherheiten. In Kooperation mit der ILA R&D
christof.gaiser@ptb.de) GmbH entstand der Prototyp eines kompakten und
robusten Einzelpunkt-Lasersensors, der für den Ein-
EMPIR-Projekt QuantumPascal startet satz in der Prozessindustrie auch bei sehr hohen Tem-
Das im letzten Herbst positiv begutachtete EMPIR peraturen geeignet ist. (M. Juling, FB 7.5, markus.
Projekt Towards quantum-based realisations of the juling@ptb.de)
pascal (QuantumPascal) ist im Juni 2019 mit 12
Partnern, davon 7 NMIs, gestartet mit dem Ziel, u.a. Millikelvin-Messtechnik für die
die Refraktivitätsmessung von Helium und weiteren Radionuklidmetrologie
Gasen als Instrument zur genauen Realisierung des Im Rahmen des EMPIR-Projekts Metobeta haben
Pascal in Europa zu etablieren. (T. Rubin, FB 7.5, tom. die Fachbereiche 6.1 und 7.6 ein Betaspektrometer
rubin@ptb.de) aufgebaut, das Metallische Magnetische Kalorimeter
(MMCs) als Detektoren verwendet, die mit PTB-
Simulation von Längenänderungen einer optischen SQUID-Stromsensoren zur Auslese an der Universität
Kavität als optisches Drucknormal Heidelberg entwickelt wurden. Die Detektoren
Für eine Fabry-Perot-Doppelkavität (Referenzkavität werden bei tiefen Temperaturen von circa 20 mK be-
im Vakuum, Messkavität mit Druckbeaufschlagung) trieben und erzielen eine sehr viel höhere Energieauf-
wurde zur Messung der Refraktivität und damit Dich- lösung als die besten Halbleiter-basierten Detektoren.
te und Druck von Gasen mit hoher Auflösung die Dadurch besitzen MMCs ein sehr hohes Anwen-
elastische Deformation simuliert. Die resultierende dungspotential für die Bestimmung fundamentaler
relative Längenänderung zwischen Mess- und Refe- Radionukliddaten, z. B. für zukünftig genauere Akti-
renzkavität liegt bei 5 · 10–12/Pa und ist damit noch vitätsbestimmungen mittels der Flüssigszintillations-
zu groß für eine hochgenaue Messung des Drucks, so zählung. (J. Beyer, FB 7.6, joern.beyer@ptb.de)
dass im Rahmen des EMPIR-Projekts QuantumPascal
eine Weiterentwicklung geplant ist. (T. Rubin, FB 7.5,
Metrologie für die Wirtschaft
tom.rubin@ptb.de)
Fortsetzung der Zusammenarbeit mit ASML
Bestimmung thermophysikalischer
Die seit 2007 bestehende Kooperation mit der Firma
Gaseigenschaften in zwei neuen EMPIR-Projekten
ASML Holding N.V. auf dem Gebiet der EUV-Mess-
Mit starker Beteiligung der Arbeitsgruppe 7.43 sind
technik wurde zum 1.1.2019 in einem 7. Nachtrag
zwei neue EMPIR Projekte aus dem Call 2018 SI Broa-
bis Ende 2022 verlängert. Mit der Einführung der
der Scope gestartet. Das Projekt Towards quantum-
EUV-Lithografie in die Volumenfertigung gewinnen
based realisations of the pascal“ (QuantumPascal) wird
diese Arbeiten derzeit deutlich an Umfang. Die Ent-
vom Fachbereich 7.5 koordiniert. Im Projekt Realising
wicklungen im Rahmen dieser Kooperation erweitern
the redefined kelvin“ (Real-K) soll die Realisierung und
die metrologische Kompetenz der PTB und ermögli-
Rückführung primärthermometrischer Methoden zur
chen verbesserte Dienstleistungen für andere Partner.
direkten Darstellung des Kelvins vorangebracht wer-
(F. Scholze, FB 7.1, frank.scholze@ptb.de)
den. (C. Günz, FB 7.4, christian.guenz@ptb.de)
9Abteilungsbericht 2019 – Abteilung 7
Start des ECSEL-JU Projekts MADEin4 Dynamische Messung der Wärmekapazität bei
MADEin4, ein 3-jähriges ECSEL JU-Projekt, mit Temperaturen über 1000 K mit ADeM
fast 50 Partnern aus Industrie und Forschung aus 10 Für Materialien mit bekanntem Emissionsgrad wurde
Ländern wurde am 29./30.4. in Tel Aviv gestartet. die Methode der dynamischen Emissionsgradmes-
Die PTB beteiligt sich mit den Fachbereichen 7.1, 7.2 sung (ADeM) weiterentwickelt, um die spezifische
sowie 5.2 an der Entwicklung von neuen Lösungen Wärmekapazität bei hohen Temperaturen zu bestim-
für die Metrologie an nano-strukturierten Objekten men. Hierzu wurde eine Wolframprobe beidseitig mit
sowie den damit verbundenen Aspekten der Rück- einer Graphitschicht überzogen, deren Emissionsgrad
führbarkeit und Standardisierung. (F. Scholze, FB 7.1, zuvor untersucht und mit anderen Graphitproben
G. Dai, FB 5.2, frank.scholze@ptb.de, gaoliang.dai@ verglichen wurde. Erste Ergebnisse zeigten eine sehr
ptb.de) gute Übereinstimmung mit Literaturdaten bei einer
vorläufigen Messunsicherheit von etwa 4,5 %. (D. Ur-
EMPIR-Projekt zur Charakterisierung eines ban, FB 7.3, david.urban@ptb.de)
Röntgenfluoreszenzgeräts gestartet
Das EMPIR-SIP-Projekt Advancing laboratory based Dynamische Emissionsgradmessung (ADeM) mit
X-ray metrology techniques (AdLab-XMet) zur Cha- induktivem Heizkonzept oberhalb von 1000 K
rakterisierung eines kommerziellen Laborgerätes Durch die Umstellung von einem klassischen
für quantitative Röntgenfluoreszenzexperimente Röhrenofen zu einem induktiven Heizkonzept hat
unter streifendem Einfall ist in Zusammenarbeit mit sich bei der dynamischen Emissionsgradmessung die
der Firma Bruker Nano GmbH begonnen worden. Umgebungsstrahlung deutlich verringert. Da diese ein
(P. Hönicke, B. Beckhoff, FB 7.2, philipp.hoenicke@ wesentlicher Unsicherheitsbeitrag zur dynamischen
ptb.de, burkhard.beckhoff@ptb.de) Emissionsgradmessung ist, reduziert sich die relative
Gesamtunsicherheit für die Messung von z. B. sand-
Charakterisierung einer Liquid-Metal-Jet gestrahltem Wolfram von 8 % auf 4,5 %. (D. Urban,
Röntgenquelle FB 7.3, david.urban@ptb.de)
Mit einem neuartigen Aufbau, der die Positionie-
rung eines Röntgenfluoreszenzdetektors in nahezu Vergleich verschiedener Apparaturen zur
allen Kugelkoordinaten eines Quadranten zu einer Kalibrierung am Tripelpunkt von Argon
Probe ermöglicht, wurde der absolute Photonenfluss Im Rahmen einer Kooperation mit dem argenti-
einer Flüssig-Metall-Jet-Laborröntgenquelle durch nischen nationalen Metrologie-Institut wurden
Vergleich mit monochromatisierter Synchrotron- die Leistungsparameter von vier Einrichtungen
strahlung bestimmt. (C. Streeck, C. Zech, B. Beckhoff, unterschiedlicher Hersteller zur Kalibrierung von
FB 7.2, cornelia.streeck@ptb.de, claudia.zech@ptb.de, Platin-Widerstandsthermometern am Tripelpunkt
burkhard.beckhoff@ptb.de) von Argon bei –189,3442 °C verglichen. Bei einer sehr
sorgfältigen und langsamen Kondensation der Argon-
Kalibrierung von thermischen Strahlungsempfän- Proben nahe dem Sensorelement des Thermometers
gern im mittleren infraroten Spektralbereich ermöglichen alle vier eine erweiterte Kalibrierunsi-
Die Möglichkeiten rückgeführter Kalibrierungen von cherheit (k = 2) von unter 1 mK. (B. Thiele-Krivoi,
Strahlungsdetektoren wurden in den Spektralbereich FB 7.4, bettina.thiele-krivoi@ptb.de)
des mittleren Infrarots (MIR) erweitert. An einem
Messplatz mit nationalem Kryoradiometernormal Referenzkennlinie für Platin-Rhodium-Thermo
wurden hierfür unterschiedliche MIR-Laser imple- elemente
mentiert: ein Quantenkaskadenlaser bei 3,96 µm und Für einen mit Beteiligung der AG 7.41 entwickelten
9,45 µm sowie ein CO2-Laser bei 10,6 µm. So konnte hochtemperaturstabilen Platin-Rhodium-Thermo-
die spektrale Empfindlichkeit von Thermosäulen- elementtyp wurde im Rahmen des europäischen For-
empfängern und pyroelektrischen Detektoren als schungsprojekts EMPRESS-2 im Temperaturbereich
Sekundärnormale mit einer Messunsicherheit im Be- von 0 °C bis 1768,2 °C der Zusammenhang zwischen
reich weniger Prozent bestimmt werden. (P. Meindl, Temperatur und Thermospannung mit höchster Ge-
FB 7.3, peter.meindl@ptb.de) nauigkeit gemessen. Die Ergebnisse der insgesamt 7
10Abteilungsbericht 2019 – Temperatur und Synchrotronstrahlung
beteiligten Staatsinstitute wurden in geeigneter Weise Neues Konzept für die Rauschthermometrie
zusammengeführt und an das Normungsgremium Im Rahmen eines PTB-internen Projekts zwischen
IEC TC 65/SC/65B/WG5 als Referenzkennlinienent- Abteilung 2 und 7 wurde im Fachbereich 7.6 ein neu-
wurf zur Übernahme in die Norm IEC 60584 weiter- artiges Konzept für ein neues Rauschthermometer er-
geleitet. (F. Edler, FB 7.4, frank.edler@ptb.de) arbeitet und seine Eignung mit Hilfe eines Prototyps
erfolgreich evaluiert, das einen weiten und industriell
Neuer Typ eines Ionisationsvakuummeters relevanten Temperaturbereich von zunächst 77 K bis
erfolgreich getestet 1000 K abdeckt. Messelektronik und Software werden
Im Rahmen des EMPIR Projekts Towards a docu- dabei im Fachbereich 7.6 entwickelt, die metrologi-
mentary standard for an ionisation vacuum gauge sche Rückführung über einen Quantenrauschgene-
wurde mit Hilfe von Simulationen ein neues Ionisa- rator soll in den Fachbereichen 2.4 und 2.6 erfolgen,
tionsvakuummeter entwickelt, welches die relativen während der Aufbau von Messplätzen für hochgenaue
Gasartempfindlichkeiten vorhersagbar macht, so dass Temperaturmessungen durch Fachbereich 7.4 im
eine Kalibrierung für jede einzelne Gasart überflüssig zukünftigen Walther-Meißner-Bau geplant ist.
wird. Das neue Design wurde erfolgreich getestet (D. Drung, FB 7.6, dietmar.drung@ptb.de)
und soll in Zukunft die in-situ-Kalibrierung von
Quadrupol-Massenspektrometern bei industriellen
Metrologie für die Gesellschaft
Anwendungen ermöglichen. (K. Jousten, FB 7.5, karl.
jousten@ptb.de)
Untersuchungen zur Synthese von Melanoidinen
Melanoidine bestimmen sensorische Qualitäten wie
Neue Multikanal-Ausleseelektronik für große
Farbe, Geruch und Geschmack in Lebensmitteln.
SQUID-Sensorsysteme
In Kooperation mit der TU Berlin wurde durch
Mit dem Technologietransferpartner Magnicon
die Kombination von FTIR-, UV/VIS- und NMR-
GmbH und dem Institut für angewandte Photonik
Spektroskopie sowie Massenspektrometrie, MALDI-
e. V. Berlin wurde im Rahmen eines ProFIT-
TOF, Größenausschlusschromatographie und
Vorhabens zur Förderung industrieller Forschung in
Elementaranalyse gezeigt, dass bei der Synthese von
KMUs eine flexibel einsetzbare Elektronik entwickelt,
Fructosylalanin als Ausgangsbasis der die Melanoidi-
die hoch-skalierbar das zeitgleiche Auslesen von bis
ne erzeugenden Maillardreaktion Kohlenhydrate und
zu einigen tausend dc-SQUID-Kanälen in Multika-
Aminosäuren im Verhältnis 1:1 reagieren. (A. Horne-
nalsystemen erlaubt und damit die Entwicklung und
mann, FB 7.1, andrea.hornemann@ptb.de)
Anwendung von neuen SQUID-Sensorsystemen in
der PTB ermöglicht. Magnicon wird die neue Ausle-
Erfolgreicher Abschluss des EMPIR-Projekts
seelektronik kommerzialisieren und dadurch weiteren
MetVBadBugs
Anwendern von SQUID-Multikanalsystemen zugäng-
Das EMPIR-Projekt Quantitative measurement and
lich machen. (S. Bechstein, FB 7.6, sylke.bechstein@
imaging of drug-uptake by bacteria with antimicrobial
ptb.de)
resistance (MetVBadBugs), an dem die PTB mit ver-
schiedenen Methoden wie optischer Rasternahfeldmi-
Abschluss der ULCA-Entwicklung
kroskopie (s-SNOM), Infrarot-Spektroskopie (FTIR)
Die Entwicklungsarbeiten am Ultrastable Low-noise
und Röntgenfluoreszenzanalyse (XRF) beteiligt war,
Current Amplifier (ULCA) und der Technologietrans-
wurde erfolgreich abgeschlossen. (B. Kästner, A. Hor-
fer zum Lizenznehmer Magnicon wurden erfolgreich
nemann, FB 7.1, C. Streeck, B. Beckhoff, FB 7.2,
abgeschlossen. Durch umfangreiche Messungen
bernd.kaestner@ptb.de, andera.hornemann@ptb.de,
konnte nachgewiesen werden, dass die neuentwickelte
cornelia.streeck@ptb.de, burkhard.beckhoff@ptb.de)
rauschoptimierte ULCA-Variante eine Halbierung
der Messzeit bei der Charakterisierung von Einzel-
Charakterisierung von Referenzmaterialien für
elektronenpumpen ermöglicht. Über den Lizenzneh-
biologische Nanopartikel
mer stehen nun drei ULCA-Varianten kommerziell
Im Rahmen des im Juni 2019 gestarteten EMPIR-
zur Verfügung, die den Stromstärkebereich zwischen
Projektes METVES II sollen Referenzmaterialien
ca. 1 fA und 5 µA abdecken. (D. Drung, FB 7.6, diet-
zur Bestimmung der Größenverteilung und der
mar.drung@ptb.de)
11Abteilungsbericht 2019 – Abteilung 7
Anzahlkonzentration von biologischen Nanopartikeln charakterisiert. Die WISG sichert die Rückführung
(MIkrovesikel, Exosomen) hergestellt werden, deren des Baseline Surface Radiation Network (BSRN) zur
Charakterisierung u.a. mit Röntgenkleinwinkelstreu- Messung der Infrarotrückstrahlung der Atmosphäre
ung erfolgt. (C. Gollwitzer, FB 7.2, christian.gollwit- auf die Erde über Pyrgeometer. Vergleichsmessungen
zer@ptb.de) mit dem neuen Hohlraumstrahler zeigen sehr gute
Übereinstimmung mit der PTB-Strahlungstempera-
Hohe Beteiligung bei Konferenzsessions für turskala, so dass sich die Unsicherheit der Messung
AEROMET-Projekt der atmosphärischen Rückstrahlung durch das
Im Rahmen des von der AG 7.24 koordinierten EM- BSRN von jetzt 5 W/m² auf 2 W/m² reduzieren lässt.
PIR-Projekts Aerosol metrology for atmospheric science (C. Monte, FB 7.3, christian.monte@ptb.de)
and air quality (AEROMET), das sich mit der dimen-
sionellen und analytischen Metrologie von Aerosolen Unterstützung der FORUM-Mission im Rahmen des
befasst, wurden auf der European Aerosol Conference Auswahlprozesses für den 9. ESA Earth Explorer
EAC in Schweden, sowie auf der International Con- Im September 2019 hat die ESA die Mission FORUM
ference on Instrumental Methods of Analysis IMA in (Far-infrared-Outgoing-Radiation Understanding
Griechenland dedizierte Sessions organisiert, die mit and Monitoring) als 9. ESA Earth Explorer ausge-
jeweils mehr als 150 TeilnehmerInnen auf deutliches wählt. Im Rahmen des Wettbewerbs dazu hat die
Interesse stießen. (Y. Kayser, B. Beckhoff, FB 7.2, yves. PTB Transmissions-, Reflexions- und Emissionsgrade
kayser@ptb.de, burkhard.beckhoff@ptb.de) von kritischen Bauelementen des Fouriertransform-
Spektrometers des Satelliten charakterisiert. Mit FO-
Re-Kalibrierung der CDS-Transferquelle RUM soll erstmalig die abgestrahlte Infrarotstrahlung
Die Vakuum-Ultraviolett-Transferquelle CDS, die der Erde im gesamten relevanten Spektralbereich von
u. a. der Kalibrierung des Flugmodells des SPICE- 6 µm bis 100 µm spektral aufgelöst gemessen werden
Spektrographen der Solar-Orbiter-Mission diente, und damit die für Klimamodelle wichtige Größe der
wurde rückführbar auf das primäre Strahlernormal abgestrahlten Gesamtenergie der Erde, rückgeführt
Metrology Light Source (MLS) kalibriert. Diese erneute und mit ausreichend kleiner Unsicherheit. (C. Monte,
Kalibrierung stimmt sehr gut mit der letzten Kalib- FB 7.3, christian.monte@ptb.de)
rierung überein, die 2006 rückführbar auf BESSY II
als primäres Strahlernormal durchgeführt wurde. Erfolgreiche Forschungsarbeiten der PTB für die
(R. Klein, FB 7.2, roman.klein@ptb.de) Erweiterung der EN 1434
Eine Erweiterung der harmonisierten Fachgrundnorm
Erfolgreiches Proof-of-Principle-Experiment zum EN 1434 „Thermische Energiemessgeräte“ wurde
Steady State Microbunching veröffentlicht, die wesentlich auf Forschungsarbeiten
An der Metrology Light Source (MLS) wurde erstmals und Gremienarbeit der PTB beruht. Kerninhalte sind
gezeigt, dass sich ein Elektronenspeicherring so die verstärkte, messtechnisch abgesicherte Prognose
betreiben lässt, dass mit einem Laser dem Elektronen- zur Messbeständigkeitsdauer, die Verwendung von
strahl aufgeprägte Mikrostrukturen der Größe von Wasser-Glykol-Gemischen als Wärmeträgermedium,
ca. 1 µm einen ganzen Umlauf um den Speicherring Teststrategien zur Untersuchung des messtechnischen
erhalten bleiben. (R. Klein, FB 7.2, A. Hoehl, FB 7.1, Verhaltens bei gestörten Zulaufströmungsbedingun-
roman.klein@ptb.de, arne.hoehl@ptb.de) gen sowie dem Stand der Telekommunikation ange-
passte Störabstandsuntersuchungen unter elektroma-
Neuer hemisphärischer Hohlraumstrahler für die gnetischen Fern- und Nahfeldbedingungen. (J. Rose,
verbesserte Rückführung der World Infrared FB 7.5, juergen.rose@ptb.de)
Standard Group
Für eine verbesserte Rückführung der World Infrared Störkörper in geradem Rohr simuliert
Standard Group (WISG) am PMOD in Davos wurde Raumkrümmer
im Rahmen des EMPIR-Projekts Metrology for Earth Mittels laseroptischer Strömungsmessungen und
Observation and Climate 3 (MetEOC3) ein hemisphä- Computer-Simulationen wurde ein optimierter
rischer Referenzhohlraumstrahler entwickelt und Asymmetrischer Drallgenerator (ASG) entwickelt, der
12Abteilungsbericht 2019 – Temperatur und Synchrotronstrahlung
beim Einsatz von Durchflussmessgeräten Störungen Internationale Zusammenarbeit
durch Raumkrümmer imitiert und bei der anste-
henden Überarbeitung der Norm EN 1434 für Wär- Kalibrierung eines Spektrographen zur
mezähler den derzeitig verwendeten Drallerzeuger Sonnenbeobachtung
ersetzen soll. (T. Eichler, M. Straka, FB 7.5, thomas. In Zusammenarbeit mit dem Changchun Institute of
eichler@ptb.de, martin.straka@ptb.de) Optics, Fine Mechanics and Physics der Chinese Acade-
my of Science (CIOMP, CAS) wurde ein Spektrograph
Thermometrie und Quantensensoren für die zur Sonnenbeobachtung im Spektralbereich von
European Microkelvin Platform 165 nm bis 320 nm erfolgreich an der Metrology Light
Im Januar 2019 startete ein von der Europäischen Source (MLS) kalibriert. (R. Klein, FB 7.2, roman.
Kommission im Rahmen des Programms Horizon klein@ptb.de)
2020 gefördertes EMP-Vorhaben mit 17 europäischen
wissenschaftlichen und industriellen Partnern, das Deutsch-Chinesische Zusammenarbeit auf dem
den Zugang zu Experimenten bei ultratiefen Tem- Gebiet der Terahertz-Metrologie gewürdigt
peraturen im Milli- und Mikrokelvin-Bereich zur Auf der Festveranstaltung „40 Jahre Chinesisch-
Erforschung neuer physikalischer Phänomene in Deutsche Zusammenarbeit in der Metrologie“
elektronischen Nanostrukturen und Quantenmate- Ende August 2019 in Peking wurde als ein Beispiel
rialen ermöglicht sowie die Weiterentwicklung von guter Zusammenarbeit das ausgezeichnete Ergebnis
Kryo- und Quantentechnologien. U. a. entwickeln des ersten internationalen Vergleichs der THz-
die Arbeitsgruppen 7.44 Kryotechnik und Tempera Leistungsmessung zwischen NIST, NIM und PTB
turmessung und 7.61 Kryosensormesstechnik für diese herausgestellt. Auch in der von Standard Press of
Microkelvin Platform ein neues primäres Magnetfeld- China herausgegebenen aktuellen Festschrift wird die
Fluktuationsthermometer (pMFFT). (J. Beyer, FB 7.6, Vorreiterrolle der PTB auf dem Gebiet der Terahertz-
joern.beyer@ptb.de) Metrologie gewürdigt. (A. Steiger, FB 7.3, andreas.
steiger@ptb.de)
Zusammenarbeit mit China bei der Klimaforschung
Im Rahmen einer Kooperation mit dem Nationalen
Metrologie-Institut (NIM) und dem National Center
of Ocean Standards and Metrology in China wurde für
das weltumspannende ozeanographische Messnetz
Argo die messtechnische Rückführung hochgenauer
Temperaturmessungen auf die nationalen Normale
der PTB mit kleinstmöglichen Messunsicherheiten
(< 300 µK) realisiert. Argo, an dem China sehr stark
beteiligt ist, erfasst die Temperaturänderungen der
Meere bis in Tiefen von mehreren tausend Meter, die
sich aus der steigenden Konzentration von atmosphä-
rischen Treibhausgasen in das Klimasystem der Erde
ergeben. (S. Rudtsch, FB 7.4, steffen.rudtsch@ptb.de)
13Abteilungsbericht 2019 – Abteilung 7 14
Physikalisch-Technische Bundesanstalt
Abbestraße 2–12 Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt,
10587 Berlin das nationale Metrologieinstitut, ist eine
Abteilung 7 | Temperatur und Synchrotronstrahlung wissenschaftlich-technische Bundesoberbehörde
im Geschäftsbereich des Bundesministeriums für
Assistenz Wirtschaft und Energie.
Margit Kleinsorge
Telefon: (030) 3481-7464
Telefax: (030) 3481-7503
E-Mail: margit.kleinsorge@ptb.de
https://www.ptb.de/cms/ptb/fachabteilungen/abt7.html
Stand: 4 / 2020Sie können auch lesen
