Aus NaturWissenschaft und Technik

Programm:

Begrüßung und Moderation
Dipl.-Ing. Rainer Böddecker, DVS-Bezirksverband Rhein-Main
Dr. Jörg Ellermeier, MPA Darmstadt

Rheinbrücke Wiesbaden-Schierstein - nachhaltiger Ressourceneinsatz im Brückenbau
Johannes Springer, Weihermüller & Vogel GmbH, Berat. Ingenieure für Bauwesen – Prüfingenieure, Wiesbaden

Fügetechnik 2030 – Herausforderungen und Lösungsansätze
Prof. Dr. Ing. Uwe Reisgen, Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik (ISF), RWTH Aachen

Aktuelle und zukünftige Herstellungstechnologien und Tests von Raketenantrieben und deren Komponenten
Dr. Jörg Riccius, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), Lampoldshausen

Aktuelle Entwicklungen und Zukunft der bemannten und robotischen Raumfahrt in Europa unter Berücksichtigung der Werkstofftechnik und notwendigen Lebenserhaltungssystemen
Dr. Thomas Reiter, ESA (European Space Agency)

Mittels Licht Infektionen rasch erkennen und bestimmen, mittels Exoskelett sich wieder bewegen können trotz Lähmung, mittels intelligenter Wohnumgebung bis ins hohe Alter den Alltag meistern, mittels neuer Strahlentherapien Krebserkrankungen wirksam behandeln: der Einsatz von High-Tech, Datenverarbeitung und modernen physikalischen Methoden ist in Medizin und Gesundheitswesen nicht mehr wegzudenken. In insgesamt fünf Vorträgen werden aktuelle Forschungsvorhaben vorgestellt.

Exoskelette sind äußere Stützstrukturen: als Rumpfpanzer bei Insekten, als Orthesen in der Medizin, als passive oder aktive Systeme für medizinische Rehabilitation und bei der Arbeit.
Diese Biologie-Technik-Schnittstellen verschmelzen in der aktuellen Forschung immer mehr und werfen täglich neue herausfordernde Fragen auf.
Ein Überblick über Systeme und deren Funktionen und Anwendungen wird gegeben. Beispielhaft werden verschiedene Forschungsfragen herausgepickt und mit den Zuhörern diskutiert.

Mit Hilfe von Operation, Chemotherapie und Strahlentherapie können etwa 50% der Patienten mit Diagnose Krebs geheilt werden. Bei ausgewählten Tumorerkrankungen (z.B. Lungenkrebs, bestimmte Hirntumore) sind die Prognosen für die Patienten allerdings noch immer sehr schlecht. Mit der sogenannten Partikeltherapie kann diese Situation verbessert werden. Hierbei wird der Tumor mit hochenergetischen Ionen bestrahlt, d.h. winzigen atomaren Teilchen, mit denen das Tumorgewebe millimetergenau vernichtet werden kann. Eine der beiden in Deutschland existierenden Partikeltherapieanlagen wird seit 2015 vom Universitätsklinikum Gießen-Marburg betrieben. Der Vortrag stellt die physikalischen, technischen und strahlenbiologischen Grundlagen der Partikeltherapie vor und zeigt Vorteile sowie Limitationen dieses neuen Verfahrens auf. Welche Weiterentwicklungen gibt es, um auch bewegte Tumore – beispielsweise aufgrund der Atmung des Patienten – besser behandeln zu können?

Durch die friedliche Nutzung der Kernenergie fallen zurzeit weltweit etwa 12000 Tonnen abgebrannter Brennelemente an. Neben der geologischen Endlagerung bietet sich die Transmutation bestimmter Komponenten, insbesondere der langlebigen Transurane an. Neben schnellen kritischen Reaktoren lässt sich die Transmutation in sub-kritischen beschleunigergetriebenen Systemen (ADS) verwirklichen. Dabei erzeugt ein Protonen-Linearbeschleuniger einen Strahl im MW-Bereich, welcher auf ein Target innerhalb eines speziellen Reaktors geleitet wird, um Neutronen zu erzeugen. Zurzeit befindet sich eine Prototypanlage in Belgien in der Konstruktionsphase. An diesem als MYRRHA bekannten Projekts ist die Goethe-Universität maßgeblich im Bereich des Beschleunigers beteiligt. In dem Vortrag wird auf die Grundlagen der Transmutation und die technologischen Herausforderungen eingegangen.

Der Vortrag diskutiert die uns bekannten elementaren Teilchen und die zwischen ihnen wirkenden fundamentalen Kräfte, d.h. es wird ein kurzer Einblick in das sogenannte "Standardmodell der Elementarteilchenphysik" gegeben. Außerdem werden einige auf der mikroskopischen Ebene der Elementarteilchen existierende erstaunliche Phänomene besprochen, die unseren Alltagserfahrungen aus der makroskopischen Welt widersprechen.

Die Quantenmechanik zeichnet ein Bild der Struktur unserer Welt, das oft unserem Alltagsverständnis widerspricht: Objektiver Zufall und die Beschreibung von Teilchen als delokalisiert über verschiedene Orte sind zwei viel diskutierte Beispiele hierfür. Der Vortrag stellt neuere Experimente zu diesen Grundlagen der quantenmechanischen Weltbeschreibung vor und wird zeigen, warum trotz dieser grundlegenden Quantenstruktur unsere Alltagswelt so „normal“ erscheint.

Knapp vorbei ist auch daneben – das gilt auch für die Suche nach verborgenen archäologischen Strukturen im Untergrund. Mit geophysikalischen Methoden, wie der Geomagnetik, der Geoelektrik und dem Georadar, lässt sich die Trefferwahrscheinlichkeit bedeutend erhöhen – doch wie funktioniert die Physik auf dem Acker? Mit hochempfindlichen Geräten werden winzige Änderungen des Erdmagnetfeldes vermessen, elektrische Ströme in den Boden geleitet, Radarwellen in den Untergrund abgestrahlt. Auffällige Messsignale geben dabei Rückschlüsse auf verborgene Strukturen. Begleiten Sie einen Geophysiker und begegnen Sie ungewöhnlichen Fragestellungen: Was haben Bakterien mit magnetischen Anomalien über längst verschwundenen Palisaden zu tun? Wieso kann ein genageltes Bein zur Berufsunfähigkeit eines Geophysikers führen? – Haben Sie teil an erfolgreichen und missglückten Versuchen, dem Untergrund seine Geheimnisse zu entlocken, und lernen Sie die Anwendung physikalischer Prinzipien an für Physiker ungewöhnlichen Orten kennen.

Im Laufe der letzten Jahre wurde der Klimawandel zu einem Top-Thema der öffentlichen Diskussion. Extreme Hitzesommer in Europa und katastrophale Waldbrände in Australien machen deutlich, dass die schnellen Veränderungen des Klimas bereits heute hohe Schäden für Mensch und Umwelt verursachen. Um den Klimawandel zu begrenzen sind weitreichende Maßnahmen und Veränderungen notwendig. Der Vortrag zeigt den aktuellen Stand der Forschung auf und diskutiert die wichtigsten Folgen für unsere Gesellschaft und den Planeten. Welche naturwissenschaftlichen Fragestellungen stehen derzeit im Fokus? Welche Handlungsoptionen bestehen und wieviel Zeit steht uns noch für den Umbau der Energiesysteme zur Verfügung? Reichen die in Deutschland und Europa eingeleiteten Maßnahmen aus? Was folgt aus der Corona-Krise für die Klima-Krise? Diese Fragen sollen angesprochen und in der Diskussion vertieft werden.

Sterne sind die Produktionsstätten aller chemischen Elemente ab Kohlenstoff in unserem Kosmos. Neue Elemente werden durch die Verschmelzung von Atomkernen bei hohen Temperaturen (bis zu Milliarden Grad Celsius) in verschiedenen Lebensphasen eines Sterns erzeugt: während stabiler Brennphasen, aber auch während Sternexplosionen wie zum Beispiel Supernovae. Um die verschiedenen Prozesse und Bedingungen der Elementsynthese zu verstehen, werden die Kernreaktionen im Labor nachgestellt und untersucht. Diese Informationen sind essentiell um die Elementhäufigkeiten auf unserer Erde, in seltenen Meteoriten und Sternspektra zu verstehen. Der Vortrag behandelt derzeit offene Fragen in der Elementsynthese und der Sternentwicklung und erklärt, wie internationale Beschleunigeranlagen helfen, diese zu beantworten.

Wir kennen die Elemente wie Aluminium und Magnesium, die beide oft im Alltag verwendet werden. Aluminium wird für Dosen und Flugzeugteile benutzt, Magnesium auch für Feuerwerk. Beide Elemente werden in Sternen gebildet, aber wie entstehen die schweren Elemente wie Silber und Gold? Auf dieser Reise durch das Universum vom Big Bang bis heute wird die Entstehung der Elemente erklärt: wie einige Elemente in kleinen Sternen fusioniert werden, andere nur in Supernova-Explosionen oder Neutronenstern-Verschmelzungen produziert werden können, und wie wir die Elemente beobachten und studieren können.

Wie werden die extrem schweren Elemente Uran und Thorium im Universum erzeugt? Theoretische Modelle sagen Ereignisse voraus, in denen für einige Sekunden gigantische Mengen an Neutronen zur Verfügung stehen. Diese Neutronen können von Elementen wie Eisen eingefangen werden. Die Modelle erwarten ein charakteristisches Lichtsignal, das im Jahr 2017 zum ersten Mal gemessen wurde: die Beobachtung der Verschmelzung von zwei Neutronensternen hat bewiesen, dass schwere Elemente in explosiven Ereignissen erzeugt werden. Das genaue Verständnis des Prozesses stellt die Astrophysik vor weitere Herausforderungen.