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The logarithmic Sobolev inequality on non-compact self-shrinkers
No full textIn the paper we establish an optimal logarithmic Sobolev inequality for complete, non-compact, properly embedded self-shrinkers in the Euclidean space, which generalizes a recent result of Brendle for closed self-shrinkers. We first provide a proof for the logarithmic Sobolev inequality in the Euclidean space by using the Alexandrov-Bakelman-Pucci (ABP) method. Then we use this approach to show an optimal logarithmic Sobolev inequality for complete, non-compact, properly embedded self-shrinkers in the Euclidean space, which is a sharp version of the result of Ecker in. The proof is a noncompact modification of Brendle's proof for closed submanifolds and has a big potential to provide new inequalities in noncompact manifolds
Modelling of regional hydrogen supply chains - spatially resolved optimisation from electricity generation to hydrogen application under consideration of import and export possibilities
No full textHydrogen will be a central and indispensable element of climate-neutral energy systems and an important component of sector coupling. However, the development of the hydrogen economy is making slow progress due to a lacking market as well as political, scientific, and economic uncertainties regarding where, when and to what extent it will be used. One promising solution are local ecosystems in which the entire hydrogen value chain is coordinated in close proximity and through cooperation between relevant stakeholders. In an international context, this approach is known as ‘hydrogen valleys’. Hydrogen valleys enable cost reductions through coordinated developments along the value chain, shared infrastructure, economies of scale, and a local development of necessary commitment between producers and purchasers. They can act as nuclei for an (inter-)national hydrogen economy. The planning of hydrogen valleys requires sophisticated tools for detailed calculations of possible hydrogen supply chains and necessary infrastructure for realistic costing under developing external conditions. Here, model-based techno-economic analyses and optimisations can make a valuable contribution. As many aspects of the hydrogen value chain have a clear spatial reference and regional differences, a model with spatial resolution is essential for a realistic depiction of the entire hydrogen system. An important aspect of the model is the consideration of the import and export of electricity and hydrogen, as self-sufficient operation of the regional hydrogen system is only realistic for a transitional period at most. Such a model with the necessary technical, spatial, and temporal level of detail is not yet available.For this reason, a spatially resolved, nonlinear, dynamic modelling environment for the simulation and optimisation of regional hydrogen supply chains is being developed as part of this Ph.D. work. The development is carried out by extending the at Fraunhofer ISE existing modelling environment H2ProSim with regard to a spatial dimension. This requires the implementation of new technologies and control algorithms for material and energy exchange, the processing of spatially resolved data, new methods for evaluation and presentation of the results, especially in the form of maps, as well as an improvement of the optimisation algorithm due to the greatly increased complexity. The development and subsequent application of the modelling environment is motivated by the following key questions:- On what basis can an adequate spatial resolution be derived and solved in the model? Which spatially distributed conditions should it be based on? And how do spatial resolutions and depths of detail differ in the model results?- How should a spatially resolved optimisation model for hydrogen regions be designed? Which technologies in the value chain are central and how can the material and energy flows be controlled?- What results can be derived from the optimisations of a selected case study? How can the hydrogen economy develop in the region and how transferable are the results to other regions?Answers to the key questions are presented in the three scientific publications of this cumulative dissertation. The publications each focus on a group of key questions (spatial resolution, modelling methodology, and model application in different scenarios). A summary of the most important results from the literature research, modelling methodology and application is presented in this thesis, as well as a critical discussion of the entire project.The development of a hydrogen economy in the Southern Upper Rhine region under various boundary conditions represents the case study for the application of the model environment in this thesis. The results demonstrate the functionality and relevance of the developed modelling environment and illustrate the strong influence of the different model designs and boundary conditions. Hierarchical clustering algorithms show the best suitability for forming the spatial resolution of the optimisation model. A minimum spatial depth of detail, 40 subregions in the case study Southern Upper Rhine, should be used to realistically map and evaluate transport processes and plant locations. Reliable optimisation results can be achieved for this level of detail. The model results also recommend the synergetic combination of bilateral contracts and flexible hydrogen exchange between the locations, as well as the consideration of pipeline installations for hydrogen transport up to 30 km and with an annual transport volume of more than 1000 tonnes. A methodology developed to determine the spatially resolved costs of hydrogen production and supply enables the evaluation and identification of particularly suitable locations.Under the assumed prices on the electricity and hydrogen market, which were developed based on an energy system analysis for the defossilisation of Europe, the import of hydrogen via the planned national hydrogen network represents the most cost-effective supply option for the case study Southern Upper Rhine, enabling hydrogen supply cost of approximately 5-6 €/kg in 2030. Local production is not competitive to hydrogen import, which means that currently planned plants for hydrogen production in the region could no longer be economically viable once the national hydrogen grid is established. However, the result is heavily dependent on hydrogen prices and the cost of electricity from hydropower, which is available in large quantities in the region, as well as on the weather data sets used, as sensitivity analyses show.The model developed as part of this work enables a variety of analyses of hydrogen value chains under changing boundary conditions. In order to improve the quality of results and feasibility and to extend the scope of application, extensions to the modelling of electrical systems, synthetic fuel production technologies and business models are recommended. The most significant contributions of the present work are expected from the application of the modelling environment in local projects for hydrogen valleys. In such case studies, a very high quality of results is achieved only through locally collected input data and direct dialogue with stakeholders. In return, the regions benefit from precise site assessment, infrastructure design and cost optimisation.Wasserstoff ist ein zentrales und unabdingbares Element klimaneutraler Energiesysteme und ein wichtiger Baustein der Sektorenkopplung. Allerdings kommt der Aufbau der Wasserstoffwirtschaft aufgrund von einem nicht vorhandenen Markt sowie politischen, wissenschaftlichen und wirtschaftlichen Unsicherheiten bezüglich Einsatzort, -zeitpunkt und umfang nur schleppend voran. Eine vielversprechende Lösung sind lokale Ökosysteme, in denen die gesamte Wasserstoffwertschöpfungskette in räumlicher Nähe und durch Zusammenarbeit der relevanten Stakeholder koordiniert wird. Der Ansatz lokaler Modellregionen wird im internationalen Kontext „Hydrogen Valleys“ genannt. Hydrogen Valleys ermöglichen Kostensenkungen durch koordiniertes Vorgehen entlang der Wertschöpfungskette, geteilte Infrastruktur, Skaleneffekte sowie einen lokalen Aufbau des notwendigen Vertrauens zwischen Produzenten und Abnehmern. Sie können als Keimzellen für eine (inter-)nationale Wasserstoffwirtschaft fungieren. Die Planung solcher Hydrogen Valleys erfordert geeignete Tools zur detaillierten Berechnungen möglicher Wasserstofflieferketten und benötigter Infrastruktur mit belastbaren Kostenauslegungen unter sich zeitlich wandelnden äußeren Bedingungen. Hierzu können modellbasierte techno-ökonomische Analysen und Optimierungen einen wertvollen Beitrag leisten. Da viele Aspekte der Wasserstoffwertschöpfungskette einen eindeutigen räumlichen Bezug und regionale Unterschiede aufweisen, ist ein Modell mit räumlicher Auflösung unabdingbar zur realistischen Abbildung des gesamten Wasserstoffsystems. Ein wichtiger Modellaspekt hierbei ist die Betrachtung des Imports und Exports von Strom und Wasserstoff, da ein autarker Betrieb des regionalen Wasserstoffsystems maximal übergangsweise zu erwarten ist. Ein solches Modell mit dem nötigen technischen, räumlichen und zeitlichen Detailgrad ist bisher nicht verfügbar.Aus diesem Grund wird im Rahmen der vorliegenden Arbeit eine räumlich aufgelöste, nichtlineare, dynamische Modellierungsumgebung zur Simulation und Optimierung von regionalen Wasserstofflieferketten entwickelt. Die Entwicklung erfolgt durch eine Erweiterung der bereits am Fraunhofer ISE existierenden Modellumgebung H2ProSim hinsichtlich einer räumlichen Auflösung. Dies erfordert im Modell die Implementierung neuer Technologien und Kontrollalgorithmen für den Stoff- und Energieaustausch, die Verarbeitung von räumlich aufgelösten Daten, neue Methoden zur Auswertung und Darstellung der Ergebnisse, besonders in Form von Karten, sowie eine Verbesserung des Optimierungsalgorithmus aufgrund stark gestiegener Komplexität. Die Entwicklung und anschließende Anwendung der Modellumgebung wird motiviert durch die folgenden Leitfragen:- Auf welcher Basis kann eine adäquate, im Modell lösbare räumliche Auflösung hergeleitet werden? An welchen räumlich verteilten Gegebenheiten soll sie sich orientieren? Und wie unterscheiden sich räumliche Auflösungen und Detailtiefen im Modellergebnis?- Wie sollte ein räumlich aufgelöstes Optimierungsmodell für Wasserstoffregionen gestaltet sein? Welche Technologien der Wertschöpfungskette sind zentral und wie kann die Steuerung der Stoff- und Energieflüsse erfolgen?- Welche Ergebnisse und Erkenntnisse sind aus den Optimierungen einer ausgewählten Fallstudie ableitbar? Wie kann sich die Wasserstoffwirtschaft in der Region entwickeln und wie übertragbar sind die Ergebnisse auf andere Regionen?Antworten auf die Leitfragen werden in den drei wissenschaftlichen Publikationen der kumulativen Dissertation dargelegt. Dabei zielen die Publikationen jeweils auf eine Gruppe an Leitfragen ab: räumliche Auflösung, Modellmethodik und Modellanwendung in verschieden Szenarien. Eine Zusammenfassung der wichtigsten Ergebnisse aus Literaturrecherche, sowie der Modellmethodik und -anwendung wird in der vorliegenden Schrift präsentiert, außerdem eine kritische Diskussion des gesamten Vorhabens durchgeführt.Die Entwicklung einer Wasserstoffwirtschaft in der Region Südlicher Oberrhein unter verschiedenen Randbedingungen stellt in der vorliegenden Arbeit die Fallstudie zur Anwendung der Modellumgebung dar. Die Ergebnisse demonstrieren die Funktionalität und Relevanz der entwickelten Modellumgebung und verdeutlichen den starken Einfluss der unterschiedlichen Modellauslegungen und Randbedingungen. Hierarchische Algorithmen für das Clustering zeigen die beste Eignung zur Bildung der räumlichen Auflösung des Optimierungsmodells. Eine minimale räumliche Detailtiefe, 40 Subregionen in der Fallstudie Südlicher Oberrhein, sollte genutzt werden, um Transportvorgänge und Anlagenstandorte realistisch abzubilden und bewerten zu können. Verlässliche und reproduzierbare Optimierungsergebnisse können für diese Detailtiefe erzielt werden. Die Modellergebnisse empfehlen weiterhin die synergetische Kombination von bilateralen Verträgen und flexiblem Wasserstoffhandel zwischen den Standorten, sowie die Eignung von Pipelineinstallationen für den Wasserstofftransport bis 30 km und für einem jährlichen Transportumfang von mehr als 1000 Tonnen. Eine entwickelte Methodik zur Ermittlung räumlich aufgelöster Kosten der Wasserstoffproduktion und -versorgung ermöglicht eine Bewertung und Identifikation besonders geeigneter Standorte.Unter den angenommenen Preisen am Strom und Wasserstoffmarkt, welche auf Basis einer Energiesystemanalyse zur Defossilisierung Europas entwickelt wurden, stellt der Wasserstoffimport über das geplante nationale Wasserstoffnetz die kostengünstigste Versorgungsoption am Südlichen Oberrhein dar. Durchschnittliche Versorgungskosten von 5 6 €/kg Wasserstoff werden für 2030 prognostiziert. Lokale Produktion ist nicht konkurrenzfähig zum Import von Wasserstoff, womit aktuell geplante Anlagen zur Wasserstofferzeugung in der Region nach Etablierung des nationalen Netzes wirtschaftlich unattraktiv sein könnten. Allerdings ist das Ergebnis stark von den Wasserstoffpreisen und Kosten für Strom aus Wasserkraft, welche in der Region in großer Menge verfügbar ist, sowie von den verwendeten Wetterdatensätzen abhängig, wie Sensitivitätsanalysen belegen.Das im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Modell ermöglicht vielfältige Untersuchungen von regionalen Wasserstoffwertschöpfungsketten unter sich verändernden Randbedingungen. Zur Verbesserung der Ergebnisqualität und Umsetzbarkeit sowie zur Vergrößerung des Anwendungsbereiches werden Erweiterungen zur Abbildung elektrischer Systeme, von Produktionstechnologien synthetischer Kraftstoffe und von Geschäftsmodellen empfohlen. Die bedeutendsten Beiträge der vorliegenden Arbeit werden durch eine Anwendung der Modellierungsumgebung in realen Hydrogen Valleys erwartet. In diesen wird eine sehr hohe Qualität der Ergebnisse durch lokal erhobene Inputdaten sowie den direkten Austausch mit Stakeholdern erreicht. Im Gegenzug profitieren die Regionen von genauer Standortbewertung, Infrastrukturauslegung und Kostenoptimierung
Evaluating outdoor human thermal comfort through climate-resilient adaptation: a case study at school of science and technology (NOVA FCT) campus
No full textUrbanization and climate change present increasing challenges to outdoor human thermal comfort, particularly in university campuses where academic, social, and recreational activities converge. This study assesses microclimatic risk factors along the main avenue of the NOVA FCT campus by analyzing outdoor human thermal comfort using the physiologically equivalent temperature (PET) and modified PET (mPET) indices. Field measurements of air temperature, humidity, wind velocity, and radiation were conducted at multiple Points Of Interest (POIs) to evaluate thermal stress levels and identify critical zones of discomfort. Results indicate significant spatial and temporal variations in thermal stress, with sun-exposed areas (G2) experiencing PET values exceeding 50 °C, during peak summer hours, while shaded locations (G1) showed substantial thermal relief (PET reductions up to 27 °C between G1 and G2 POIs). Wind velocity and urban morphology played crucial roles in modulating microclimatic conditions. Wind velocity above 2.0 m/s was associated with perceptible thermal relief (3–8 °C PET/mPET reduction), especially in narrow, shaded passages. Significant spatial variability was observed, linked to differences in urban morphology, surface materials, and vegetation coverage. This research provides actionable insights for urban planners and campus administrators, contributing to the development of more sustainable and thermally comfortable outdoor environments in educational settings
Dosimetrische Auswirkungen der Bestrahlung in tiefer Inspiration (DIBH) auf Lymphabflusswege beim linksseitigen Mammakarzinom
No full textDie Bestrahlung von linksseitigem Brustkrebs in tiefer Inspiration (DIBH) führt zu einererheblichen Dosisreduktion von Herz und Lunge im Vergleich zur Radiotherapie (RT)in freier Atmung (FB). Die anatomische Positionsänderung der Organe betrifftebenfalls die Lymphabflusswege (LAW) der Brust. Dies führt zu einer Veränderung derinzidentellen Strahlenexposition der verschiedenen LAW-Level. Ziel der vorliegendenArbeit war es, diese Änderungen in der inzidentellen Strahlendosis zu analysieren.Hierfür wurden 148 Patientinnen, die zwischen 2017 und 2020 aufgrund eineslinksseitigen Mammakarzinoms in der Klinik für Strahlenheilkunde der UniversitätFreiburg zur Behandlung waren, eingeschlossen. Für jede Patientin wurden Planungs-CT-Scans in DIBH- und FB-Position durchgeführt. Die ipsilateralen LAW-Level derBrust wurden gemäß den Empfehlungen der Radiation Therapy Oncology Group(RTOG) in beiden CT-Scans konturiert. Anschließend wurde die räumlicheDosisverteilung berechnet und die vorher festgelegten Dosis-Volumen-Parameterstatistisch ausgewertet.Für Axilla Level I (AL1) zeigte sich eine signifikante relative Reduktion von Dmean um7,59% (von 34,93 Gy auf 32,28 Gy), während sich bei Axilla Level II (AL2) und AxillaLevel III (AL3) eine relative Zunahme um 22,56% (von 16,4 Gy auf 20,1 Gy) bzw.25,49% (von 3,06 Gy auf 3,84 Gy) ergab. Bei den supraklavikulären LAW (SC) zeigtesich eine Reduktion um 2,38% (von 0,84 Gy auf 0,82 Gy), während die DIBH-Methodebei den parasternalen LAW (IM) zu einer Zunahme um 14,32% (von 11,17 Gy auf12,77 Gy) führte. Für die Volumenanteile V30 und V40 zeigte sich eine absoluteReduktion um 6,3% (von 68,55% auf 62,22%) bzw. 5,9% (von 52,99% auf 47,09%) inAL1. Die LAW-Level AL2, AL3, SC und IM enthielten nur minimale Volumenanteile indiesen hohen Dosisbereichen.Die genannten Änderungen der inzidentellen Strahlenexposition der LAW durch DIBHwaren statistisch signifikant. Aufgrund der niedrigen Volumenanteile in hohenDosisbereichen und der niedrigen absoluten Unterschiede zwischen FB und DIBHerscheint eine klinische Relevanz für AL2, AL3, SC und IM unwahrscheinlich. Für dieDosisreduktion in AL1 kann dies jedoch nicht ausgeschlossen werden. Daher sindzukünftige Beobachtungsstudien der lokalen Rezidivrate bei Patientinnen mit RT inDIBH notwendig
Assessing vertical equity in defined benefit pension plans: an application to Switzerland
No full textThis paper establishes a theoretical link between actuarial neutrality and the Oaxaca–Blinder decomposition to empirically assess vertical equity in public defined-benefit schemes. We demonstrate how this approach can be generalized to non-linear functions, point systems, and notional accounts. We use an aligned dynamic microsimulation model to apply this method to the first pillar of the Swiss pension system and highlight the following three key effects: (1) the impact of the accrual rate on vertical equity; (2) the assessment of actuarial neutrality through the comparison of migrants with the non-migrant population; and (3) vertical equity across marital statuses. Our findings indicate that changing societal trends, such as increased migration, female labor participation, and the rise in non-marital unions, may alter the extent of vertical equity. This has significant implications for actuarial risk management, as a higher degree of vertical equity is associated with increased pension expenses, thereby raising the financial sustainability risk of the pension system. Future research should explore these dynamics to ensure that pension systems remain both equitable and financially sustainable in the face of evolving societal trends
Development of thin film twisted pair structures for mitigation of electromagnetic interference in neural implants
No full textNormally-off, quasi-vertical GaN FinFETs on sapphire substrates with fin widths structured by i-line lithography in the 100 nm range
No full textApproaching volume status via electrical impedance tomography - an explorative study in healthy volunteers*
No full textObjective. Monitoring the volume status of patients remains a fundamentally unresolved issue in the perioperative setting but also in intensive care medicine. Electrical impedance tomography (EIT) enables noninvasive and radiation-free functional imaging of impedance changes of a cross-sectional plane of the thorax. Approach. We hypothesized that cardiac-induced impedance fluctuations in the EIT signal contain information about the global volume status. Therefore, we recorded EIT signals from 24 healthy volunteers before and up to 100 min after ingestion of 750 ml liquid following more than nine hours fluid restriction. We isolated a characteristic cardiac-induced impedance profile from the global impedance curve and compared its characteristics to measures of non-invasive hemodynamic monitoring and the diameter of the vena cava inferior (VCI) determined via ultrasonography. Main results. The diameter of the VCI, mean arterial pressure and stroke volume index, did not change systematically after liquid ingestion. Heart rate was increased 20 min after, and heart rate variability was increased immediately after liquid ingestion. The amplitude, the area under the curve and gradients of its rise and decline of the characteristic cardiac-induced impedance profile changed 60 min after liquid ingestion. Significance. Cardiac-induced pulsatile signals in EIT recordings changed characteristically after liquid ingestion, loosely corresponding with changes in heart rate and heart rate variability. These signals may contain valuable information about the general volume status and may be utilized for enhanced monitoring of a patient's volume status
Visualization of oral function during playing a wind instrument by a lateral dental impression: a proof-of-concept investigation
No full textEmbouchure describes the interaction of the teeth, lips, tongue, buccal mucosa, and surrounding muscles when playing woodwind and brass instruments. In dental practice, impression material is used to capture the oral structure and function. In this proof-of-concept investigation, embouchure was examined using a silicone-based dental impression material. The participants were 1 oboe player, 1 alto saxophone player, and 4 tenor saxophone players. Four of the participants were amateurs and 2 were professionals. The dental impression material was mixed and inserted onto the buccal aspect of the upper molars. The musicians blew test tones and maintained embouchure for 30 s while a lateral embouchure impression was taken. The hardened material was removed and scanned using cone-beam computed tomography. The three-dimensional surface data of the impression were exported, and the mean thickness was analyzed. The impressions showed the space between the alveolar and buccal mucosae. The mean thickness ± standard deviation of the impressions was 2.35 ± 0.85 mm. The oboist showed the smallest thickness, while the tenor saxophonists showed the greatest thickness. The method enabled visualization of the unique morphology of each participant. The results suggest that embouchure can be objectively evaluated using the presented technique. Making embouchure impressions to assess oral problems should enable dentists to evaluate changes in music playing resulting from oral problems or for their treatment. Further studies in a larger population are needed to generalize the results
Adolescents’ openness to include refugee peers in their leisure time activities
No full textBackground: Against the backdrop of increasing refugee movements, the integration of refugees is becoming a more and more relevant topic for many European countries. As integration is a bidirectional process, the current study examines the openness of adolescents in Germany to include refugee peers from Syria in leisure time activities. Methods: Participants were presented with a hypothetical scenario in which they had to choose who of two peers (a German peer or a refugee peer from Syria) they would include in their activity. Additionally, we varied the relevant skills of the two protagonists to investigate the role of group functioning aspects for inclusion decisions. Three measures were applied: (1) adolescents’ own decisions, (2) what they expected their peer group to do, and (3) what they thought their peer group should do. Results: The findings demonstrate that the participants were generally very open to include refugees and that the protagonists’ skills were relevant for their decisions, though much more for the expected group decision than for adolescents’ own decisions. Reasoning analyses illustrate adolescents’ considerations for these decisions. Conclusion: This research helps to clarify the interplay of moral considerations and aspects of group functioning in adolescents’ inclusion decisions regarding refugee peers