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Konsortialbericht 2022-2024 - Verbundvorhaben AQUAS
No full textDas Projekt AQUAS widmete sich der Anwendung von Quantencomputern in der Wasserstoffforschung. Der Schwerpunkt lag auf der Modellierung komplexer chemischer Prozesse, die bei der elektrochemischen Wasserspaltung durch aktuelle und zukünftige Quantencomputer ablaufen, sowie auf der Einschätzung der industriellen Aussichten solcher Simulationen. Es wurden mehrere multiskalige Einbettungsmethoden für elektronische Strukturen entwickelt, auf Modellsysteme angewendet und evaluiert, darunter einzelne Borophen-Schichten, ein vielversprechendes Elektrodenmaterial. Als vielversprechendste Ansätze für das Quantencomputing wurden mittelfeldintegrierte Variationsansätze sowie neuartige Methoden auf Basis der Spinsphysik identifiziert. Die Quantensimulationen basierten auf umfangreichen klassischen Studien und wurden durch datenzentrierte Methoden des maschinellen Lernens, darunter neuartige Ansätze des Quanten-Machine-Learning, ergänzt. Es wurden mehrere originelle Softwarepakete und Produktprototypen, darunter eine Cloud-Lösung, entwickelt und ausgiebig getestet. Die gewonnenen Erkenntnisse und technischen Kompetenzen bilden die Grundlage für die zukünftige Grundlagenforschung und Kommerzialisierung der Molekularsimulation mit Quantencomputern und tragen damit zu einer zukunftsweisenden Spitzentechnologie in Deutschland bei
Schlussbericht
No full textIm Rahmen von APPA R&D (Phase 0) wird das Diagnostik-Verfahren „Ion-Bunch Energy Acoustic Tracing (I-BEAT)“ auf die Rekonstruktion der kinetischen Energieverteilung einzelner, intensiver Ionenpakete aus in geeigneten Materialien erzeugten akustischen Signalen erweitert. Dies gibt Auskunft über Energie- und Winkelverteilung, so dass I-BEAT-2 als Online-Diagnostik mit direktem Feedback passive, zeitaufwendige und kostenintensive Detektoren, vor allem im Bereich der Laser-Plasma Beschleunigung ergänzen wird.
Wir haben die von uns etablierte Methodik signifikant weiterentwickelt und können nun auch Protonenpakete mit breiter Energieverteilung diagnostizieren. Solche Protonen werden typischerweise mit hochintensiven Laserimpulsen in Plasmen beschleunigt. Die Protonen werden in einem Wasserreservoir abgebremst. Dieses ist mit dünnen Bleifolien in regelmäßigen Abständen bestückt. Die Energie-Dichte-Spitzen in den Blei-Folien regen diese zum Schwingen mit einer wohldefinierten Frequenz an, so dass jede Folie Ursprung eines Schallimpulses ist. Diese Impulse werden am Ultraschallwandler gemessen und aus der Signalform lässt sich die Stärke der Schwingung jeder einzelnen Folie, also die ursprünglich deponierte Energiedichte bestimmen.
Die Methode wurde erstmalig am PHELIX experimentell getestet und zeigt im Rahmen der gängigen experimentellen Unsicherheiten in der Plasmabeschleunigung gute Übereinstimmung mit den Dosisverteilungen die mittels herkömmlicher RCF-Detektor-Stapeln bestimmt wurden. Die Ergebnisse untermauern die Hypothese, das I-BEAT aufwendige und erst nach langer Zeit zugängliche Detektionsmethoden ergänzen und vielleicht sogar ablösen könnte, zeigen aber auch neue Herausforderungen auf, die noch weiterer Forschung bedürfe
Abschlussbericht
No full textProstatakrebs ist mit über 1,2 Millionen Neuerkrankungen pro Jahr (Bezugsjahr 2018) eine der häufigsten bösartigen Tumorerkrankungen weltweit und stellt insbesondere in fortgeschrittenen Stadien eine therapeutische Herausforderung dar. Die PSMA-basierte PET/CT-Bildgebung hat sich als hochempfindliches und spezifisches Verfahren zur Diagnose etabliert, wird jedoch bislang nicht ausreichend für eine individualisierte Therapieplanung genutzt. Die Radioligandentherapie mit PSMA-gerichteten Radiopharmaka bietet vielversprechende Behandlungsmöglichkeiten, doch die derzeitige Standarddosierung kann zu einer Unter- oder Überdosierung führen – insbesondere bei Patienten mit Knochenmetastasen. Eine patientenspezifische Therapieplanung,
die sowohl die Tumorlast als auch die individuellen pharmakokinetischen Parameter berücksichtigt, könnte die Therapiewirksamkeit erheblich verbessern und Nebenwirkungen reduzieren.
Das Ziel des Projekts war die Entwicklung einer modellbasierten personalisierten Therapiestratifizierung, die durch eine Kombination aus quantitativer PET/CT- und SPECT/CTBildgebung sowie physiologisch basierter pharmakokinetischer (PBPK) Modelle eine optimierte Aktivitätsplanung für die Radioligandentherapie ermöglicht. Um eine zuverlässige Grundlage für die patientenspezifische Dosimetrie zu schaffen, wurden innovative Verfahren zur standardisierten Quantifizierung der Bildgebung, zur Kalibrierung nach messtechnischen Standards sowie zur Integration dieser Daten in simulationsgestützte Therapieplanungstools entwickelt.
Das UKW übernahm dabei die Entwicklung und Validierung präziser quantitativer Bildgebungsverfahren für SPECT/CT und PET/CT, während die Partner UKU (PBPK-Modellierung) und SE (Softwareentwicklung) an der Einbindung dieser Methoden in eine klinische Anwendungssoftware arbeiteten. Das heißt, basierend auf den bereitgestellten quantitativen Daten des UKW entwickelte und testete das UKU ein PBPK-Modell und implementierte es als Therapieplanungs-Werkzeug. Zudem übernahm das UKU die Entwicklung und Validierung des PBPK-Modells, während das UKW (quantitative Bildgebungsverfahren für SPECT/CT und PET/CT) und SE (Softwareentwicklung) die Einbindung dieser Methoden in eine klinische Anwendungssoftware realisierten.
Datei-Upload durch TI
Abschlussbericht
No full textUrsprüngliche Aufgabenstellung sowie wissenschaftliche und technische Ausgangslage: Das Teilvorhaben der Nuromedia GmbH im europäischen Forschungsprojekt DAIS zielte darauf ab, KI-basierte Softwarelösungen für verteilte Systeme zu entwickeln. Dazu gehörten Machine-Learning-Modelle zur Müdigkeitserkennung anhand physiologischer Daten sowie Algorithmen zur 3D-LiDAR-Verarbeitung für autonome Drohnen. Beide Technologien sollten Echtzeitfähigkeit, Datenschutz und Robustheit im industriellen Umfeld adressieren.
Ablauf des Vorhabens: Nach einer Anforderungsanalyse wurden erste ML-Prototypen auf Grundlage des DROZY-Datensatzes entwickelt und iterativ validiert. Parallel entstand eine Simulationsumgebung für die Verarbeitung von 3D-LiDAR-Daten. In späteren Projektphasen wurden Integrationstests durchgeführt, um die Module mit der Hardware der Partner zu verknüpfen und unter realistischen Bedingungen zu evaluieren.
Wesentliche Ergebnisse und Zusammenarbeit: Nuromedia entwickelte robuste Edge-ML-Modelle für Ermüdungserkennung sowie skalierbare Algorithmen zur LiDAR-Punktwolkenregistrierung. Ergänzend wurde ein Konzept für föderiertes Lernen erarbeitet. Die Zusammenarbeit mit den Konsortialpartnern war durch regelmäßigen Austausch geprägt und sicherte eine erfolgreiche Integration der Module in gemeinsame Demonstratoren
Schlussbericht
No full textDie Martin-Luther-Universität Halle (MLU Halle) war im Rahmen des Projektes federführend mit dem Arbeitspaket 6 Entwicklung des DSS Webportals betraut und gleichwertig zu allen anderen beteiligten Projektpartnern im Arbeitspaket 7 Kapazitätsentwicklung und Implementierung von WESM und EasyREMO involviert.
Durch die Bearbeitung des zu Projektbeginn definierten Arbeitspaket 6 wurde seitens der MLU Halle das im Projektantrag formulierte Ziel 5 bearbeitet. Durch diese Arbeiten konnte das wichtige Ziel erreicht werden, verschiedenen Nutzern in westafrikanischen Ländern die Möglichkeit zu geben, von den im Rahmen dieses Forschungsprojekts entwickelten Instrumenten sowie den gewonnenen Erkenntnissen und Daten zu profitieren. Durch den Einsatz eines partizipativen Triple-Ansatzes konnten die unterschiedlichen Nutzerbedürfnisse berücksichtigt werden. Hierbei bearbeitete die MLU Halle vor allem die (1) Erstellung eines interaktives, mehrsprachiges Webportal und beteiligte sich an (2) der Implementierung des neuartigen West African Earth System Model (WESM) an der neuen HPC-Einrichtung im WASCAL Competence Center in Ouagadougou.
Das Hauptaugenmerk lag auf der Entwicklung eines Webportals zur Visualisierung und Verbreitung der im Projekt gewonnen Informationen und Daten. Das erstellte Webportal enthält ein Decision Support System (DSS), welches westafrikanische Interessensvertreter\*Innen und Kleinbauern bei der Anpassung an den regionalen Klimawandel im subsaharischen Westafrika unterstützt. Dabei dient das DSS als flexibles, computergestütztes Werkzeug, um das Verständnis von projizierten Auswirkungen des Klimawandels zu fördern und eine Risikominderung und –anpassung zu unterstützen. An dieser Stelle ist jedoch zu betonen, dass das DSS den Nutzern keine konkreten Handlungsempfehlungen und Entscheidungen vorgibt. Ziel ist es stattdessen, den Nutzern verlässliche Informationen effizient und in leicht verständlicher Form zur Verfügung zu stellen. Auf dieser Grundlage können Entscheidungsträger\*innen fundierte Entscheidungen treffen, die auf den spezifischen Bedürfnissen und Gegebenheiten ihrer jeweiligen Regionen basieren.
Das vorliegende Webportal ist ein interaktives, mehrsprachiges und frei verfügbares System, das von einer Vielzahl von Akteur\*Innen genutzt werden kann. Eine einfache Struktur war bei Erstellung wichtig, damit das System auch von Nutzer\*Innen ohne akademischen Hintergrund bedient werden kann. Das frei verfügbare, multilinguale Webportal kann unter folgender Domain aufgerufen werden: https://landsurf.geo.uni-halle.de
Die Konzeption des Webportals und das Design des Entscheidungsunterstützungssystems wurden in enger Zusammenarbeit mit der afrikanischen Nutzergruppe erarbeitet. Ein partizipativer Ansatz mit Workshops und Fallstudien stellte sicher, dass das Webportal den spezifischen Anforderungen der Nutzer\*Innen gerecht wird und einen echten Mehrwert für die Bewertung und Bewältigung von Starkregen- und Hochwasserrisiken in Westafrika bieten kann. Auf Basis der Ergebnisse des ersten Workshops startete die technische Umsetzung des Webportals, wobei die Stakeholder im Verlauf des Projektes mehrfach die Möglichkeit erhielten, sich mit dem aktuellen Entwicklungsstand des DSS vertraut zu machen.
Entsprechend der erhobenen Spezifikationen und Funktionalitäten wurde das DSS als technisch robustes und funktionales Webportal erstellt. Das System basiert dabei auf einer klassischen Client-Server-Architektur und gliedert sich in Frontend und Backend. Das Backend mit Geoserver und API ist dabei als Basis des Systems zu verstehen, welches für die Datenhaltung, -verarbeitung und -bereitstellung verantwortlich ist. Das Frontend hingegen bildet die Schnittstelle zwischen Nutzer\*Innen und Computersystem um mit der Anwendung zu interagieren und Daten aus dem Backend abzufragen, zu analysieren und herunterzuladen. Für eine nachhaltige und effiziente Entwicklung wurde auf eine Vielzahl von Open Source Softwarekomponenten und Bibliotheken zurückgegriffen. Alle Server und Bibliotheken basieren auf Open-Source Software und sind frei verfügbar.
Im Backend wurde eine Geodatenbank als zentrales Element der Datenspeicherung in enger Zusammenarbeit mit den Projektpartnern entwickelt. Neben der Geodatenbank für den GeoServer wurde ein weiterer Speicher für alle Rohdaten, welche im DSS angezeigt, analysiert und heruntergeladen werden können, konfiguriert, um ein flexibleres Datenmanagement zu ermöglichen und das System robuster zu machen.
Zur Bereitstellung von interaktiven Karten wurden Open-Source Webkarten-Standards Web Map Services (WMS) und Web Feature Services (WFS) genutzt und in einem web-basierten Nutzerinterface bereitgestellt. Für die Bereitstellung geläufiger Funktionen eines Web-GIS, sowie Funktionen, die sich aus den Workshops ergeben haben wurde darauf geachtet, dass Interface übersichtlich und intuitiv bedienbar zu gestalten. Dazu wurde ein interaktives Tutorial entwickelt, welches beim Aufrufen der Webseite gestartet werden kann. Über Fragezeichen-Icons kann die entsprechende Stelle der Dokumentation des Webportals erreicht werden.
Das zentrale Element des Systems ist eine Karte, welche die integrierten Geodaten visualisiert und beliebig verschoben und gezoomt werden kann. An den Seitenleisten befinden sich Tabs, die sich aus- und einklappen lassen und verschiedene Funktionalitäten beherbergen. Damit lassen sich die Indikatoren über Schaltflächen auszuwählen und auf der interaktiven Karte visualisieren, sowie administrative Einheiten ein- und auszublenden. Auch werden darin Funktionen zur weiteren Analyse der dargestellten Daten angeboten. Für die Analyse einer Lokation können Trendlinien für den aktuell sichtbaren Datensatz anzeigt werden. Dieses ist ebenfalls für administrative Einheiten möglich, wobei die Daten darin aggregiert werden. Durch die Möglichkeit, mehrere Datensätze gleichzeitig in einem Diagramm darzustellen, können Klimaindikatoren verschiedener Szenarien oder für Kulturpflanzen Indikatoren verschiedener Wachstumsphasen und Pflanzenarten auf einen Blick miteinander verglichen werden.
Indikatoren des DSS können in einem Download Manager in verschiedenen Formaten heruntergeladen werden. Um die dargestellten Daten beispielsweise für Präsentationen oder Öffentlichkeitsarbeit zu nutzen wurde die „Print Map“ Schaltfläche integriert. Diese stellt eine separate Druckansicht der Karte mit aussagekräftigem Titel und Legende zum Download bereit
Sachbericht zum Verwendungsnachweis
No full textDie Arbeiten umfassten die Planung und Erweiterung der THAI-Anlage am Standort Hochheim am Main. Als zentrale Bestandteile der Anlagenweiterung wurde ein großes Wasserbecken (NU-eX-Pool) errichtet, in dem ein neuer druckfester Versuchsbehälter installiert wurde (NU-eX-Behälter). Zusätzlich zu diesen beiden Hauptkomponenten wurde die Medienversorgung und Messtechnik beschafft und installiert, ebenso die erforderlichen Erweiterungen der Versuchsinfrastruktur. Das permanent stehende Wasserbecken wurde mit einem Innendurchmesser von 6,5 m und einer Höhe von 8,0 m errichtet. Der Pool ragt dabei deutlich tiefer als das Kellergeschoss des Anlagengebäudes. Das Wasservermögen des Pools beträgt 265,5 m3 abzüglich der Verdrängung des eingetauchten NU-eX-Behälters.
Für die Anlagenerweiterung wurde ein großer Edelstahl-Druckbehälter geplant und gefertigt. Der Behälter dient als zentrale Komponente für die Experimente in der zukünftigen NU-eX-Anlage. Er wurde für einen zulässigen Überdruck von 64 bar bei 200 °C ausgelegt und kann dank der durchgängigen Nutzung mit O-Ringen auch unter technischen Vakuumbedingungen (entsprechend -1 bar ü) eingesetzt werden. Mit einem Durchmesser von 2,3 m und einer Höhe von 12 m wurde der Behälter mittig und oben jeweils mit einem umlaufenden Flansch ausgestattet, um eine einfache Abnahme der oberen Behälterhälfte und des Deckels für Einbauten und Instrumentierungsarbeiten zu ermöglichen. Des Weiteren erlaubt dieser Behälter mit dem herausnehmbaren Mittelsegment, dass Skalierungsuntersuchungen mit einer einzigen modularen Anlage durchgeführt werden.
NU-eX ermöglicht Experimente zur sicherheitstechnischen Bewertung von Forschungs- und Leistungsreaktoren und dient im gleichen Maße auch der Kompetenz- und Nachwuchsentwicklung im Bereich der Reaktorsicherheit. Sie ist in ihrer Technik und Nutzung weltweit einzigartig und bietet eine große Bandbreite an Einsatzbereichen. Die wissenschaftlichen und sicherheitstechnischen Fragestellungen umfassen u. a. die Thermohydraulik und Hydrodynamik von großen Wasservorlagen, Wasserstoff-Risiko und -Beherrschung, das Spaltproduktverhalten von Aerosolen und Iod sowie die Quellterm-Prognose und die Zuverlässigkeit von Rückhaltesystemen. Die SMR-Erweiterung erlaubt damit die Analyse von passiven Sicherheitssystemen in bestehenden und zukünftigen Leistungs- sowie Forschungsreaktoren europäischer Nachbarländer.
Eigene Schutzrechte wurden für die Durchführung des Vorhabens nicht in Anspruch genommen. Die verwendete Fachliteratur ist im Literaturverzeichnis am Ende dieses Berichts aufgeführt
Abschlussbericht zum Projekt "Rye-SaFe" - Roggen-basierte Mischfutterkonzepte zur Minimierung des Vorkommens von Zoonoseerregern (Salmonellen) in der Sauenhaltung und Ferkelaufzucht
No full textDas Projekt "Rye-SaFe" zielt darauf ab, die Verwendung von Roggen in der Schweinefütterung zu untersuchen, um das Vorkommen von Salmonellen in Ferkelerzeugerbetrieben zu reduzieren. Die Lebensmittelsicherheit und die Notwendigkeit, den Anteil Salmonellen tragender Ferkel zu reduzieren, stehen im Mittelpunkt dieses Vorhabens. Das "Rye-SaFe Mischfutterkonzept" soll eine kostengünstige Lösung bieten, um die Salmonellensituation entlang der Produktionskette zu verbessern, indem es roggenbasierte Mischfutter verwendet. Die Studie knüpft an das Projekt "6-R-Konzept" (FKZ 281B101016) an und konzentriert sich auf die Reduzierung von Salmonellen in der Sauenhaltung und Ferkelaufzucht. Die Verwendung von Roggen in der Schweinefütterung hat in Deutschland zugenommen, da Roggen ernährungsphysiologisch wertvolle Inhaltsstoffe wie fermentierbare Ballaststoffe enthält. Untersuchungen im Projekt "6-R Konzept" haben gezeigt, dass diese Substanzen das Wachstum von Salmonellen reduzieren können. Das Projekt baut auf diesen Erkenntnissen auf und untersucht die Anwendung von Roggen und Roggennebenprodukten in verschiedenen Altersgruppen von Schweinen.
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