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Wir haben Aussagen über das Eigenwertspektrum der freien Schwingungegleichung für einen Hohlraum B gesucht, welche unabhängig von der Gestalt des Hohlraumes nur von Gestaltparametern abhängen, die als Integrale über B bzw. über dessen Oberfläche ... Eigenschaften von ganz B darstellen, ohne die lokale Struktur der Oberfläche ... zu enthalten. An drei Testkörpern sehr verschiedener Gestalt (die Gestaltparameter waren ebenfalls verschieden), nämlich Würfel, Kugel und Zylinder, haben wir die Hypothese bestätigt, daß der mittlere Verlauf der Größen "Anzahl N und Summe E aller Eigenwerte unterhalb einer willkürlich vorgegebenen Schranke ER" in Abhängigkeit von der Wahl dieser Schranke i.w. gestaltunabhängig ist. Für den Quader lassen sich im Falle asymptotisch großer ER explizite Ausdrücke für N und E angeben, die für alle drei Testkörper nicht nur den mittleren Verlauf von N und E bei kleinen (endlichen) ER in zweiter Näherung (in Potenzen von Ef exp -1/2) richtig wiedergaben, sondern auch als numerische Näherung dss mittleren Verlaufs von N bzw. E brauchbar waren (relative Kleinheit des Restgliedes). Die mathematische Vermutung, daß sich für aS, große Ef eben diese expliziten Ausdrücke für N bzw. E' als gestaltunabhängig erweisen, soll in einer weiteren Arbeit behandelt werden. Das Ergebnis dieser Arbeit ist überall dort anwendbar, wo Eigenschaften des Spektrums der freien Schwingungsgleichung mit Randbedingungen benötigt werden, die sich aus N. bzw. E ableiten lassen; also vor allem in der Akustik (Zahl der Obertöne eines Hohlraumes unterhalb einer vorgegebenen Frequenz), in der Theorie der Hohlleiter usw. In dieser Arbeit haben wir die Anwendung auf ein einfaches Atomkernmodell betrachtet, das Fermigas-Modell. Es beschreibt den Kern als freies ideales in einem Hohlraum von Kerngestalt befindliches Fermigas. Dann bedeutet N die Teilchenzahl und E die Gesamtenergie des Systems. Ef ist die Fermigrenzenergie und es ist (Ef exp 3/2 /6*Pi*Pi) die Sättigungsdichte im Innern des Systems. Der Koeffizient des zweiten Termes des expliziten (aS.) Ausdrucks für E kann dann als Oberflächenspannung gedeutet werden. Die spezifische Hodell-Oberflächenspannung läßt sich in Abhängigkeit von dem Gestaltparametern und der Siittigungsdichte des Atomkernes schreiben. Nach Einsetzen der empirischen Werte erhalten wir numerisch einen Wert, der nur um 20% vom empirisch aus der v. Weizsäckerformel bekannten Wert für die spez. Oberflächenspannung abwich, obgleich das Modell nur eine äußerst einfache Näherung der Kernstruktur sein kann. Daher gelangten wir zu der Überzeugung, daß der Oberflächenanteil der Bindungsenergie wesentlich ein kinetischer Effekt ist.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde eine Gahor-Plasma-Linse zur Fokussierung positiver Ionenstrahlen niedriger Energie konzipiert und aufgebaut. Die Erzeugung der Elektronen geschieht hier über eine Gasentladung, die im Linsenvolumen brennt. Die entstandenen Elektronen werden in einem elektromagnetischen Feld eingefangen. Die entstandenen Restgasionen werden aus dem Linsenvolumen herausbeschleunigt. Die Lösung der Bewegungsgleichung von Elektronen in gekreuzten elektrischen und magnetischen Feldern, unter Berücksichtigung der Elektronenraumladung, führt auf die Existenz einer maximalen Elektronendichte die abhängig ist vom Quadrat des magnetischen Feldes. Die Rechnung zeigte überdies, daß nach dem lokalen Erreichen der maximalen Elektronendichte eine Homogenisierung der Raumladung stattfindet. Die Diffusion der Elektronen, durch Stöße wurde allerdings nicht berücksichtigt. Eine generelle Aussage über das radiale Dichteprofil kann nicht gemacht werden. Die Untersuchungen zum Entladungsverhalten wurden für verschiedene Betriebsgase durchgeführt. Eine Zündung der Gasentladung konnte oberhalb einer gewissen Anodenspannung und eines gewissen Magnetfeldes immer erreicht werden. Die gegenüber der Paschenbedingung niedrigere Anodenspannung bei vorhandensein eines Magnetfeldes konnte anband der "verkleinerten" freien Weglänge erklärt werden. Die Dichtemessungen der Elektronen wurden mit einem elektrostatischem Gegenfeldspektrometer und einer elektrischen Langmuirsonde durchgeführt. Letztere ergaben, aufgrund der starken Störung der Gasentladung durch die Sonde, keine verwertbaren Ergebnisse. Die Energie der aus dem Linsenvolurnen herausbeschleunigten Restgasionen erlaubt im Prinzip einen Rückschluß auf ihr Entstehungspotential. Obwohl auch hier keine quantitative Aussage über das Dichteprofil gemacht werden konnte, erlaubte die Messung eine quantitative Aussage über den Füllgrad. Hierbei zeigen sich bei verschiedenen Betriebsbedingungen drastische Unterschiede. Die besten Ergebnisse ergaben Messungen an einer Entladung bei niedrigem Druck und geringer Stromstärke und hohem Magnetfeld. Ein empfindliches Meßinstrument zur Bestimmung der radialen Dichteverteilung ist der zu fokussierende Ionenstrahl selbst. Die Linse wurde in eine bestehende Ionenstrahltransportstrecke eingefügt. Messungen mit Argon- und Heliumionenstrahlen bei 10 ke V Strahlenergie und Strömen zwischen 200 mikroA und 1.15 mA wurden durchgeführt.Die Emittanz und Profilmessungen zeigten auch hier wieder eine drastische Abhängikeit des Strahlverhaltens von den eingestellten Linsenparametern. Zum überwiegenden Teil wurden Ausgangsemittanzen gemessen, die neben den stärksten beobachteten Fokussiereffekte starke sphärische Aberrationen zeigten und mit erheblichem Emittanzwachstum verbunden waren. Dies läßt auf eine stark inhomogene Verteilung der Elektronen schließen. Diese Ergebnisse wurden hauptsächlich bei hohen Linsenspannungen erzielt und zeigten zudem eine z.T. erhebliche Reduzierung des Kompensationsgrades hinter der Linse. Bei niedriger Iinsenspannung zeigte sich eine reduzierte Fokussierung des Strahles, die Aberrationen und das Emittanzwachstum waren aber weitaus geringer. Der Kompensationsgrad des Strahles hinter der linse blieb z. T. gegenüber einer reinen Driftmessung erhalten oder stieg sogar an. Die besten Ergebnisse ergaben sich bei 1500 V zwischen Anode und Kathode und einem magnetischen Feld auf der Achse von 280 Gauß. Der Restgasdruck betrug 1*10-5 hPa (größtenteils Helium). Ein 10 keV Heliumstrahl konnte entsprechend einer Brennweite von 20 cm bei vernachlässigbarem Emittanzwachstum fokussiert werden. Eine Variation der Linsenbrechkraft bei gleichzeitig kleinem Emittanzwachstum konnte nur in einem geringen Maße erreicht werden. Die angeführten Untersuchungen zeigen, daß es prinzipiell möglich ist, eine durch eine Gasentladung gefüllte Gabor-Plasma-Linse, als ionenoptisches Element zu betreiben. Eine Linearität der Feldveneilung und einen genügend hohen Füllgrad konnte nur in einigen Betriebszuständen erreicht werden. Die theoretischen und experimentellen Ansätze sind durchaus vielversprechend und lassen erhebliche Verbesserungen durch weitergehende Untersuchungen erwarten. Hier sind insbesondere theoretische und numerische Untersuchungen über das Einschlußverhalten von Elektronen in gekreuzten elektrischen und magnetischen Feldern notwendig. Dies führt zu einer Optimierung der Linsengeometrie hinsichtlich eines höheren Füllgrades. Fadenstrahlmessungen sind eine Möglichkeit um Aussagen über das radiale Dichteprofil zu gewinnen. Aber auch die Füllung der Linse mit thermischen Elektronen könnte ein Gegenstand weiterer Untersuchungen sein.
Gegenstand dieser Arbeit ist das Entropiegesetz und seine Bedeutung für die Umweltökonomie. Das Grundgesetz vom Niedergang , wie Schütze es genannt hat, trifft in seiner ursprünglichen Bedeutung Aussagen über die Umwandlung von verschiedenen Formen von Energie bzw. über ihre Nutzbarkeit u.a. für menschliche Belange. So ist zu erklären, daß die stärkste Beschäftigung der Ökonomen mit dem Entropiegesetz in der Folge der sog. Ölkrise und der Studie Grenzen des Wachstums stattfand, da zu dieser Zeit der Gedanke einer plötzlichen Erschöpfbarkeit der Energiequellen um so stärker in den Vordergrund drang, wie es in der Zeit davor normal erschien, daß sich der Energieverbrauch regelmäßig verdoppelte. Das Thema physikalische Grenzen des wirtschaftlichen Wachstums ist in der öffentlichen wie auch in der (wirtschafts-) wissenschaftlichen Diskussion durch aktuellere und akutere Probleme in den Hintergrund gedrängt worden und mit ihm auch der Begriff Entropie. Diese akuteren Probleme sind vor allem im Zusammenhang mit Stoffen zu sehen, die den Bereich des menschlichen Wirtschaftens verlassen. Die zunehmende Umweltverschmutzung stellt sich in den letzten Jahren als das vordringliche Problemfeld für die Umweltökonomie dar. Zu erinnern wäre hier beispielhaft einerseits an die Unfälle bei Sandoz in Basel und des Kernkraftwerks in Tschernobyl sowie die Havarie des Tankers Exxon Valdez in Alaska. Andererseits ist aber auch der Normalbetrieb mit Problematiken wie der u.a. durch FCKWs zunehmenden Zerstörung der Ozonschicht oder auch dem übermäßigen Auftreten von Ozon in Bodennähe im Zusammenhang mit dem photochemischen Smog verbunden...
Im Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit stehen die Nullstellen der nach Bernhard Riemann benannten Riemannschen Zetafunktion ..(s). Diese Funktion kann für komplexes s mit Res > 1 durch ...(s) = 1 X n=1 1 ns (1.1.1) dargestellt werden. Für andere Werte von s ist ...(s) durch die analytische Fortsetzung der Dirichlet-Reihe in (1.1.1) gegeben. Die ...-Funktion ist in der ganzen komplexen Ebene holomorph, mit Ausnahme des Punktes s = 1, wo sie einen einfachen Pol besitzt. Diese und weitere Eigenschaften von ...(s) setzen wir in dieser Arbeit als bekannt voraus, näheres findet man beispielsweise in [Tit51] oder [Ivi85]. Bereits Euler betrachtete, beispielsweise in [Eul48, Caput XV], die Summe in (1.1.1), allerdings vor allem für ganzzahlige s ... 2. Von ihm stammt die Gleichung 1 X n=1 1 ns =.... die für alle komplexen s mit Res > 1 gültig ist. Dieser Zusammenhang zwischen der ...-Funktion und den Primzahlen war Ausgangspunkt für Riemanns einzige zahlentheoretische, aber dennoch wegweisende Arbeit \ Über die Anzahl der Primzahlen unter einer gegebenen Grösse." ([Rie59]). In dieser 1859 erschienenen Arbeit erkannte Riemann als erster die Bedeutung der Nullstellen der ...-Funktion für die Verteilung der Primzahlen. Bezüglich dieser Nullstellen sei jetzt nur so viel gesagt, daß ...(s) einfache Nullstellen an den negativen geraden Zahlen .... besitzt, und, daß alle weiteren, die sogenannten nicht-trivialen Nullstellen, im kritischen Streifen 0 < Res < 1 liegen. Diese letzteren | unendlich vielen | Nullstellen sind gerade für den Primzahlsatz, also für die Beziehung ...(x) ... li(x);
Im Sommer 1992 wurde an Abschnitten der Rur und ihres Nebenflusses Inde (Niederrheinische Bucht, Nordrhein-Westfalen) die Ufervegetation pflanzensoziologisch untersucht und die lokale Verbreitung von Neophyten mit Hilfe einer speziell entwickelten Methode der Feinkartierung erfaßt.
Die Ufervegetation der Rur weist nur in zwei Teilbereichen natürliche bzw. naturnahe Vegetationstypen der Flußufer in guter Ausbildung auf; hier treten flächenhaft Gesellschaften der Convolvuletalia, des Phragmition und Sparganio-Glycerion, des Bidention und des Salicion purpureae auf. Die übrigen Bereiche der Rur und ebenso die Inde sind ausgebaut und durch relativ intensiv "gepflegte", botanisch verarmte Ufer gekennzeichnet.
Insgesamt wurden knapp 60 Kilometer Uferstrecke abgegangen und dabei etwa 30 neophytische Sippen nachgewiesen; hiervon wurden 15 ausgewählte Sippen systematisch kartiert. Für etwa ein Dutzend im Untersuchungsgebiet häufigere Neophyten wurden Verbreitungskarten erstellt und diskutiert.
Parallel zur Feinkartierung von Neophyten wurden im Gelände und aus schriftlichen Quellen verschiedene Formen anthropogener Standortveränderungen erfaßt, um Hinweise auf Zusammenhänge mit der Ausbreitung der Neophyten zu erhalten.
Aus einer Sichtung der diesbezüglichen Literatur ergaben sich zwei Gruppen von Hypothesen darüber, welcher Typ von anthropogenen Einflüssen die Ausbreitung von Neophyten an Flüssen besonders begünstigt: von einigen Autoren wurden direkte mechanische Eingriffe im Uferbereich, wie Kanalisierung und Auwaldrodung, als maßgeblich betrachtet, von anderen Autoren wurde dagegen in den chemischen Belastungen des Flußwassers der Hauptfaktor vermutet. Es wurde in der vorliegenden Arbeit aber davon ausgegangen, daß die Daten, die bisher zu Aussagen über die Neophyten-Problematik an Flußufern herangezogen wurden, im wesentlichen auf zu kleinmaßstäbigen Kartierungen und auf zu spezieller Betrachtung einzelner neophytischer Arten beruhten.
Deshalb wurde in der vorliegenden Arbeit versucht, zusätzlich zur Feinkartierung einen neuen methodischen Ansatz zu entwickeln, um die Bedeutung, die Neophyten insgesamt in der Vegetation eines bestimmten Flußabschnitts haben, synthetisch zu analysieren.
Es wurde ein "Neophyten-Index" als Maß des Neophytenreichtums ermittelt; er bezieht sich immer auf einen bestimmten Flußabschnitt und ergibt sich aus der Gesamtzahl und Häufigkeit der in dem Abschnitt gefundenen neophytischen Sippen. Der Neophyten-Index als synthetischer Ausdruck floristischer Veränderungen ermöglichte einen groben Vergleich mit Daten zu anthropogenen Standortveränderungen. Die Probleme derartiger schematischer Berechnungen wurden diskutiert; alle Aussagen über die Ergebnisse mußten vorbehaltlich der Notwendigkeit kritischer Interpretation erfolgen.
Eine wichtige Rolle bei den Untersuchungen spielte die Frage des Status von Neophyten-Vorkommen; wesentlich war auch die Kenntnis der aktuellen Phase der Einwanderung eines Neophyten in das Untersuchungsgebiet. Vorkommen mit zufälligem Charakter, also unbeständige oder vorpostenartige Vorkommen, erlauben nur begrenzt ökologische Aussagen. Deshalb waren nicht alle gefundenen Neophyten gleichermaßen für die Berechnung eines Neophyten-Index verwendbar. Neben Beobachtungen im Gelände waren zur Beurteilung dieser Fragen umfangreiche Auswertungen der Literatur notwendig. Als Ergebnis wurde also zunächst sippenbezogen die Geschichte der Ausbreitung rekonstruiert, sowie die gegenwärtige Verbreitung und der Status im Untersuchungsgebiet ermittelt. Acht Neophyten wurden dann als geeignet befunden, in die Berechnung des Neophyten-Index einzugehen.
Es ergaben sich deutliche Unterschiede im Neophyten-Index verschiedener Flußabschnitte: für den unteren Bereich der Rur unterhalb der Einmündung der Inde und besonders für die Inde selbst ergaben sich deutlich höhere Neophyten-Indices als für den oberen Bereich der Rur.
Entgegen häufigen allgemeinen Angaben in der Literatur gab es im Untersuchungsgebiet keinen erkennbaren Zusammenhang zwischen dem Ausbauzustand eines Flußabschnittes und dessen Neophytenreichtum; einige naturnah mäandrierende Abschnitte der Rur waren deutlich neophytenreicher als andere, regulierte Abschnitte.
Ebensowenig war im gewählten Maßstabsbereich ein Zusammenhang zwischen der Beschattung der Ufer durch Gehölze und dem Neophytenreichtum festzustellen; der gesamte obere Bereich der Rur war trotz geringer Beschattung relativ neophytenarm.
Eine sehr auffällige Koinzidenz besteht jedoch zwischen Neophyten-Index und der Gewässergüteklasse der Teilabschnitte; die Inde ist durch vor allem industrielle Abwässer erheblich verschmutzt, während die Rur oberhalb der Einmündung der Inde nur geringere Belastungen aufzuweisen hat. Eine deutliche Abhängigkeit der Neophyten-Ausbreitung von der Gewässerbelastung wurde in der Literatur bisher zwar von einigen Autoren vermutet, jedoch nie durch exakte Kartierungen in geeigneten Untersuchungsgebieten nachgewiesen.
Die hier nachgewiesene Koinzidenz zwischen Gewässerbelastung und Neophytenreichtum muß mit Vorsicht interpretiert werden; weitere Faktoren unbekannter Bedeutung kommen hinzu. Als Einschleppungsort bzw. Ausbreitungszentrum von Neophyten könnte etwa die Industrieregion im Einzugsgebiet der Inde - oberhalb des Untersuchungsgebiets - eine Rolle spielen. Auch ein Einfluß des Abflußregimes auf die Ausbreitung von Neophyten kann nach den vorliegenden Daten nicht ausgeschlossen werden.
Abschließend werden die konkreten Standortfaktoren Wasserhaushalt und Bodensubstrat bezüglich ihrer noch weitgehend im Dunkeln liegenden Abwandlung durch anthropogene Einflüsse diskutiert.
QCD-Summenregeln mit Massen
(1993)
Konzeptionelle Untersuchungen eines Dielektronenspektrometers für Schwerionenstöße im GeV/u-Bereich
(1993)
In der vorliegenden Arbeit wurden die Signalformen eines großvolumigen Germanium- Detektors analysiert, mit dem Ziel, den primären Wechselwirkungsort des Photons im Detektor zu bestimmen. Die experimentellen Voraussetzungen dazu bestehen erst seit der Entwicklung schneller Analog-Digital-Wandler, mit denen man in der Lage ist, Detektorsignale direkt nach dem Vorverstärker zu digitalisieren und somit einer genauen Analyse zu unterziehen. Im experimentellen Teil der Arbeit wurden dazu die von einem großvolumigen p-Typ HPGe-Detektor der "koaxial einseitig geschlossenen" Bauart gelieferten Signale abgetastet und digitalisiert. Synchron dazu wurde die Energie mit Analogelektronik gemessen. Die Messungen wurden für verschiedene Energien in Abhängigkeit vom Auftreffort des g-Quants auf dem Detektor durchgeführt. Dabei wurde der Detektor mit g- Quellen im Energiebereich bis 700keV an verschiedenen Positionen kollimiert bestrahlt. Zu den Messungen wurden Simulationsrechnungen durchgeführt, die sich in zwei Schritte gliederten. Im ersten Schritt wurden mittels des Monte-Carlo-Simulationsprogramms GEANT die Wechselwirkungsorte und die dort deponierten Energien eines g-Quants in einem Germanium-Detektor ermittelt. Im zweiten Schritt wurden daraus, unter Berücksichtigung der Detektorgeometrie und des dadurch vorgegebenen elektrischen Feldes, die Pulsformen berechnet. Aus der Anpassung der Rechnungen an die experimentellen Daten konnte über die Variation des einzigen freien Parameters der Ladungsträgerkonzentration, eine sehr gute Übereinstimmung der Anstiegszeitenverteilungen erzielt werden. Die Ladungsträgerkonzentration ließ sich damit mit einer Genauigkeit von 33% bestimmen. Durch eine Analyse der gemessenen digitalisierten Pulsformen konnte der Einstrahlort mit einer Wahrscheinlichkeit von 75,20% bestimmt werden. Dazu ist nur die Messung zweier Zeiten, der Zeit zwischen 10% und 30% der Pulshöhe und der Zeit zwischen 10% und 90% der Pulshöhe, notwendig. Die Ortsauflösung variierte dabei zwischen 4,1mm und 7,5mm. Mit Hilfe der Simulation konnten die Detektorbereiche identifiziert werden, für die eine eindeutige Zuordnung der Pulse zum Einstrahlort gelingt. Darauf aufbauend bietet die Simulation die Möglichkeit, neue Detektorgeometrien im Hinblick auf ihre Eigenschaften zur Bestimmung des Einstrahlortes zu entwickeln. Durch die Bestimmung des Einstrahlortes eines g-Quants auf dem Detektor läßt sich eine Dopplerkorrektur bei der Energiemessung von im Flug emittierten g-Quanten durchführen, die in einer deutlich verbesserten Energieauflösung resultiert.
Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung einer ergänzenden Korrekturmethode auf die bei hohen Multiplizitäten auftretende Ineffizienz des im Rahmen des NA35-Experiments benutzten zentralen Spurdetektors, der NA35-Streamerkammer, sowie die Analyse der damit aufgenommenen Kern-Gold-Ereignisse. Diese, speziell für hohe Multiplizitäten und große Rapiditäten konzipierte Korrekturmethode zeigt im Bereich um Midrapidity gute Übereinstimmung mit den traditionellen Korrekturmethoden als auch mit den Daten des zweiten, zur Streamerkammer komplementären Spurdetektors, der NA35-TPC, für hohe Rapiditäten. Es ist somit eine Erweiterung der Streamerkammerakzeptanz je nach Stoßsystem um 0.5-1 Rapiditätseinheiten gelungen, die eine 4-Pi-Extrapolation auf den vollständigen Phasenraum erlaubt. Die Analyse der damit korrigierten Daten zeigt für die Rapiditätsverteilung der negativen Hadronen eine systematische Verschiebung der gemessenen sowie extrapolierten mittleren Rapidität weg von Midrapidity des Nukleon-Nukleon-Stoßes bei zunehmender Asymmetrie des Stoßsystems. Die Formen der Rapiditätsverteilungen scheinen sich jedoch zu gleichen und die Multiplizität skalierte in etwa mit dem Massenverhältins der Projektilkerne. Ebenso zeigt die spezifische Produktionsrate für negative Hadronen pro partizipierendem Nukleon keine signifikante Projektilabhänigkeit, sie liegt bei ~ 1.7 h-/N part.Protons. Die Rapiditätsverteilungen der Nettoprotonen skalieren oberhalb midrapidity mit der Projektilmasse und deutet auf keine Abhängigkeit des stoppings von der Größe des Projektilkerns hin. Sämtliche Projektilnukleonen scheinen im wesentlich schwereren Targetkern demnach gleichviel Energie zu deponieren (gleich stark abgebremst zu werden). Die Transversalimpulsspektren der Nettoprotonen lassen sich gut durch die Verteilungen thermischer Quellen beschreiben, wobei sich für das Stoßsystem 2d+197Au eine Temperatur der Quelle von ungefähr 160MeV, also im Bereich des Hagedorn-Limits, ergibt. Im Falle der 16O+197Au-Daten ergeben sich Temperaturen größer 200MeV. Diese Arbeit schließt die Akzeptanzlücke zwischen den zwei komplimentären Spurdetektoren im NA35-Experiment und ermöglicht damit die Studie von Schwerionenstößen im nahezu vollständigen Phasenraum für zentrale Kern-Gold-Kollisionen.