Suche

zur Hauptseite

Navigation und Service


Kurznachrichten Juni 2014

Supercomputing made in Europe

Das Barcelona Supercomputing Center (BSC), das französische Commissariat à l‘énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), das Consorzio interuniversitario del calculo automatico (CINECA) in Italien und das Jülich Supercomputing Centre (JSC) bündeln ihre Aktivitäten. Bei einem Treffen in Barcelona Ende Mai unterzeichneten Vertreter der Einrichtungen eine gemeinsame Erklärung für eine europäische High-Performance-Computing-(HPC)-Strategie. So sollen Forschung, Entwicklung und Innovation im HPC-Bereich in Zukunft noch enger miteinander abgestimmt werden. Ziel ist eine europäische HPC-Flagship-Industrie, die Hardware- und Softwaretechnologien, Infrastrukturen und Dienstleistungen sowie rechen- und datenintensive Anwendungen für alle Bereiche der Wissenschaft, Industrie und Gesellschaft entwickelt.

Gemeinsam mit HPC-Unternehmen sind die vier Partner aktive Mitglieder der "European Technology Platform for High-Performance Computing" (ETP4HPC) und entwickeln und betreiben Recheninfrastrukturen und -systeme auf Spitzenniveau. Die beteiligten Forschungsorganisationen haben Erfahrung im Betrieb einzigartiger Großsysteme, verfügen über starke Forscherteams und bewährte Partnerschaften im Bereich des Hochleistungsrechnens. Damit wollen sie gemeinsam im Rahmen des europäischen Entwicklungsprogramms "Horizont 2020" Hardware- und Softwareprototypen entwickeln, erproben und ausgereifte Systeme zum Einsatz bringen.

"Horizont 2020" ist das Rahmenprogramm der Europäischen Union für Forschung und Innovation. Das Förderprogramm zielt darauf ab, EU-weit eine wissens- und innovationsgestützte Gesellschaft und eine wettbewerbsfähige Wirtschaft aufzubauen sowie gleichzeitig zu einer nachhaltigen Entwicklung beizutragen.

Jülich Supercomputing Centre (JSC)

European Technology Platform for High-Performance Computing (ETP4HPC)

Hirnstimulation könnte Verlauf von Alzheimer bremsen

Das Stimulieren einer bestimmten Gehirnregion könnte helfen, den Verlauf von Demenzerkrankungen zu verlangsamen. Das legt eine Pilotstudie nahe, für die eine Forschergruppe mit Jülicher Beteiligung erstmals Alzheimerpatienten mit der sogenannten Tiefen Hirnstimulation behandelte. Bei vier von sechs Patienten zeigte die Methode Wirkung: Ihr Gesundheitszustand blieb während der einjährigen Behandlung konstant. Normalerweise verschlechtert er sich bei dieser Nervenkrankheit kontinuierlich. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift "Molecular Psychiatry" erschienen.

Die Tiefe Hirnstimulation wird seit mehreren Jahren zunehmend zur Behandlung der Parkinsonkrankheit eingesetzt. Dabei werden dem Patienten Elektroden ins Gehirn implantiert, die durch elektrische Impulse eine Hirnregion anregen oder deaktivieren. Im Fall der Alzheimerpatienten stimulierte das Forscherteam unter Federführung der Uniklinik Köln dauerhaft den Nucleus basalis Meynert, ein Kern im sogenannten basalen Vorderhirn des zentralen Nervensystems. Der Kern produziert den biochemischen Botenstoff Acetylcholin, der eine wichtige Rolle bei der Informationsübertragung von Nervenzellen spielt. Im Zuge der Alzheimererkrankung bricht die Produktion von Acetylcholin zusammen. "Die Hirnstimulation verbessert den Gehirnstoffwechsel. Das können auch bestimmte Medikamente, diese helfen jedoch nur begrenzt. Es muss sich nun zeigen, ob die Wirkung der Hirnstimulation dauerhaft ist", erklärt Prof. Andreas Bauer vom Jülicher Institut für Neurowissenschaften und Medizin.

Aufgabe der Jülicher Forscher war es unter anderem festzustellen, wie weit die Erkrankung bei den Testpersonen im Untersuchungszeitraum voranschritt. Dazu untersuchten sie mit Hilfe bildgebender Verfahren den Glukoseverbrauch der Nervenzellen im Gehirn. Bei der Alzheimerkrankheit ist der Glukosestoffwechsel gestört und verschlechtert sich mit dem Fortschreiten der Erkrankung.
Als nächstes wollen die Wissenschaftler weitere Tests mit deutlich mehr Patienten durchführen. Außerdem müssen die Testpersonen über einen längeren Zeitraum beobachtet werden. Erst dann lässt sich sagen, wie stabil der Effekt durch die Behandlung ist.

Institut für Neurowissenschaften und Medizin, Bereich Molekulare Organisation des Gehirns (INM-2)

Originalveröffentlichung:
Jens Kuhn, et al. Deep brain stimulation of the nucleus basalis of Meynert in Alzheimer’s dementia. Molecular Psychiatry, advance online publication 6 May 2014. Doi: 10.1038/mp.2014.32.
http://www.nature.com/mp/journal/vaop/ncurrent/abs/mp201432a.html

Wie der Atem die Aktivität des Großhirns beeinflusst

Wissenschaftler vom Forschungszentrum Jülich und der University of Tennessee haben festgestellt, dass die Verbindung von Atmung und Hirnfunktion bei Mäusen weiter reicht als bisher angenommen. Die Ergebnisse der Forschung, die jetzt im international renommierten Fachmagazin „Nature Communications“ veröffentlicht wurden, können auch helfen, die Rolle des Atems in der menschlichen Gehirnaktivität besser zu verstehen.

Dr. Junji Ito, ein Neurowissenschaftler der von Prof. Sonja Grün geleiteten Arbeitsgruppe "Statistical Neuroscience" am Institut für Neurowissenschaften und Medizin, hat in Zusammenarbeit mit amerikanischen Kollegen herausgefunden, dass es eine starke Wechselwirkung zwischen dem Atemrhythmus von Mäusen und der Aktivität des sogenannten Whisker Barrel Cortex gibt. Das ist ein Areal im Gehirn von Mäusen, in dem die Signale ihrer Schnurrhaare verarbeitet werden. "Es war bereits bekannt, dass die Aktivität des Riechkolbens, also des für Gerüche zuständigen Gehirnareals, mit der Atmung korreliert. Da wir aber keinen Zusammenhang zwischen dem Whisker Barrel Cortex und der Atmung kannten, sind unsere Ergebnisse überraschend", erklärt Ito.

Beim Auswerten der Daten von Forschern der University of Tennessee entdeckte Ito, dass der Atemrhythmus mit der Deltafrequenz des lokalen Feldpotenzials zusammenhängt. Das Feldpotenzial entspricht der Summe der Aktivität der Synapsen in einem Kubikmillimeter Gehirn. Deltawellen sind niederfrequente (0.5-4Hz) Gehirnströme, die bei Menschen wie auch bei Mäusen üblicherweise während des Schlafes auftreten – im Whisker Barrel Cortex von Mäusen jedoch auch im Wachzustand.

"Die Ergebnisse sind eindeutig: Mäuse atmen vier Mal pro Sekunde ein und aus, und darauf abgestimmt bilden die Deltawellen in jeder Sekunde vier Gipfel und Täler", erläutert der Jülicher Wissenschaftler. Der Zusammenhang beschränkt sich dabei nicht auf Deltawellen. Ito und Kollegen konnten ebenfalls zeigen, dass im Whisker Barrel Cortex auch Gammawellen (> 30 Hz) auftreten, die gewöhnlich bei starker Konzentration oder bei Lernprozessen gemessen werden. Diese Gammawellen, so das Ergebnis der Untersuchungen, sind an die Deltawellen und an die Atmung gekoppelt.

In weiteren Experimenten konnten die Forscher darüber hinaus zeigen, dass der Luftstrom durch die Nase die Wechselbeziehungen zwischen Atmung und neuronaler Aktivität im Barrel Cortex steuert. Inwieweit sich dies auch in weiteren Hirnarealen nachweisen lässt und ob dies auch beim Menschen auftritt, wird Gegenstand künftiger Forschungsprojekte sein. Sonja Grün geht davon aus, auch beim Menschen Zusammenhänge zu finden: "Die Rolle der Atmung ist bei der Meditation schon lange bekannt. Wir hoffen, mehr darüber herauszufinden, wie der Atem auf das Denkvermögen wirkt."

Originalveröffentlichung:
J. Ito, S. Roy, Y. Liu, Y. Cao, M. Fletcher, L. Lu, J.D. Boughter, S. Grün & D.H. Heck: Whisker barrel cortex delta oscillations and gamma power in the awake mouse are linked to respiration. Nature Communications 5, 3572, DOI: 10.1038/ncomms4572
http://www.nature.com/ncomms/2014/140401/ncomms4572/full/ncomms4572.html

Institut für Neurowissenschaften und Medizin, Bereich Computational and Systems Neuroscience (INM-6 /IAS-6)

Jülich errichtet neues Neutronenspektrometer in Garching

Ein neues Gerät aus Jülich erweitert die experimentellen Möglichkeiten mit der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) in Garching bei München. Das Neutronenspektrometer TOPAS (Time Of Flight Spectrometer with Polarization Analysis) des Jülich Centre für Neutron Science (JNSC) gehört zu den modernsten Instrumenten seiner Art. Das Besondere: TOPAS bietet Forschern aus Wissenschaft und Industrie die Chance, insbesondere magnetische Eigenschaften von Materialien zu untersuchen. Im Mittelpunkt potenzieller Anwendungen stehen neue magnetische Werkstoffe für die Informationstechnologie und die Energieforschung – etwa Hochtemperatursupraleiter oder Materialien, die künftig den Energieverbrauch von Kühlschränken und Klimaanlagen deutlich senken könnten. TOPAS wird derzeit im Heinz Maier-Leibnitz Zentrum (MLZ) in Garching aufgebaut.

Das neue Instrument ist eine einzigartige Sonderanfertigung, die Wissenschaftler des JCNS entworfen haben. Ein besonderes Teil ist die 30 Tonnen schwere Vakuumkammer, die das JCNS und das Jülicher Zentralinstitut für Engineering, Elektronik und Analytik (ZEA) in enger Abstimmung konzipiert und gebaut haben. Die Kammer mit einem Durchmesser von 6,5 Metern besteht aus einer Mischung aus Edelstahl und einem nichtmagnetischen Spezialstahl, um die für die Versuche notwendigen extrem sauberen Bedingungen unter Hochvakuum zu ermöglichen. In der Kammer befinden sich die Probe und der Detektor zum Nachweis der gestreuten Neutronen.

Die Proben werden mit Neutronen aus der Forschungs-Neutronenquelle beleuchtet. Prallen die Neutronen auf Atome der Probe, so ändern sie Richtung und Geschwindigkeit. Durch einen Neutronenchopper wird der Startzeitpunkt festgelegt, ab dem Neutronen auf die Probe treffen. Der Detektor misst mit sehr hoher Genauigkeit, wann die Teilchen die Probe erreichen und in welche Richtung sie abgelenkt werden. Mit diesen Informationen kann etwa die Neutronengeschwindigkeit bestimmt werden. Aus den Ergebnissen ermitteln Forscher beispielsweise, wie gut ein neues Material Temperaturen leiten kann.

Jülich Centre für Neutron Science (JNSC)

TOPAS und das Jülicher Zentralinstitut für Engineering, Elektronik und Analytik (ZEA)

TOPAS am Heinz Maier-Leibnitz Zentrum (MLZ)

Weitere FCKW in der Atmosphäre nachgewiesen

Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen der Universität von East Anglia und des Forschungszentrums Jülich haben in der Atmosphäre weitere, bisher nicht erforschte Treibhausgase nachgewiesen. Die Ergebnisse ihrer Untersuchungen wurden jetzt im Magazin "Atmosphere" veröffentlicht.

Die Forscher hatten unbelastete Luftproben aus Tasmanien aus der Zeit zwischen 1978 und 2012 und Luftproben von Linienflügen aus den Jahren 2012 und 2013 analysiert und dabei drei Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) und teilhalogenierte Fluorchlorkohlenwasserstoffe (HFCKW) entdeckt, die bis dahin nicht nachgewiesen und untersucht worden waren. Die neuentdeckten Treibhausgase erreichen zwar nicht die Konzentration der bisher bekannten in der Atmosphäre. Sie machen aber deutlich, dass noch andere FCKW und HFCKW in die Atmosphäre gelangten, die menschlichen Ursprungs sind und in Summe sehr wohl der Ozonschicht schaden könnten. "Die Herkunft dieser Treibhausgase sollte deshalb untersucht werden", sagt Corinna Kloss vom Jülicher Institut für Energie- und Klimaforschung. Die Wissenschaftlerin vermutet Kälte- oder Lösungsmittel als Quelle. Der Einsatz von FCKW ist seit 2010 weltweit verboten.

Originalveröffentlichung:
Kloss, C.; Newland, M.J.; Oram, D.E.; Fraser, P.J.; Brenninkmeijer, C.A.M.; Röckmann, T.; Laube, J.C. Atmospheric Abundances, Trends and Emissions of CFC-216ba, CFC-216ca and HCFC-225ca. Atmosphere 2014, 5, 420-434. DOI:10.3390/atmos5020420
http://www.mdpi.com/2073-4433/5/2/420

Institut für Energie- und Klimaforschung, Bereich Stratosphäre (IEK-7)

Photovoltaik: Neues Ätzverfahren für Silizium-Dünnschicht-Solarzellen

Jülicher Wissenschaftler haben ein neues Ätzverfahren für Silizium-Dünnschicht-Solarzellen entwickelt, mit dem sich der Lichteinfang gezielt verbessern lässt. Etwa ein Drittel des Wirkungsgrads von Silizium-Dünnschicht-Solarzellen geht auf die Lichtsteuerung innerhalb der Zelle zurück. Die Siliziumschicht, die das Licht in Strom umwandelt, ist bei diesem Zellentyp nur etwa einen Tausendstel Millimeter dick. Das vereinfacht die Herstellung, führt aber auch dazu, dass Sonnenlicht bei einem einfachen Durchgang nur unvollständig aufgenommen wird.

Durch raue Oberflächen der Kontaktschichten an Vorder- und Rückseite lässt sich der Wirkungsgrad deutlich verbessern. Mit ihrer rauen Oberfläche reflektieren und streuen sie das Licht, so dass es in einem flacheren und damit günstigeren Winkel von Innen auf die Oberfläche zurückfällt. Im Idealfall wird das eingefangene Licht auf diese Weise so lange zwischen der lichtdurchlässigen Zinkoxidschicht vorne und der stark reflektierenden Rückseite hin und her geworfen, bis es vollständig absorbiert ist.

Üblicherweise kommen zum Aufrauen der Kontaktschichten rein chemische Ätzverfahren mit Salz- oder Flusssäure zum Einsatz. Es entstehen winzige kraterähnliche Strukturen. Mit bloßem Auge wirken sie leicht milchig. Wissenschaftler des Jülicher Instituts für Energie- und Klimaforschung (IEK-5) haben in einem erfolgreich abgeschlossenen Projekt der Deutschen Forschungsgemeinschaft nun einen Weg erschlossen, mit dem sich die hervorgerufenen Zufallsmuster auch gezielt beeinflussen lassen.

Sie kombinierten das klassische Verfahren mit einem sogenannten elektrochemischen Ätzverfahren, bei dem zusätzlich eine elektrische Spannung zwischen Probe und Lösung angelegt wird. Die Reihenfolge der Schritte wirkt sich auf die sich ausbildende Oberflächentextur aus und lässt sich zur Anpassung der charakteristischen Merkmale nutzen. Darüber hinaus zeigte sich, dass sich durch das elektrochemische Ätzen weitere, feine Strukturen überlagern, die die Durchlässigkeit des Frontkontakts im nahen Infrarotbereich verbessern – sodass mehr Sonnenlicht in die Zelle gelangt.

Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme: Anpassung der Oberflächentextur durch elektrochemisches Ätzen und anschließendes chemisches Ätzen.Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme: Anpassung der Oberflächentextur durch elektrochemisches Ätzen und anschließendes chemisches Ätzen.
Quelle: Forschungszentrum Jülich

DFG-Projekt (Kennzeichen PU 447/1)

Früh die Lust auf Wissenschaft wecken

Im Jülicher Schülerlabor JuLab endete ein gemeinsames Projekt mit der TU Dortmund. Unter dem Titel "Energiewende erforschen" hatten neun Schülerinnen und Schüler der Jahrgangsstufe 7 seit Februar an zwölf Tagen jeweils drei Stunden experimentiert, die Ergebnisse ausgewertet und zusammengefasst. Zum Abschluss präsentierten sie jetzt Lehrern, Eltern und dem JuLab-Team die Poster zu ihrer Arbeit und den Ergebnissen ihrer Forschung.

Das Projekt ist Teil der Doktorarbeit von Sandra Hubricht, die an der TU Dortmund im Bereich Fachdidaktik Chemie promoviert. In der frühen Mittelstufe sollen Schüler an wissenschaftliches Arbeiten herangeführt werden: Sandra Hubricht untersucht, ob und wenn ja was Projektwochen wie die im Jülicher JuLab bei den Schülern lernpsychologisch verändern – machen sie Lust auf Naturwissenschaften, und sind sie eine geeignete Einführung in wissenschaftliches Arbeiten?

Dazu forschten die Schüler aus Jülich, Düren und Würselen an den fünf ersten Terminen unter Anleitung: Sie mussten eine (wissenschaftliche) Frage formulieren, sich dazu den entsprechenden Versuch überlegen, das Experiment durchführen und auswerten. Im zweiten Teil des Projekts nach den Osterferien konnten sich die Schüler ein Thema aus dem Bereich "Energiewende erforschen" aussuchen, das sie vertiefen wollten. Entsprechend ihrer Problemstellung und den Hypothesen entwarfen sie Versuche, führten diese dann selbständig durch und interpretierten ihre Ergebnisse.

Im JuLab ist man vom Erfolg dieses Konzepts überzeugt. Deshalb soll bei einem weiteren Projekt über ein ganzes Schuljahr vier Stunden pro Woche nachgedacht, experimentiert und ausgewertet werden.

Informationen zum JuLab

Publikationen

Neue Ausgabe des Tablet-Magazins "Forschen in Jülich"

Mit dem Titelthema "Sicherheit fest im Blick" steht im Mittelpunkt der aktuellen Ausgabe des Tablet-Magazins die Jülicher Forschung zur Entsorgung radioaktiver Abfälle. Das Forschungszentrum Jülich sieht sich hier mit seiner Expertise zur Entsorgungsforschung in einer besonderen Verantwortung. Jülicher Experten analysieren das Verhalten des radioaktiven Abfalls unter verschiedenen Endlager-Bedingungen bis hinunter auf die Ebene der Atome und Moleküle und helfen so, die sicherste Lösung zu finden. Lesen Sie außerdem, was Gehirnforscher mit Supermärkten zu tun haben und warum Zellen so gerne auf Tuchfühlung gehen.

Die App mit der aktuellen Ausgabe "Sicherheit fest im Blick" kann im App Store (iOS/iPad) und im Google Play Store (Android/Tablets) heruntergeladen werden.

Für iPad
Für Android-Tablets

Exascale-Newsletters mit Nachrichten zum Supercomputing

Die aktuelle Ausgabe des Exascale-Newsletters widmet sich dem beeindruckenden Farbenspiel der Paradiesvögel: Einem Forscherteam gelang es, die komplexen optischen Eigenschaften seines Federkleids am Computer zu simulieren. Weitere Themen sind die Jülicher Beteiligung an der OpenPOWER Foundation sowie eine Ausstellung an Bord der "MS Wissenschaft". Experten des Jülich Supercomputing Centre zeigen auf dem umgebauten Binnenfrachtschiff, wie Computersimulationen dazu beitragen können, gefährliche Situationen bei Großveranstaltungen zu vermeiden.

Den Exascale-Newsletter gibt es als Web-App für Desktop-PCs und mobile Endgeräte. Auf der Website des Forschungszentrums kann der Newsletter als PDF-Dokument heruntergeladen oder als gedruckte Version bestellt werden.

Web-App
Website des Forschungszentrums

Aktuelle Termine

Auf Seite http://www.fz-juelich.de/termine finden Sie aktuelle Konferenzen und Veranstaltungen im und mit dem Forschungs-zentrum Jülich, unter anderem:

Tag der Architektur im Forschungszentrum

29. Juni, Forschungszentrum Jülich
Das Forschungszentrum Jülich öffnet auch in diesem Jahr am Tag der Architektur seine Tore und lädt auf den Campus ein. Am Sonntag, 29. Juni, werden von 10 bis 18 Uhr die Helmholtz Nanoelectronic Facility, die Erweiterung des Schülerlabors JuLab sowie der modulare Neubau von Büros und Laboren für das Institute of Complex Systems/Institut für Energie- und Klimaforschung präsentiert. Doch Besucherinnen und Besucher haben nicht nur die Möglichkeit, die Gebäude zu besichtigen: Sie können sich dort auch im direkten Gespräch mit den Planern und Fachleuten austauschen. Kinder werden im Gebäude des Geschäftsbereichs Planen und Bauen betreut. Busrundfahrten um 11.30 und 14.30 Uhr mit zusätzlichen Erläuterungen zu Gebäuden und Einrichtungen des Forschungszentrums runden das Programm ab.

Um eine Anmeldung bis Samstag, 28. Juni, wird gebeten.
Weitere Informationen zu den Gebäuden, zum Programm und zur Anmeldung (Konferenz-Website)

Pressekontakt zu den Kurznachrichten: Erhard Zeiss, Tel. 02461 61-1841, e.zeiss@fz-juelich.de


Servicemenü

Homepage