{"id":4993,"date":"2023-08-25T17:34:24","date_gmt":"2023-08-25T17:34:24","guid":{"rendered":"https:\/\/kernd.de\/?page_id=4993"},"modified":"2024-10-30T00:38:03","modified_gmt":"2024-10-30T00:38:03","slug":"forschung-und-lehrstuehle","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/kernd.de\/de\/forschung-und-lehrstuehle\/","title":{"rendered":"Zukunftssichere Ausbildung f\u00fcr Nukleartechnologie und Strahlenschutz"},"content":{"rendered":"\t\t
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Kerntechnische Lehrst\u00fchle in Deutschland: Zukunftssichere Ausbildung f\u00fcr Nukleartechnologie und Strahlenschutz<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t
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Kerntechnische Lehrst\u00fchle und Forschungseinrichtungen leisten einen essenziellen Beitrag zum Erhalt und zur Weiterentwicklung von Wissen und F\u00e4higkeiten im Bereich der Nukleartechnologie und dem Strahlenschutz. Sie bilden die Fachkr\u00e4fte aus, die auch in Zukunft in der Lage sind, sichere und innovative L\u00f6sungen f\u00fcr den Betrieb, R\u00fcckbau und die Entsorgung kerntechnischer Anlagen bereitzustellen.<\/p>

In einer Zeit, in der Fragen der Energiesicherheit, Klimaschutz und technologischem Fortschritt eng miteinander verbunden sind, bleibt die Kerntechnik ein wichtiges Standbein in der wissenschaftlichen Landschaft. Der Erhalt dieser Lehrst\u00fchle ist daher unverzichtbar, um die hohen Sicherheitsstandards sowie die technische und wissenschaftliche Expertise in Deutschland langfristig zu sichern. Gerade in einem Umfeld, in dem die Forschung zunehmend international vernetzt ist, sorgen die deutschen kerntechnischen Lehrst\u00fchle daf\u00fcr, dass die n\u00e4chste Generation von Fachleuten bereit ist, verantwortungsvolle L\u00f6sungen zu entwickeln und auf die Herausforderungen einer sich wandelnden Energielandschaft vorbereitet ist.<\/p>

Diese Plattform informiert \u00fcber aktuelle Lehrangebote die Studierenden, Wissenschaftlern und der Industrie zukunftsweisende M\u00f6glichkeiten er\u00f6ffnen und den Kompetenzerhalt im Bereich der Kerntechnik in Deutschland sicherstellen.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

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Universit\u00e4t Stuttgart \u2013 Institut f\u00fcr Kernenergetik und Energiesysteme (IKE)<\/strong><\/p>

Kompetenzerwerb und Kompetenzentwicklung der Studierenden und Promovierenden ist das Leitbild der Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Instituts f\u00fcr Kernenergetik und Energiesysteme (IKE) der Universit\u00e4t Stuttgart. In einem Mix aus klassischer Kernenergietechnik, Reaktorsicherheitsforschung und innovativen Methoden wird den Zuh\u00f6rern die \u201eFaszination Kerntechnik\u201c n\u00e4hergebracht.<\/p>

Ausgangslage f\u00fcr die Kerntechnik in Deutschland<\/strong><\/p>

\u201eBrauchen wir noch kerntechnische Lehrst\u00fchle und Forschungsarbeiten zur Reaktorsicherheit? Hat sich das nicht mit dem Abschalten der letzten Leistungsreaktoren erledigt? Diese Fragen bekomme ich gerade wieder h\u00e4ufiger gestellt\u201c, erkl\u00e4rt Prof. J\u00f6rg Starflinger, gesch\u00e4ftsf\u00fchrender Direktor des Instituts f\u00fcr Kernenergetik und Energiesysteme der Universit\u00e4t Stuttgart. \u201eUnd meine Antwort ist immer: Ja, sicher brauchen wir das!“ Der Hintergrund f\u00fcr diese Einsch\u00e4tzung ist der Fachkr\u00e4ftemangel, der auch im akademischen Bereich deutlich sp\u00fcrbar ist. Die Studierendenzahlen im Bereich der Ingenieurwissenschaften an der Uni Stuttgart gehen deutlich zur\u00fcck. Dabei wird eine kontinuierliche Anzahl an Absolventen gebraucht, um freiwerdende Stellen in der kerntechnischen Industrie zu besetzen. Stilllegung und R\u00fcckbau werden sicher noch 30 Jahre lang wichtige Themen sein. Strategisch gesehen ist ein tragf\u00e4higes nationales Konzept f\u00fcr die Weiterentwicklung von Kompetenzen in der Kerntechnik f\u00fcr die Beurteilung der Entwicklung von Neuanlagen in unseren Europ\u00e4ischen Nachbarl\u00e4ndern erforderlich. Langfristig gilt es, bis zum Verschluss eines Endlagers, relevantes Know-how, das nicht einfach in Datenbanken speicherbar ist, weiterzuf\u00fchren und st\u00e4ndig dem aktuellen, internationalen Stand von Forschung und Wissenschaft entsprechend weiterzuentwickeln. Gerade letzteres ist eine gesellschaftliche, generationen\u00fcbergreifende Aufgabe, welche von allen wichtigen Akteuren gemeinsam gemeistert werden muss. Auch daf\u00fcr brauchen wir eine kontinuierliche Ausbildung und Entwicklung zuk\u00fcnftiger Know-how Tr\u00e4ger unter Einbeziehung von Forschung und Entwicklung, Industrie, Gutachterorganisationen und Aufsichtsbeh\u00f6rden. Das IKE steht f\u00fcr diese wichtige gesellschaftliche Aufgabe zur Verf\u00fcgung.<\/p>

Kerntechnische Lehre<\/strong><\/p>

Die Lehre besteht aus den Grundlagen der Kerntechnik und weiteren Spezialisierungen. Neben den Vorlesungen Kerntechnische Anlagen zur Energieerzeugung<\/strong>, in der der Aufbau und die Funktion von Kernkraftwerken (inkl. Gen III+, Gen IV, SMR und MMR-Anlagen) erl\u00e4utert werden, k\u00f6nnen Studierende ihre Kenntnisse in den Vorlesungen Reaktorphysik und -sicherheit<\/strong>, Modellierung kerntechnischer Anlagen<\/strong> und Strahlenschutz<\/strong> vertiefen. In Probabilistik- und Monte-Carlo-Methoden<\/strong> werden Studierende mit aktuellen Methoden zu Sensitivit\u00e4ts- und Unsicherheitsanalysen vertraut gemacht, wie sie beispielsweise im GRS-Code SUSA eingesetzt werden. Diese Vorlesung besuchen interessanterweise viele Studierende der Luft und Raumfahrttechnik der Universit\u00e4t Stuttgart, die dies als wertvolle Erg\u00e4nzung ihres Curriculums verstehen.<\/p>

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Praktikum am SUR-100 der Universit\u00e4t Stuttgart. Foto: Nelson Rincon, IKE<\/p><\/div>

Neu hinzugekommen ist die\u00a0Vorlesung Nuclear Waste<\/strong>, f\u00fcr den englischsprachigen Studiengang WASTE und als Angebot f\u00fcr die Studierenden der Umweltschutztechnik. Weiterhin ist eine deutschsprachige Vorlesung Nuklear Abf\u00e4lle \u2013 wohin damit?<\/strong> f\u00fcr Nicht-MINT-Studierende im letzten Wintersemester erstmalig angeboten worden. Studierende der F\u00e4cher Geschichte und Architektur waren die ersten Teilnehmer dieser Vorlesung, die ausgebaut werden wird und ggf. im \u201eStudium Generale\u201c wissenschaftlich interessierte Personen au\u00dferhalb der Universit\u00e4t \u00fcber radioaktive Abf\u00e4lle, Entsorgungs- und Endlagerkonzepte informieren soll.<\/p>

Als Lehrexport vermittelt das IKE Studierenden der Biomedizinischen Technik der Unis T\u00fcbingen und Stuttgart Kenntnisse \u00fcber Radioaktivit\u00e4t und Strahlenschutz<\/strong> sowie Grundlagen der medizinischen Strahlentechnik<\/strong>. Die letztgenannte Vorlesung dient als Einstieg zur Vorlesung \u201eGrundlagen der Therapie mit ionisierender Strahlung\u201c, die vom Medizinphysiker des Robert-Bosch-Krankenhauses und des Marienhospitals Stuttgart durchgef\u00fchrt wird.<\/p>

Praktika am Siemens Unterrichtsreaktor (SUR-100)<\/strong><\/p>

Zu allen Studieng\u00e4ngen geh\u00f6ren Praktika. Das IKE bietet mit seinem Siemens Unterrichtsreaktor (SUR-100), einem Nullleistungsreaktor mit 100\u00a0mW Nennleistung am Standort Stuttgart, praktische Experimente an einem Kernreaktor an. Beispielsweise kann der Neutronenflussverlauf im SUR an der Tafel hergeleitet, oder eben am Reaktor direkt gemessen werden. Eine solche Experimentiereinrichtung ist die ideale Erg\u00e4nzung zum Tafelanschrieb und unterst\u00fctzt somit den Lernerfolg. Weiterhin k\u00f6nnen Aktivierungsversuche durchgef\u00fchrt und beispielsweise Halbwertzeiten bestimmt werden. Mit dem vorhandenen Gamma-Spektrometer k\u00f6nnen nach Aktivierung im SUR-100 Inhaltsstoffe von Substanzen identifiziert werden. So entdecken Studierende immer wieder in den Integrierten Schaltkreisen der 80er Jahre neben Silizium, Kupfer sowie Gold und Silber. Ein aktuelles Projekt ist ein Versuchsaufbau zur Herstellung von Technetium 99 aus Molybd\u00e4n 98. Den Studierenden der Medizintechnik soll ein Weg der Herstellung dieses wichtigen Radiopharmakons praktisch erl\u00e4utert werden. Der Lernerfolg mit diesen praktischen Versuchen ist viel gr\u00f6\u00dfer als nur mit Theorie.<\/p>

Innovative Forschungsthemen<\/strong><\/p>

Nach dem Humboldt\u2019schen Bildungsideal sind Lehre und Forschung an einer Universit\u00e4t untrennbar miteinander verbunden. Diesem Ideal folgend werden am IKE Forschungsarbeiten zu sehr aktuellen Themen durchgef\u00fchrt, von denen hier nur zwei Beispiele genannt werden sollten: Passive W\u00e4rmeabfuhr und K\u00fcnstliche Intelligenz<\/strong>. Alle Themen werden in der Regel von Promovierenden bearbeitet, die durch die Arbeit an den wissenschaftlichen Themen ihre Kenntnisse und F\u00e4higkeiten aufbauen bzw. verbessern. Dadurch werden sie sehr interessant f\u00fcr den Arbeitsmarkt, leider oftmals auch au\u00dferhalb der Kerntechnik. Die Projektf\u00f6rderung erfolgt durch die Bundesministerien und durch die EU, nicht durch Industrieauftr\u00e4ge.<\/p>

Passive Nachw\u00e4rmeabfuhr<\/strong> ist durch den Unfall in Fukushima in den Fokus der Reaktorsicherheitsforschung ger\u00fcckt. Hierbei stellt sich die Frage, wie die Nachw\u00e4rme bei Ausfall der Not- und Nachk\u00fchlkette und einer zerst\u00f6rten Infrastruktur (kein Zugang f\u00fcr externe Ma\u00dfnahmen) abgef\u00fchrt werden kann. Ein von der EU gef\u00f6rdertes Projekt bewertet den m\u00f6glichen Einsatz eines autarken, selbst-startenden, sehr kompakten, nachr\u00fcstbaren Nachw\u00e4rmeabfuhrsystems mit \u00fcberkritischem Kohlenstoffdioxid als Arbeitsmittel (sCO2-4-NPP). F\u00fcr einen generischen KONVOI konnte gezeigt werden, dass 4 solcher Kreisl\u00e4ufe die Nachzerfallsw\u00e4rme verl\u00e4sslich abf\u00fchren k\u00f6nnen. Ein weiteres Projekt ist die passive K\u00fchlung von Nasslagern mittels Heat Pipes (PALAWERO 2, BMWi (heute BMUV), F\u00f6rderkennzeichen: FKZ 1501515). Die im Heat Pipe vorhandene Fl\u00fcssigkeit verdampft in der Verdampfungszone und transportiert die W\u00e4rme zur Kondensationszone, meist am oberen Ende der Heat Pipes um Auftriebskr\u00e4fte bei der Verdampfung zu nutzen. Die W\u00e4rme wird beispielsweise an die Umgebungsluft abgegeben, was die Abh\u00e4ngigkeit der Wasserbevorratung verringert. Sog. Loop-Heat Pipes k\u00f6nnen auch zur sicheren passiven Nachw\u00e4rmeabfuhr bei neuen SMR-Designs dienen (siehe EU Projekt PASTELS). Mehr Beispiele finden sich auf der IKE-Website: www.ike.uni-stuttgart.de\/forschung\/forschungsprojekte<\/a><\/p>

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K\u00fcnstliche Intelligenz (KI)<\/strong> ist ein weiteres Zukunftsthema in der Kerntechnik. Hierbei geht es weniger um die Formulierung von Texten, sondern darum, wie eine KI dahingehend trainiert werden kann, dass hoch-komplexe, rechenzeitintensive Simulationsvorg\u00e4nge, wie beispielsweise die sp\u00e4te St\u00f6rfallphase, mit vern\u00fcnftigem Ressourcenaufwand durchgef\u00fchrt werden k\u00f6nnen. Nicht allen steht ein Gro\u00dfrechner zur Verf\u00fcgung. Dazu haben sich neben dem IKE das Institute f\u00fcr parallele und Verteilte Systeme der Uni Stuttgart und die Arbeitsgruppe Plant Simulation and Safety der Ruhr Universit\u00e4t Bochum zusammengeschlossen, um aus einer sehr umfangreichen Datenbasis, die beide kerntechnische Institute besitzen, mit Hilfe von KIs rechenzeitg\u00fcnstige, aber durch die Datenmenge hinsichtlich der G\u00fcltigkeit abgesicherte Modelle (sog. Surrogatmodelle) abzuleiten, die dann in thermohydraulischen Systemcodes, wie ATHLET der GRS, verwendet werden k\u00f6nnen. Das Projekt wird vom BMBF gef\u00f6rdert (FKZ: 02NUK078). Auch hier steht neben dem wissenschaftlichen Ziel die Kompetenzentwicklung von Promovierenden, die von engagierten Studierenden unterst\u00fctzt werden, im Vordergrund.<\/p>

Zukunft in Forschung und Lehre? <\/strong><\/p>

Man stelle sich folgende Frage: Vor dem Hintergrund, dass es vielleicht erst ab 2079 oder sogar noch deutlich sp\u00e4ter ein Endlager f\u00fcr w\u00e4rmeentwickelnde Abf\u00e4lle geben k\u00f6nnte (siehe atw 03\/2023), wer macht 2050 eigentlich noch eine Kritikalit\u00e4tsanalyse nach (dann) aktuellem Stand von Wissenschaft und Technik f\u00fcr die Brennelemente in den CASTOR\u00a9-Beh\u00e4ltern? Wissen kann man nicht speichern. Man speichert Daten und Informationen. Wissen generiert man aus dem st\u00e4ndigen Arbeiten mit Daten und Fakten. Erfahrungen (Know-how) sammelt man aus richtig und besser sogar aus falsch angewendetem Wissen.<\/p>

Wissen generieren wir durch Projekte, seien es nationale oder internationale. Wissen gibt man an Universit\u00e4ten und Hochschulen weiter in dem wir Studierenden beibringen, wissenschaftlich sauber mit Fakten und Daten zu arbeiten. Wer soll das machen, wenn die Gefahr besteht, dass die Universit\u00e4ten in Gefolgschaft gegen\u00fcber politischen Erwartungshaltungen ihre kerntechnischen Institute schlie\u00dfen? Die sehr guten, strategischen Nachwuchsprogramme des BMBF und BMWi (nun BMUV) mit ihren zielgerichteten F\u00f6rderungen von Nachwuchsgruppen werden dann ins Leere laufen. Die Frage der \u201eLehre und Lehrenden 2030\u201c muss jetzt, unter Einbeziehung des Bundes und der L\u00e4nder, gekl\u00e4rt werden. Vielleicht ist es sogar Zeit f\u00fcr eine \u201ekerntechnische Akademie\u201c?<\/p>

Universit\u00e4t Stuttgart<\/strong><\/span>
Campus Vaihingen
Pfaffenwaldring
70569 Stuttgart<\/p>

www.ike.uni-stuttgart.de<\/a><\/p>

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Prof. Dr.-Ing. J\u00f6rg Starflinger<\/a>
<\/strong><\/span>Gesch\u00e4ftsf\u00fchrender Direktor<\/span>
Institut f\u00fcr Kernenergetik und Energiesysteme<\/span><\/p>

+49 711 685 62138
<\/span>institut@ike.uni-stuttgart.de<\/a><\/span><\/p>

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Technische Universit\u00e4t M\u00fcnchen – TUM Center for Nuclear Safety and Innovation (TUM.CNSI)<\/strong><\/p>

\u00a0<\/strong>Das Motto von TUM.CNSI \u201cKompetenzerhalt durch Forschung\u201c fasst unsere Mission und Motivation in drei Worten zusammen. Wir sind davon \u00fcberzeugt, dass die Kerntechnik mehr ist als eine Br\u00fcckentechnologie, bereits heute L\u00f6sungen f\u00fcr existenzielle Probleme liefert und einen entscheidenden Beitrag dazu leisten wird, dass wir die Herausforderungen der kommenden Jahrzehnte erfolgreich meistern werden. Dies ist allerdings nur dann m\u00f6glich, wenn die aktuell durchaus vorhandenen offenen Fragestellungen durch motivierte Forschungsprojekte angegangen werden. Wir sind \u00fcberzeugt, dass Universit\u00e4ten daf\u00fcr die idealen Institutionen sind. Insbesondere bei der dringend gebotenen Dekarbonisierung ist die Kerntechnik nahezu unersetzlich, gleiches gilt f\u00fcr die Entwicklung modernster Medikamente f\u00fcr die Krebsdiagnostik und \u2013therapie. Die aktive Forschung einerseits sowie die Vermittlung der notwendigen Expertise an motivierte Studierende und junge Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler andererseits stellt seit seiner Gr\u00fcndung 2021 einen der wesentlichen Eckpfeiler von TUM.CNSI dar.\u00a0<\/strong><\/p>

Die Kernenergie – eine Bestandsaufnahme\u00a0<\/strong><\/p>

Trotz des vollzogenen Ausstieges aus der Nutzung der Kernenergie zur gewerblichen Erzeugung von Elektrizit\u00e4t in Deutschland wird die Kerntechnik aufgrund ihres breiten Anwendungsspektrums auch zuk\u00fcnftig eine wesentliche Rolle am Wissenschafts- und Forschungsstandort Deutschland spielen. Sie findet Anwendung in zahlreichen Bereichen, wie z.\u00a0B. der Werkstoffpr\u00fcfung, der Grundlagenforschung und der Herstellung von Radiopharmazeutika. So \u00fcbernehmen wenige Forschungsreaktoren und radiochemische Einrichtungen eine tragende Rolle bei der weltweiten Versorgung mit Radiopharmaka wie z.\u00a0B. Technetium-99m. Kerntechnisches Wissen ist ebenfalls grundlegend f\u00fcr Strahlenforschung und Strahlenschutz. Auch werden Stilllegung und R\u00fcckbau der bestehenden nuklearen Anlagen in Deutschland sowie die Suche, Qualifizierung und Inbetriebnahme von Endlagern f\u00fcr radioaktive Abf\u00e4lle noch \u00fcber Jahrzehnte andauern. Gleichzeitig beurteilt die \u00fcberwiegende Mehrheit der europ\u00e4ischen und internationalen Industriegesellschaften die Kernenergie, insbesondere im Hinblick auf ihren positiven Beitrag zu Klima- und Umweltschutz, wesentlich wohlwollender. So befinden sich derzeit weltweit 50 Kernreaktoren im Bau.\u00a0<\/p>

In der ersten H\u00e4lfte des 21. Jahrhunderts, und perspektivisch dar\u00fcber hinaus, werden daher weiterhin umfangreiches Fachwissen und Anwendungserfahrung im nuklearen Bereich in Deutschland erforderlich sein. Zus\u00e4tzlich liegt es im ureigenen Sicherheitsinteresse der Bundesrepublik, Expertise in der nuklearen Sicherheit zu besitzen, um diese international aktiv einbringen zu k\u00f6nnen. Diese Expertise bezieht sich dabei explizit nicht nur auf den Erhalt bereits erworbenen Wissens. Mit Hinblick auf die Entwicklung und Implementierung neuer Reaktorkonzepte im europ\u00e4ischen und au\u00dfereurop\u00e4ischen Ausland muss auch eigene Forschung betrieben werden, um international auf Augenh\u00f6he diskutieren und argumentieren zu k\u00f6nnen.<\/p>

Garchinger Reaktoren – vom nuklearen Anfang und Ausklang in Deutschland\u00a0\u00a0<\/strong><\/p>

W\u00e4hrend mit dem Forschungsreaktor M\u00fcnchen (FRM) 1957 das Reaktorzeitalter in Deutschland eingel\u00e4utet wurde, wird es voraussichtlich gegen Ende des 21. Jahrhunderts mit dem Abschalten der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) dort seinen Ausklang finden. Beide Reaktoren haben den Standort Garching nachhaltig gepr\u00e4gt und auch die kerntechnische Forschung und Lehre an der TUM ist historisch vor allem mit dem FRM II eng verwoben. Da bei diesem bereits von Beginn an eine Umstellung auf einen Brennstoff mit niedrigerer Anreicherung vorgesehen und politisch verankert war, wurde 2003 die Arbeitsgruppe Hochdichte Kernbrennstoffe \/ Reaktorphysik gegr\u00fcndet. Sie entwickelt den f\u00fcr die Umr\u00fcstung erforderlichen neuen Kernbrennstoff und realistische, theoretische Umr\u00fcstungsszenarien. Dazu betreibt sie seit 2013 ein deutschlandweit einzigartiges Kernbrennstofflabor zur Forschung und Entwicklung von neuen, hochdichten Kernbrennstoffen f\u00fcr Forschungsreaktoren. Als Ergebnis dieser langj\u00e4hrigen Bem\u00fchungen konnte 2022 gezeigt werden, dass mit einem neuartigen monolithischen Uran-Molybd\u00e4n Brennstoff sowie geometrischen \u00c4nderungen eine Umr\u00fcstung des FRM II auf ein niedrig-angereichertes Brennelement wissenschaftlich m\u00f6glich ist. Damit ist die Voraussetzung f\u00fcr einen langfristigen Weiterbetrieb der Garchinger Neutronenquelle geschaffen.<\/p>

B\u00fcndelung von Kompetenzen – Gr\u00fcndung von TUM.CNSI<\/strong><\/p>

Die TUM ist seit diesem Jahr die einzige Betreiberin eines Kernreaktors im Regelbetrieb mit einer nennenswerten thermischen Leistung und verf\u00fcgt dar\u00fcber hinaus mit der in unmittelbarer Nachbarschaft gelegenen Radiochemie M\u00fcnchen (RCM) und dem Lehrstuhl f\u00fcr Nukleartechnik \u00fcber ein f\u00fcr eine Universit\u00e4t deutschlandweit einzigartiges, kerntechnisches F\u00e4higkeitsportfolio. Somit war es naheliegend, die am Campus bereits bestehenden Kompetenzen unter einem gemeinsamen Namen zusammenzuf\u00fchren, sodass 2021 das TUM Center for Nuclear Safety and Innovation<\/strong> (TUM.CNSI) gegr\u00fcndet wurde. In diesem wird die an der TUM vorhandene Expertise in Themenkomplexen geb\u00fcndelt, sodass Forschungsprojekte interdisziplin\u00e4r behandelt werden k\u00f6nnen. Dazu z\u00e4hlen z.\u00a0B. die Entwicklung neuartiger Reaktorkonzepte, neue L\u00f6sungen f\u00fcr die Prozessierung und Entsorgung nuklearer Abf\u00e4lle sowie die Entwicklung neuer medizinischer Radioisotope.<\/p>

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Einzigartige Infrastruktur – Labore und Rechencluster<\/strong><\/p>

Ein wesentlicher Schwerpunkt von TUM.CNSI am FRM II liegt auf der angewandten Forschung, welche in verschiedenen Laboren durchgef\u00fchrt wird. Insbesondere die Erforschung von monolithischen Uran-Molybd\u00e4n-Brennstoffen (U-Mo) ist aktuell ein zentrales Forschungsthema, da nur diese die notwendige Urandichte besitzen, um den FRM\u00a0II auf low enriched uranium (LEU) umzur\u00fcsten. Das Kernbrennstofflabor verf\u00fcgt dazu \u00fcber mehrere Gloveboxen, in denen offen mit Uran in verschiedensten Formen umgegangen werden kann. Die Forschungsarbeiten geschehen in enger Zusammenarbeit mit nationalen und internationalen Partnern und obwohl insbesondere durch die Umr\u00fcstung des FRM II motiviert, ergeben sich auch andere potentielle Einsatzszenarien, so z.\u00a0B. f\u00fcr sogenannte Small Modular Reactors (SMRs). Weiterhin werden die experimentellen Kapazit\u00e4ten von TUM.CNSI kontinuierlich ausgebaut. So wurde das Kernbrennstofflabor durch eine Verdopplung der Grundfl\u00e4che deutlich ert\u00fcchtigt, zus\u00e4tzlich wurden die analytischen F\u00e4higkeiten unter anderem durch die Installation eines FIB-SEMs mit EDX- und EBSD-Detektoren signifikant verbessert. In Vorbereitung befindet sich derzeit ein Antrag, um die Genehmigung auf den Umgang mit Thorium zu erweitern, welches als Brennstoff f\u00fcr verschiedene alternative Reaktorkonzepte als Brennstoff Anwendung finden kann.<\/p>

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Das zweite, zentrale Standbein ist die theoretische Entwicklung neuer Reaktormodelle, wie z.\u00a0B. einen LEU-Kern f\u00fcr den FRM II. Hierbei kommen modernste Computerprogramme zur Anwendung, wie Serpent 2 f\u00fcr die Neutronik, Stromfaden und Computational Fluid Dynamics (CFD) Codes f\u00fcr die Thermo-Hydraulik sowie verschiedene Mechanik-Programme. Um die notwendigen Berechnungen anfertigen zu k\u00f6nnen und auch der Gruppengr\u00f6\u00dfe Rechnung zu tragen, stehen TUM.CNSI mehrere, eigene Computer-Cluster mit insgesamt 2900 CPUs, sowie ein GPU-Cluster zur Verf\u00fcgung. Auch hier werden die Kapazit\u00e4ten beider Systeme aktuell deutlich ausgebaut.<\/p>

Die Umr\u00fcstung des FRM II, aber auch neue Reaktorkonzepte profitieren von einer Qualifizierung von CFD-Programmen f\u00fcr kerntechnische Anwendungen. Der Goldstandard daf\u00fcr ist der Vergleich von theoretischen Berechnungen mit experimentellen Daten. Letztere sind f\u00fcr Hochleistungs-Forschungsreaktoren nur sehr sp\u00e4rlich verf\u00fcgbar, weshalb sich derzeit ein zweites Labor im Aufbau befindet, welches dem dezidierten Zweck der Validierung von Rechenmethoden dient. In diesem Labor wird ein neuer hydraulischer Teststand aufgebaut, in dem W\u00e4rme\u00fcbergangsph\u00e4nomene sowie Turbulenzmodelle unter Reaktorbedingungen untersucht werden k\u00f6nnen. Au\u00dferdem hat TUM.CNSI Zugriff auf das hydraulische Labor, den Forschungsreaktor und die hei\u00dfen Zellen der McMaster Universit\u00e4t in Hamilton, Kanada, und kann so das experimentelle Portfolio abrunden.<\/p>

Lehre und Forschung als Garant f\u00fcr Expertise<\/strong><\/p>

Wissens- und Kompetenzerhalt gelingt nur durch aktive Forschung und Ausbildung. Dazu leistet TUM.CNSI bzw. die einzelnen Partner seit Jahren einen signifikanten Beitrag an der TUM. Insbesondere die Vorlesungen, die von TUM.CNSI betreut werden, ziehen viele Studierende in die kerntechnische Forschung. Besondere Erfolgsgaranten sind die Vorlesungen Reaktorphysik I & II mit jeweils mehr als 50 Studierenden. Erg\u00e4nzt werden beide Vorlesungen durch die weiteren Veranstaltungen \u201eStrahlung und Strahlenschutz\u201c, \u201eEinf\u00fchrung in die Kernenergie\u201c, \u201eGrundlagen und thermohydraulische Analyse von Kraftwerken\u201c <\/strong>und \u201eGrundlagen der Nukleartechnik<\/strong>\u201c. Die vielf\u00e4ltigen Themenkomplexe, die im Rahmen der Umr\u00fcstung des FRM II bew\u00e4ltigt werden mussten und m\u00fcssen, macht diese zu einem der erfolgreichsten Programme f\u00fcr die kerntechnische Ausbildung in Deutschland. Durch die Vergabe von Abschlussarbeiten kann TUM.CNSI au\u00dferdem Studierenden auch langfristige und vor allem anwendungsbezogene Ausbildungsm\u00f6glichkeiten bieten. Die Studierenden profitieren hier zus\u00e4tzlich von der engen Zusammenarbeit mit Kanada und dessen aktivem, zivilen Nuklearprogramm. Durch den Austausch k\u00f6nnen Studierende z.\u00a0B. an der Entwicklung und dem Bau eines SMR oder an Bestrahlungsexperimenten mitwirken.<\/p>

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Zuk\u00fcnftige Herausforderungen: Finanzierung und Verteilung der F\u00f6rdermittel<\/strong><\/p>

Der sog. \u201eAtomausstieg\u201c stellt auch TUM.CNSI vor gro\u00dfe Herausforderungen. Insbesondere die Verringerung der zur Verf\u00fcgung stehenden F\u00f6rdermittel sowie deren ungleichm\u00e4\u00dfige Verteilung an die im kerntechnischen Bereich t\u00e4tigen Akteure wirft die Frage auf, ob die hervorragenden Bedingungen, welche die Forschung und die Lehre an der TUM in der Vergangenheit auszeichneten, auch f\u00fcr die Zukunft bewahrt werden k\u00f6nnen. Diese Frage ist durchaus existentieller Natur und erfordert beherztes und z\u00fcgiges Handeln aller Beteiligten. Aufgrund des vorhandenen R\u00fcckhalts sind wir jedoch optimistisch, dass sich eine nachhaltige Antwort finden wird und somit die kerntechnische Forschung und Entwicklung an der TUM nicht nur sichergestellt, sondern ausgebaut werden kann. Dank der am Garchinger Campus pr\u00e4senten Einrichtungen besitzt die TUM somit alle Voraussetzungen, ihre herausragende Stellung in der kerntechnischen Ausbildung in Deutschland auch in Zukunft zu halten.<\/p>

Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II)<\/span>
<\/strong>Technische Universit\u00e4t M\u00fcnchen
Lichtenbergstr. 1
85748 Garching<\/p>


www.frm2.tum.de\u00a0 |\u00a0\u00a0<\/a>www.mlz-garching.de<\/a><\/p>

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Dr. rer. nat. Tobias Chemnitz
<\/strong>tobias.chemnitz@tum.de<\/a><\/p>

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Dr. rer. nat. Christian Reiter
<\/strong>Christian.Reiter@frm2.tu-muenchen.de<\/a><\/p>

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Das Karlsruher Institut f\u00fcr Technologie (KIT)<\/strong><\/p>

Das Karlsruher Institut f\u00fcr Technologie (KIT) ist \u201eDie Forschungsuniversit\u00e4t in der Helmholtz-Gemeinschaft\u201c. Als einzige deutsche Exzellenzuniversit\u00e4t mit nationaler Gro\u00dfforschung bieten wir unseren Studierenden, Forschenden und Besch\u00e4ftigten einmalige Lern-, Lehr- und Arbeitsbedingungen. Die Wurzeln der universit\u00e4ren Bildungsst\u00e4tte reichen bis ins Jahr 1825 zur\u00fcck. Seine heutige Form erhielt das KIT, indem sich die Universit\u00e4t Karlsruhe (TH) und das Forschungszentrum Karlsruhe 2009 zusammenschlossen.<\/p>

Das Programm Nukleare Entsorgung, Sicherheit und Strahlenforschung (NUSAFE) am KIT <\/strong>ist Teil des Programms NUSAFE im Forschungsbereich Energie der Helmholtz-Gemeinschaft und steht f\u00fcr die gesellschaftliche Vorsorgeforschung zur nuklearen Sicherheit.<\/p>

Die Sicherheitsbewertung von Kernreaktoren<\/strong> sowie der Schutz der Bev\u00f6lkerung<\/strong> und unserer Umwelt vor Strahlenexpositionen sind strategische, langfristige Ziele der NUSAFE-Vorsorgeforschung \u2013 auch nach Beendigung der nuklearen Stromerzeugung in Deutschland. International hat die Kernenergie eine langfristige Perspektive: L\u00e4nder wie China, S\u00fcdkorea, Japan und die USA bauen neue Kernkraftwerke, und auch europ\u00e4ische Nachbarn wie z.\u00a0B. Frankreich und Finnland setzen weiterhin auf Kernenergie.<\/p>

Radioaktive Abf\u00e4lle verantwortungsbewusst zu entsorgen und in einem Endlager sicher zu verwahren, bleibt eine Herausforderung f\u00fcr sehr lange Zeit. Die Sicherheit eines Endlagersystems<\/strong> muss nach gesetzlicher Vorgabe f\u00fcr einen Zeitraum von einer Million Jahre nachgewiesen werden. Das Programm NUSAFE betreibt Forschung zur Endlagerung radioaktiver Abf\u00e4lle. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf grundlegenden Prozessen, die einen relevanten Einfluss auf die Langzeitsicherheit haben. Wir erforschen, wie sich radioaktiver Abfall im Laufe der Zeit ver\u00e4ndert und verh\u00e4lt und wie sogenannte Radionuklide \u2013 also radioaktive Elemente \u2013 sicher in Endlagern verwahrt werden k\u00f6nnen. Au\u00dferdem untersuchen wir, welche Schritte weiterhin erforderlich sind: Was muss beim R\u00fcckbau kerntechnischer Anlagen beachtet werden? Wie sollten problematische (Sonder-)Abfallarten behandelt werden? Welche zus\u00e4tzlichen Fragestellungen ergeben sich aus der absehbaren verl\u00e4ngerten Zwischenlagerung ausgedienter Brennelemente? Wie ist die Kernmaterial\u00fcberwachung zu organisieren?<\/p>

Um diese Fragen zu beantworten, betreiben wir einzigartige Laborinfrastrukturen<\/strong> und schaffen damit die notwendigen Voraussetzungen f\u00fcr exzellente nukleare Sicherheitsforschung. Wir widmen uns au\u00dferdem intensiv der Ausbildung und F\u00f6rderung des wissenschaftlichen und technischen Nachwuchses, <\/strong>der bei Beh\u00f6rden, in der Industrie und der Wissenschaft dringend ben\u00f6tigt wird.<\/p>

Im Folgenden werden die Vorlesungen, die am KIT in dem Bereich der nuklearen Sicherheitsforschung angeboten werden, kurz dargestellt.<\/p>

Das Institut f\u00fcr Neutronenphysik und Reaktortechnik<\/strong> (INR) versteht sich als\u00a0internationales Institut der Energieforschung. Innovation und Forschung umfassen Fusionstechnologie, Solarthermie, thermische Speicher, thermoelektrische Wandlungskonzepte und sicherheitstechnische Analysen kerntechnischer Anlagen vom Beschleuniger bis zu Kraftwerken.<\/p>

In dem Bereich Kerntechnik werden vom INR die folgenden Vorlesungen angeboten:<\/p>

Kernkraftwerkstechnik:<\/strong><\/p>

Ausbildungsziel der Lehrveranstaltung ist die Qualifizierung f\u00fcr eine forschungsnahe berufliche T\u00e4tigkeit in der Kernkraftwerkstechnik. Die Teilnehmenden k\u00f6nnen die wichtigsten Komponenten von Kernkraftwerken und deren Funktion beschreiben. Sie k\u00f6nnen eigenst\u00e4ndig und gestalterisch Kernkraftwerke auslegen oder modifizieren. Sie eignen sich ein breites Wissen in dieser Kraftwerkstechnik an, einschlie\u00dflich spezifischer Kenntnisse in der Kernauslegung, in der Auslegung des Prim\u00e4r- und Sekund\u00e4rsystems und in der nuklearen Sicherheitstechnik. Auf Grundlage der erlernten Thermodynamik und Neutronenphysik k\u00f6nnen sie das spezifische Verhalten der Kernkraftwerkskomponenten beschreiben und analysieren, sowie Risiken selbst beurteilen. Teilnehmende der Vorlesung verf\u00fcgen \u00fcber ein geschultes analytisches Denken und Urteilsverm\u00f6gen in der Konstruktion von Kernkraftwerken.<\/p>

In einem weiteren Vorlesungsmodul werden innovative nukleare Systeme behandelt:<\/strong><\/p>

Ziel der Vorlesung ist die Vermittlung des aktuellen Standes und der Entwicklungsrichtungen der Kerntechnik. Nukleare Systeme, die aus der heutigen Sicht gute Perspektiven haben, werden vorgestellt. Die wesentlichen Eigenschaften solcher Systeme und dazugeh\u00f6renden Herausforderungen werden dargestellt und diskutiert. Dazu geh\u00f6ren der aktuelle Stand und die Entwicklungstendenzen in der Kerntechnik sowie fortgeschrittene Konzepte des wassergek\u00fchlten Reaktors, schneller Reaktoren, die auch als Transmutationssysteme zur Behandlung nuklearer Abf\u00e4lle eingesetzt werden k\u00f6nnen, und Entwicklungsrichtungen des gasgek\u00fchlten Reaktors, sowie Fusionssysteme.<\/p>

In der Vorlesung Energiesysteme II werden die Grundlagen der Reaktorphysik<\/strong> vermittelt:<\/p>

Die Studierenden erwerben umfassende Kenntnisse in der Physik von Kernspaltungsreaktoren: Neutronenfluss, Wirkungsquerschnitte, Spaltung, Brutprozesse, Kettenreaktion, kritische Gr\u00f6\u00dfe eines Kernsystems, Moderation, Reaktordynamik, Transport- und Diffusionsgleichung f\u00fcr die Neutronenflussverteilung, Leistungsdichteverteilungen im Reaktor, Ein-, Zwei- und Mehrgruppen-Theorien f\u00fcr das Neutronenspektrum. Basierend auf den reaktorphysikalischen Kenntnissen k\u00f6nnen die Studierenden die F\u00e4higkeiten verschiedener Reaktortypen –\u00a0 Leicht \u2013 und Schwerwasserreaktoren, Kernkraftwerke der Generation IV – sowie ihre grundlegenden nuklearen Sicherheitskonzepte verstehen, vergleichen und bewerten. Die Studierenden sind f\u00fcr die Weiterbildung im Bereich Kernenergie und Sicherheitstechnik sowie f\u00fcr (auch forschungsnahe) berufliche T\u00e4tigkeiten in der Nuklearindustrie qualifiziert.<\/p>

In einer weiteren Vorlesung werden die Grundlagen der Reaktorsicherheit<\/strong> vermittelt:<\/p>

Die Vorlesung diskutiert die Grundprinzipien und Konzepte der Reaktorsicherheit einschlie\u00dflich der Methoden zur Sicherheitsbewertung und schwerer, Kern zerst\u00f6render Reaktorunf\u00e4lle.<\/p>

Ziel der Vorlesung ist es, die Grundlagen der Reaktorsicherheit zu vermitteln, welche zur Beurteilung der Sicherheit kerntechnischer Anlagen und der Bewertung von Reaktorunf\u00e4llen wie Tschernobyl und Fukushima ben\u00f6tigt werden. Ausgehend von der Erl\u00e4uterung der Hauptsysteme eines Kernkraftwerks werden die Sicherheitssysteme und -konzepte verschiedener Reaktortypen diskutiert. Die Entstehung und das Fortschreiten von Unf\u00e4llen und St\u00f6rf\u00e4llen sowie die Methoden zu deren Bewertung werden ausf\u00fchrlich dargelegt. Anschlie\u00dfend wird der Fukushima-Unfall analysiert, dessen radiologischen Folgen dargestellt und die Gegenma\u00dfnahmen zur Minimierung der Konsequenzen solcher Unf\u00e4lle andiskutiert werden. Abschlie\u00dfend werden neue Entwicklungen der Sicherheit von Reaktoren der Dritten und Vierten Generation vorgestellt.<\/p>

Das Institut f\u00fcr Angewandte Materialien (IAM)<\/strong> verfolgt einen interdisziplin\u00e4ren Ansatz in der Materialforschung, der die Vielfalt materialwissenschaftlicher Fragestellungen \u00fcber mehrere Skalen abdeckt. Mit nationalen und internationalen Partnern erforscht es Werkstoffe von ihrem atomaren Aufbau bis zu ihrer Funktion im Produkt und schl\u00e4gt dabei die Br\u00fccke von der Materialentwicklung \u00fcber die Prozesstechnologie bis zur Systemintegration. Das IAM verf\u00fcgt \u00fcber breite methodische Kompetenzen in den Bereichen Herstellung und Verarbeitung, Charakterisierung und Simulation. Das IAM gestaltet die Lehre im Studiengang Materialwissenschaft und Werkstofftechnik<\/a> und tr\u00e4gt die materialwissenschaftliche Ausbildung f\u00fcr weitere Studieng\u00e4nge der Ingenieur- und Naturwissenschaften.<\/p>

Am Institut f\u00fcr Angewandte Materialien – Angewandte Werkstoffphysik (IAM-AWP) <\/strong>wird \u00a0folgende Vorlesung angeboten, die auch einen starken Bezug zur nuklearen Sicherheit hat.<\/p>

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Werkstoffeinsatz bei hohen Temperaturen<\/strong><\/p>

Der Lehrinhalt umfasst die vielf\u00e4ltigen Anwendungsgebiete und Anforderungsprofile f\u00fcr Hochtemperaturwerkstoffe. Dazu werden die Grundlagen der Hochtemperaturoxidation und die Einfl\u00fcsse der Gasatmosph\u00e4re auf das Hochtemperaturkorrosionsverhalten vermittelt, sowie Schutzma\u00dfnahmen gegen \u00a0diese Korrosionsform aufgezeigt. Dar\u00fcber hinaus werden auch komplexe mechanische Belastungen bei hohen Temperaturen erl\u00e4utert. Des Weiteren werden die verschiedenen Hochtemperaturwerkstoffe behandelt: St\u00e4hle, Ni-Basislegierungen, Co-Basislegierungen, ODS- Legierungen, Refrakt\u00e4re Legierungen sowie Keramiken und Verbundwerkstoffe.<\/p>

Am Institute for Applied Materials – Mechanics of Materials and Interfaces (IAM-MMI)<\/strong> wird in einer weiteren Vorlesung, u. a. auch f\u00fcr die kerntechnische Ausbildung, die Auslegung hochbelasteter Bauteile behandelt.<\/p>

Der Inhalt der Vorlesung umfasst die Regeln g\u00e4ngiger Auslegungsvorschriften, klassische Stoffgesetze der Elasto-Plastizit\u00e4t und des Kriechens sowie Lebensdauerregeln f\u00fcr Kriechen, Erm\u00fcdung und Kriech-Erm\u00fcdungs-Wechselwirkung.<\/p>

Die Studierenden k\u00f6nnen die Regeln g\u00e4ngiger Auslegungsvorschriften f\u00fcr die Beurteilung von Bauteilen, die im Betrieb hohen thermo-mechanischen und\/oder Bestrahlungsbelastungen unterliegen, benennen. Sie verstehen, welche Stoffgesetze beim Stand der Technik sowie Stand der Forschung zur Absch\u00e4tzung der unter diesen Belastungen auftretenden Verformung und Sch\u00e4digung und zur Vorhersage der zu erwartenden Lebensdauer verwendet werden. Sie haben einen Einblick \u00fcber den Einsatz dieser in der Regel nichtlinearen Stoffgesetze in Finite-Elemente-Programmen und k\u00f6nnen die wesentlichen Punkte, die dabei zu beachten sind beurteilen.<\/p>

Das Institut f\u00fcr Nukleare Entsorgung (INE)<\/strong> befasst sich vorwiegend mit der Sicherheitsforschung zur Endlagerung radioaktiver Abfallstoffe mit den Schwerpunkten Endlagersysteme\/-komponenten, Radiochemie und Speziation von Radionukliden. Des Weiteren sind Arbeiten zum sicheren R\u00fcckbau kerntechnischer Anlagen sowie zur Geoenergie Teil des Forschungsportfolios.<\/p>

F\u00fcr Master-Studierende wurde ein Radiochemie-Modul eingerichtet, das aus Grundlagen- und weiterf\u00fchrenden Vorlesungen zur Radiochemie sowie Laborkursen besteht. Der Fokus der Vorlesung „Radiochemie I<\/a>“ und „Radiochemie II<\/a>“ liegt auf der grundlegenden und angewandten Radiochemie. Ziel der Vorlesung ist es, die Grundlagen der Radio- und Kernchemie zu vermitteln, um die Kenntnisse zur Radioaktivit\u00e4t hinsichtlich der zugeh\u00f6rigen Theorie und der Anwendung zu vertiefen.<\/p>

Erg\u00e4nzt wird diese Grundlagenvorlesung durch die Vorlesung zur „Chemie der f-Elemente<\/a>“ sowie durch die Vorlesung „Instrumental Analytics<\/a>„.<\/p>

Erg\u00e4nzend zu den Vorlesungen wird f\u00fcr die Studierenden im Radiochemie-Modul sowie f\u00fcr die Studierenden der Universit\u00e4t Heidelberg eine gemeinsames dreiw\u00f6chiges Blockpraktikum<\/a> im Fortbildungszentrum Technik und Umwelt sowie im Kontrollbereich des INE angeboten.<\/p>

Dar\u00fcber hinaus wird vom INE, gemeinsam mit dem INR, die Vorlesung: Ausgew\u00e4hlte Probleme der angewandten Reaktorphysik mit \u00dcbungen <\/strong>angeboten.<\/p>

Die folgenden Themen werden dabei f\u00fcr die Studierenden behandelt: Radioaktive Umwandlungen der Atomkerne, Kernprozesse, Kernspaltung und verz\u00f6gerte Neutronen, Grundbegriffe der Wirkungsquerschnitt, Grundprinzipien der Kettenreaktion, Statische Theorie des monoenergetischen Reaktors, Einf\u00fchrung in die Reaktorkinetik sowie ein Kernphysikalisches Praktikum.<\/p>

Die Abteilung \u201eR\u00fcckbau konventioneller und kerntechnischer Bauwerke<\/strong>\u201c des Instituts f\u00fcr Technologie und Management im Baubetrieb (TMB)<\/strong> befasst sich mit der Forschung und Entwicklung von R\u00fcckbautechnologien.<\/p>

Forschungsschwerpunkt des Instituts bildet das gesamte maschinentechnische Gebiet im Bauwesen und Baubetrieb. Durch die zus\u00e4tzliche Ber\u00fccksichtigung der Besonderheiten in der Kerntechnik wird das Know-How aller Sparten geb\u00fcndelt. Wissenschaftliche Tiefe und N\u00e4he zur Praxis geben sich hier synergetisch und komplement\u00e4r die Hand. F\u00fcr die interessierten Studierenden werden speziell in diesem Fachgebiet folgende Vorlesungsmodule angeboten:<\/p>