Die PTB – Oberste Instanz in allen Fragen des richtigen und zuverlässigen Messens

Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt – Das nationale Metrologieinstitut Deutschlands

 

„Tickt die Uhr noch richtig?“

Kein anderer Ort in Deutschland ist dazu mehr berechtigt, diese Frage mit „Ja“ zu beantworten, als die PTB in Braunschweig. Denn hier stehen die PTB-Atomuhren. Ja sie „tickt“ noch richtig und zwar auf eine 0,03 Milliardstel Sekunde am Tag genau.

 

Schwer vorzustellen?

Wenn die Atomuhr vor 100 Millionen Jahren, als die Kontinente Afrika und Südamerika sich gerade voneinander trennten, schon gestanden hätte, würde sie jetzt mit einer Unsicherheit von 1,3 Sekunden ticken. Im Vergleich: die sehr genauen Quarzarmbanduhren haben eine Unsicherheit von ein paar Sekunden im Monat.

Mit solch einer Zeitspanne beschäftigt man sich normalerweise nur in der Science-Fiction. Die PTB macht es möglich aus dieser Fiktion, Wirklichkeit zu schaffen. Sie ist die Wächterin der Zeit, Heimat von Atomuhren, dem Mol, Kilogramm-Prototypen, Elektronenbeschleunigern und in Sachen Messen, eine der führenden Anlaufstellen der Welt. Doch fangen wir erstmal klein an.

 

„Wohin?“

Als ich an meinem ersten Tag meines Bachelorpraktikums an der PTB in Braunschweig ankam, stand ich nicht nur metaphorisch (aber auch), erst einmal im Wald. Doch hilfsbereite Kollegen, Mitmenschen und Pförtner, die mir an meinem ersten Arbeitstag den Weg gezeigt haben, damit ich überhaupt das richtige Gebäude finde auf dem einen Quadratkilometer großem Gelände, erleichterten mir meinen Start in mein zwölf wöchiges Praktikum.
Ich war nun ein Teil einer 1900 (+1) Personen starken Großfamilie, welche alle am gleichen Strang ziehen, um den Aufgaben des nationalen Metrologieinstitutes der Bundesrepublik Deutschland gerecht zu werden. Da ich jetzt nicht jeden einzelnen mit Namen vorstellen kann, möchte ich doch wenigstens den Familienbaum darstellen.
Sie wurde vor 133 Jahren von unserem Gründungspräsidenten Hermann von Helmholtz und dem Erfinder und Industriellen Werner Siemens, damals noch unter dem Namen „Physikalisch-Technische Reichsanstalt“ (PTR), ins Leben gerufen. Zu den Kuratoriumsmitgliedern der Anfangsjahre zählen zahlreiche prominente Köpfe, darunter Max Planck und Albert Einstein.

Die bundesunmittelbare Anstalt des öffentlichen Rechts im Geschäftsbereich des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie hat ihren Hauptsitz in Brauschweig. Zu den weiteren Standorten zählen Berlin-Charlottenburg und Berlin-Adlershof. Die PTB besteht aus neun wissenschaftlich-technischen Abteilungen. Zwei davon, Abteilung 7 und 8 sind in Berlin ansässig. Die neun Abteilungen sind untergliedert in rund sechzig Fachbereiche mit über 200 Arbeitsgruppen. Deren Aufgabe ist die Bestimmung von Fundamental- und Naturkonstanten, die Darstellung, Bewahrung und Weitergabe der gesetzlichen Einheiten des SI, sowie Sicherheitstechnik, ergänzt um Dienstleistungen wie den Deutschen Kalibrierdienst und Messtechnik für den gesetzlich geregelten Bereich, die Industrie sowie des Technologie-Transfers. Als Basis für ihre Aufgaben betreibt die PTB in enger Kooperation mit Universitäten und anderen Forschungseinrichtungen Forschung für Industrie und Entwicklungen im Bereich der Metrologie.
Eine dieser Arbeitsgruppen, welche in der Abteilung 3 „Chemische Physik und Explosionsschutz“, im Fachbereich 3.4 „Analytische Chemie der Gasphase“ eingegliedert ist, heißt 3.42 „Spektrometrische Gasanalytik“. In diese habe ich mich für zwölf Wochen integriert und konnte mich an verschiedenen Aufgaben messen.

 

„Wie“, „Was?“

Da saß ich nun, in meinem eigenen Büro. Vor mir ein voll ausgestatteter PC-Arbeitsplatz, rechts ein Telefon und die Kaffeemaschine ein Raum weiter.

„Dit läuft doch schon mal“, dachte ich mir.

Mir wurde schon bei meinem Bewerbungsgespräch gesagt, dass ich hauptsächlich an dem Projekt „MesSBAR–Automatisierte luftgestützte Messung der Schadstoffbelastung in der erdnahen Atmosphäre in urbanen Räumen“ arbeiten werde. Dieses Projekt durfte ich dann auch meinen Kollegen beim ersten „AG-Meeting“ vorstellen. Die wöchentlichen AG-Meetings empfand ich als sehr angenehm, weil wir dort erfahren und berichtet haben, was die Aufgaben und Fortschritte aller Mitglieder der Arbeitsgruppe sind. Im Projekt MesSBAR wird ein mobiles und modulares Schadstoff-Messsystem entwickelt und im Umfeld von Autobahnen, Städten und Ballungsräumen eingesetzt, um die Verteilung von Feinstaub, Ruß, NOx und O3 bis in eine Höhe von einem Kilometer zu erfassen. Die Reinhaltung der Luft und die Begrenzung der Schadstoffbelastung sind ein wichtiger Bestandteil zur Sicherung der Lebensqualität. Die Verteilung der Schadstoffe in der Höhe kann bisher nur mit hohem logistischem und finanziellem Aufwand erfasst werden, spielt aber eine wichtige Rolle für den Transport und die Verteilung der Stoffe und damit auch für die Belastung von unser aller Lebensraum.

Die Arbeit der PTB im Projekt MesSBAR konzentriert sich vornehmlich auf die metrologische Rückführung von NO2- und Rußmessergebnissen. Meine Arbeitsgruppe beschäftigt sich dabei mit dem Thema NOx und die Schwestergruppe 3.43 „Aerosol- und Partikelmesstechnik“ mit Ruß. Mir wurde zu dem die Aufgabe eines Projektassistenten angeboten, die meiste Zeit arbeitete ich aber am Aufbau eines Labormessstandes zur metrologischen Charakterisierung von NOx-Sensoren und deren Rückführung auf NO2-Standards.
Ich habe mich immer gefordert gefühlt, musste neue Grenzen für mich ausloten und neue Wege beschreiten. Nicht nur der Wissenszuwachs durch das Recherchieren, auch der Kontakt zu externen Firmen oder Instituten zeigte mir, welche Möglichkeiten und Herausforderungen mit solch einem Projekt verbunden sind.

Bei der Bearbeitung des Projektes MesSBAR konnte ich an meine Erfahrungen aus dem Studium anknüpfen. Die Kenntnisse des wissenschaftlichen Arbeitens durch die zahlreichen Laborübungen während meines Studiums habe ich nutzen können, um meine Arbeitsaufgabe zu strukturieren und zu bewältigen. Die Recherche, die Strukturierung der gesammelten Ergebnisse und das eigenständige Erarbeiten einer wissenschaftlichen Lösung sind grundsätzlich nah an der Ausarbeitung eines Laborprotokolls angelehnt.

Die vier primären Atomuhren der PTB (Copyright PTB)
Im Projekt MesSBAR wird die Verteilung von Luftschadstoffen für die Verbesserung von Vorhersagen und die Überprüfung von Maßnahmen zur Schadstoffreduzierung ermittelt. MesSBAR ist ein Forschungsprojekt im Verbandprogramm mFUND des BMVi.