MTBF-Definition und -Berechnung

Die 1957 von John Bardeen, Leon Cooper und Robert Schrieffer entwickelte BCS-Theorie liefert eine mikroskopische Erklärung für die herkömmliche Supraleitung. Sie besagt, dass Elektronen unterhalb der kritischen Temperatur ([latex]T_c[/latex]) ihre elektrostatische Abstoßung überwinden und durch Wechselwirkungen mit dem Kristallgitter (Phononen) gebundene Paare, so genannte Cooper-Paare, bilden können. Diese Paare verhalten sich wie Bosonen und können zu einem einzigen makroskopischen Quantenzustand kondensieren.

Ein optischer Resonator, auch optischer Hohlraum genannt, ist eine Anordnung von Spiegeln, die einen stehenden Wellenhohlraum für Lichtwellen bildet. In einem Laser umschließt er das Verstärkungsmedium und sorgt für positive Rückkopplung. Das Licht der stimulierten Emission wird mehrfach reflektiert und durchläuft das Verstärkungsmedium mehrfach, was zu einer signifikanten Verstärkung und zur Bildung eines kohärenten Ausgangsstrahls führt.

Die Deborah-Zahl ist eine dimensionslose Größe in der Rheologie, die zur Charakterisierung der Fließfähigkeit von Materialien verwendet wird. Sie ist das Verhältnis der Relaxationszeit, die eine intrinsische Eigenschaft des Materials ist, zur charakteristischen Zeitskala des Experiments oder der Beobachtung. Die Formel lautet [latex]De = \frac{t_c}{t_p}[/latex], wobei [latex]t_c[/latex] die Relaxationszeit und [latex]t_p[/latex] die Beobachtungszeit ist.

Bei einem System aus in Reihe geschalteten Komponenten, bei dem jeder einzelne Ausfall zu einem Systemausfall führt, ist die Gesamtausfallrate die Summe der einzelnen Raten. Die MTBF des Systems ist der Kehrwert dieser Summe: [latex]MTBF_{system} = (\sum_{i=1}^{n} \lambda_i)^{-1} = (1/MTBF_1 + 1/MTBF_2 + ... + 1/MTBF_n)^{-1}[/latex]. Dies bedeutet, dass die MTBF des Systems immer kleiner ist als die MTBF der niedrigsten Einzelkomponente.

Bei dieser Methode werden hochenergetische Photonen aus einer Radioisotopenquelle, typischerweise Kobalt-60, zur Sterilisation von Produkten eingesetzt. Die Gammastrahlen durchdringen die Materialien, erzeugen freie Radikale und verursachen irreparable Schäden an der mikrobiellen DNA, was zum Zelltod führt. Es handelt sich um ein „kaltes“ Verfahren, das sich für hitzeempfindliche Produkte eignet und an Produkten durchgeführt werden kann, die sich bereits in ihrer endgültigen, versiegelten Verpackung befinden.

Der Memory-Effekt ist ein Phänomen, das vor allem bei NiCd-Akkus auftritt. Ein Akku, der nach nur teilweiser Entladung wiederholt wieder aufgeladen wird, „merkt“ sich diesen Teilkapazitätsstand. Bei nachfolgenden Entladeversuchen sinkt die Akkuspannung an diesem „gespeicherten“ Punkt stark ab, wodurch die verbleibende Kapazität unbrauchbar wird. Ursache sind Veränderungen in der Kristallstruktur der Elektroden, insbesondere das Wachstum großer Cadmiumkristalle.

Ein elektrischer Doppelschichtkondensator (EDLC) oder Superkondensator speichert Energie elektrostatisch durch Polarisation einer Elektrolytlösung. Im Gegensatz zu einer herkömmlichen Batterie finden dabei keine chemischen Reaktionen statt. Die Energie wird in der elektrischen Doppelschicht (Helmholtz-Doppelschicht) gespeichert, die sich an der Grenzfläche zwischen einer Elektrode mit großer Oberfläche und einem Elektrolyten bildet. Dies ermöglicht extrem schnelles Laden und Entladen sowie eine sehr lange Lebensdauer.

Typ-II-Supraleiter wurden 1957 von Alexei Abrikosov auf der Grundlage der Ginzburg-Landau-Theorie theoretisch vorhergesagt und zeichnen sich durch zwei kritische Magnetfelder aus, [latex]H_{c1}[/latex] und [latex]H_{c2}[/latex]. Zwischen diesen Feldern treten sie in einen gemischten oder "Wirbel"-Zustand ein, der ein teilweises Eindringen des Magnetfelds durch quantisierte Flussröhren, die Abrikosov-Wirbel, ermöglicht. Dadurch können sie in viel höheren Magnetfeldern supraleitend bleiben als Typ-I-Supraleiter.

Der grundlegende Baustein moderner digitaler Elektronik ist der Transistor, genauer gesagt der MOSFET (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor). Er funktioniert als elektronisch gesteuerter Schalter. Durch Anlegen einer Spannung an seinen Gate-Anschluss kann der Stromfluss zwischen seinen Source- und Drain-Anschlüssen ein- (entspricht einer „1“) oder ausgeschaltet (entspricht einer „0“) werden, was die Implementierung von Logikgattern ermöglicht.

Die Wiederholbarkeit bewertet die Präzision unter identischen Bedingungen, während die Reproduzierbarkeit die Präzision bei Änderungen einer oder mehrerer Bedingungen, wie z. B. Bediener, Instrument oder Standort, bewertet. Die Reproduzierbarkeitsvarianz ist immer größer oder gleich der Wiederholbarkeitsvarianz. Diese Unterscheidung ist entscheidend für das Verständnis der Messvariabilität, insbesondere bei Laborvergleichen, bei denen die Bedingungen grundsätzlich unterschiedlich sind.

Bei reparablen Systemen ist die mittlere Zeit zwischen zwei Ausfällen (MTBF) die Summe aus der mittleren Zeit bis zum Ausfall (MTTF) und der mittleren Zeit bis zur Reparatur (MTTR). Die Formel lautet [latex]MTBF = MTTF + MTTR[/latex]. MTTF steht für die durchschnittliche Betriebszeit vor einem Ausfall, während MTTR die durchschnittliche Zeit für die Reparatur des Systems angibt. Diese Unterscheidung ist entscheidend für das Verständnis der Systemverfügbarkeit.

In Reinräumen werden zwei primäre Luftströmungsprinzipien zur Kontaminationskontrolle eingesetzt. Die turbulente (oder ungerichtete) Strömung umfasst gemischte Luftströme und eignet sich für weniger strenge Klassen (ISO 6-9). Bei der laminaren (oder unidirektionalen) Strömung werden parallele Luftströme mit konstanter Geschwindigkeit verwendet, um Partikel aus der Umgebung zu entfernen, was für hochreine Anwendungen wie ISO 1-5 unerlässlich ist, um Kreuzkontaminationen zu verhindern und eine schnelle Partikelentfernung zu gewährleisten.

Elektrochemilumineszenz oder elektrogenerierte Chemilumineszenz (ECL) ist ein Prozess, bei dem Licht durch chemische Reaktionen an einer Elektrodenoberfläche erzeugt wird. Elektrochemisch erzeugte Spezies durchlaufen eine energiereiche Elektronentransferreaktion und bilden einen angeregten Zustand, der bei Entspannung Licht emittiert. Es kombiniert die analytischen Vorteile der Chemilumineszenz (geringer Hintergrund, hohe Empfindlichkeit) mit der präzisen Steuerung eines elektrochemischen Auslösers.