Το αντικείμενο της παρούσας εργασίας είναι η θεωρητική μελέτη κυμάτων ιονισμού που παράγονται κατά τη δημιουργία ηλεκτρικών εκκενώσεων ψυχρού πλάσματος. Μια πολύ χαρακτηριστική περίπτωση κύματος ιονισμού είναι ο streamer. Προκειμένου να μελετήσουμε τη συμπεριφορά του, αναπτύξαμε ένα δισδιάστατο αριθμητικό μοντέλο. Σε αυτό το υδροδυναμικό μοντέλο, επιλύθηκαν οι εξισώσεις συνεχείας για τα φορτισμένα σωματίδια της εκκένωσης καθώς και η εξίσωση Poisson για τον υπολογισμό του ηλεκτρικού πεδίου. Εξαιτίας των έντονων βαθμώσεων που εμφανίζονται κατά τη διάδοση του streamer χρησιμοποιήθηκαν εξειδικευμένες αριθμητικές τεχνικές. Το μοντέλο αναπτύχθηκε στα πλαίσια των πεπερασμένων στοιχείων χρησιμοποιώντας διορθωτές ροών για τη ακριβή περιγραφή των όρων μεταφοράς των υπερβολικών διαφορικών εξισώσεων συνέχειας. Το μοντέλο μας επιπλέον συγκρίθηκε και με ένα άλλο μοντέλο βασιζόμενο στους πεπερασμένους όγκους. Η συμφωνία που βρέθηκε μεταξύ των δυο μοντέλων ήταν πολύ καλή. Ακολούθως, με τη χρήση του προαναφερθέντος μοντέλου, μελετήσαμε το φαινόμενο του streamer, σε σχετικά μικρά (~1cm) μη ομογενή διάκενα. Διεξήχθησαν εξομοιώσεις τόσο στον αέρα όσο και στο άζωτο σε ατμοσφαιρική πίεση. Εξετάσθηκε η επίδραση της ακτίνας καμπυλότητας της ακίδας, η εφαρμοζόμενης τάσης και ο τύπος του αερίου στο κατά πόσο επηρεάζουν τη μορφολογία του streamer καθώς και τις ιδιότητες του κύματος ιονισμού γενικότερα. Τέλος μελετήθηκε και η αλληλεπίδραση του streamer με το υλικό της καθόδου. / The subject of this work is the theoretical study of the ionization waves that are produced and propagate at cold plasmas gas discharges. One of the most characteristic cases of ionization waves is the streamer and in this work it is investigated thoroughly. In order to elucidate the several physical mechanisms that related to the aforementioned phenomenon a two dimensional hydrodynamic numerical model is implemented. On this model the system of continuity equations for the charged species of the discharge (electrons, ions) coupled with the Poisson equation for the calculation of the electric field is solved numerically. Due to the shock character of the streamer special numerical techniques are adopted. The model is developed on the context of finite elements (FE) by using the flux corrected transport (FCT) algorithm for the accurately description of the transport part of continuity equations. Extended numerical tests are performed to validate correct implementation of FE-FCT. Moreover, our streamer model is also compared with an independent one, based on finite volumes (FV) framework, giving very similar results. By using the numerical model, streamer discharges at relative small, non uniform gaps (point to plane electrodes configuration) are studied. Simulations are performed in atmospheric pressure air and nitrogen. It is examined the influence of the radius of curvature of the tip, the level of applied voltage and the type of the gas, on the morphology of the streamer as well as on the properties of the ionization wave. Special attention is also drawn on the interaction of the streamer with the cathode electrode surface.

Ο ύπνος αποτελεί ένα από τα πιο μυστήρια φαινόμενα της ανθρώπινης ζωής. Η επεξεργασία και ανάλυση του εγκεφαλογραφήματος με τη χρήση υπολογιστικών μεθόδων και αλγορίθμων μπορεί να δώσει μεγάλη ώθηση στην διερεύνηση της εγκεφαλικής δραστηριότητας. Στην παρούσα εργασία υλοποιήθηκε ένα γραφικό εργαλείο για την ανίχνευση ρυθμών και κυμάτων που εμφανίζονται στο εγκεφαλογράφημα ύπνου. Το εργαλείο συνδέεται με το πρόγραμμα καταγραφής Neuroscan του εργαστηρίου Νευροφυσιολογίας της Ιατρικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Το περιβάλλον περιλαμβάνει αλγορίθμους για την αυτόματη ανάλυση του σήματος και την ανίχνευση επιλεγμένων κυμάτων και ρυθμών. Σκοπός του εργαλείου είναι η αποστολή ακουστικού ερεθισμού στην περίπτωση ανίχνευσης του επιλεγμένου κύματος ή ρυθμού. Το εργαλείο περιλαμβάνει γραφικό περιβάλλον για την εύκολη χρήση και παραμετροποίηση των διαθέσιμων επιλογών. Το πρόγραμμα αναπτύχθηκε εξ ολοκλήρου πρωτότυπα με γνώμονα την ταχύτητα ανίχνευσης και επεξεργασίας του ΗΕΓ. Τελικός στόχος του προγράμματος είναι η χρήση του σε πειράματα διερεύνησης της απαντητικότητας του εγκεφάλου σε ερεθισμούς που συμβαίνουν σε συγκεκριμένες χρονικές στιγμές μετά από την στιγμή ανίχνευσης επιλεγμένου κύματος ή ρυθμού. Με αυτό τον τρόπο μπορεί να εξερευνηθεί ο ρόλος διαφόρων καταστάσεων του εγκεφάλου (π.χ. αφυπνιστικός ή υπναγωγικός κατά τον ύπνο) χαρακτηριζόμενων από τα επιλεγόμενα ΗΕΓ κύματα και ρυθμούς. / One of the greatest human mysteries is the phenomenon of sleep. The use of computing methods and algorithms in the analysis and processing of electroencephalogram can boost the research of brain activity. The present work presents the graphical program that was developed and used at the Neurophysiology Unit of the University of Patras’ Medical School for the support of EEG studies. The program detects specific rythms and waves during the sleep EEG (online). The tool connects with the Neuroscan Systems that the lab uses for the sleep experiments. The program supports several algorithms for the automatic signal analysis and the specific rythms’ and waves’ detection. The target of the tool is to send sound stimulus in the case of rhythm or wave detection. The user-friendly graphical interface of the tool includes all the parameters for the experiments. The program was developed originally from scratch, aiming to make signal processing as fast as possible. The final goal of the program is to explore the nature of specific brain states i.e. in sleep, by probing brain reactivity at precise times after EEG signs characterizing this brain state.

Ο σκοπός αυτής της εργασίας είναι να προωθηθεί ένας οδηγός σχετικά με τις κατασκευαστικές προδιαγραφές και την απόδοση των ηλεκτρομαγνητικών ανηχοικών θαλάμων και των εσωτερικών εγκαταστάσεων δοκιμής. Εντούτοις, απαιτείται κάποια γνώση ηλεκτρομαγνητικών μετρήσεων, για να εξασφαλιστεί ότι όλοι οι εφαρμόσιμοι κατασκευαστικοί παράγοντες, έχουν εφαρμοστεί στις καταστάσεις που θα ζητηθούν. Η μέτρηση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων περιλαμβάνει μεγάλο αριθμό ηλεκτρονικών συσκευών. Αυτές οι συσκευές μπορούν να ταξινομηθούν σε άμεσους ή σε έμμεσους εκπομπούς. Η μέτρηση των άμεσων εκπομπών (όπως οι κεραίες) ή η εκπομπή της ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας, όπως στη διατομή του ραντάρ, απαιτεί εξειδικευμένες εγκαταστάσεις. Ο καθορισμός του επιπέδου ακτινοβολίας από τους έμμεσους εκπομπούς όπως οι ψηφιακές συσκευές ή ο καθορισμός του επιπέδου «ευαισθησίας» που έχει μια ηλεκτρονική συσκευή, όσον αφορά ένα εισερχόμενο ηλεκτρομαγνητικό κύμα περιλαμβάνει επίσης τη μέτρηση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στις εγκαταστάσεις που σχεδιάζονται συγκεκριμένα για τη μέτρηση που πραγματοποιείται. Ηλεκτρομαγνητικό κύμα είναι το αποτέλεσμα από την επιτάχυνση των ηλεκτρικών φορτίων. Το ηλεκτρικό πεδίο λόγω μιας ανεπιθύμητης φόρτισης (σε κάποια δοκιμή ή στην ομοιόμορφη κίνηση σε μια ευθεία γραμμή) κατευθύνεται ακτινωτά και μειώνεται ως το τετράγωνο της απόστασης από τη φόρτιση. Εντούτοις, η επιτάχυνση της φόρτισης προκαλεί αύξηση του ηλεκτρικού πεδίου, και μειώνεται γραμμικά με την απόσταση. Στην πράξη, σχεδόν πάντα υπάρχει ενδιαφέρον για τα μακροσκοπικά αποτελέσματα. Στην μακροσκοπική κλίμακα, η αλληλεξάρτηση μεταξύ των ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων περιγράφεται από μαθηματική άποψη από τις εξισώσεις Maxwell [ 2 ..3 ]. Τα μαθηματικά των ηλεκτρομαγνητικών πεδίων και των σχετικών μέσων χρησιμοποιούν την διανυσματική ανάλυση. Η ανάλυση μπορεί να αναμιχθεί πολύ, σε πολλά προβλήματα, ειδικά εκείνα που περιλαμβάνουν τη διάδοση στα μη ισοτροπικά , μη-αμοιβαία, μη γραμμικά, ή ανομοιογενή μέσα. Αν και ορισμένα προβλήματα στις ηλεκτρομαγνητικές μετρήσεις μπορούν να απαιτήσουν την εφαρμογή πιο λεπτομερών μαθηματικών. Στους ανηχοικούς θαλάμους πραγματοποιούνται δύο ειδών δοκιμές, η δοκιμή ηλεκτρομαγνητικής παρεμβολής (EMI) και η δοκιμή ηλεκτρομαγνητικής συμβατότητας (EMC). Ηλεκτρομαγνητική παρεμβολή (EMI) είναι κάθε σήμα ή εκπομπή που ακτινοβολείται στον χώρο ή άγεται σε καλώδια τροφοδοσίας ή σημάτων και θέτει σε κίνδυνο τη λειτουργία συστημάτων ασύρματης πλοήγησης ή άλλες υπηρεσίες ασφαλείας ή υποβαθμίζει, παρεμποδίζει ή διακόπτει επανειλημμένα μια αδειοδοτημένη υπηρεσία ασύρματων επικοινωνιών. Στις υπηρεσίες ασυρμάτων επικοινωνιών περιλαμβάνονται, ενδεικτικά, οι εμπορικές εκπομπές AM/FM, η τηλεόραση, η κινητή τηλεφωνία, τα ραντάρ, ο έλεγχος εναέριας κυκλοφορίας, η τηλεειδοποίηση και οι Υπηρεσίες Προσωπικής Επικοινωνίας (Personal Communication Services ή PCS). Αυτές οι αδειοδοτημένες και οι μη αδειδοτημένες υπηρεσίες ασυρμάτων επικοινωνιών, όπως το WLAN ή το Bluetooth, μαζί με ακούσιους πομπούς όπως ψηφιακές συσκευές, συμπεριλαμβανομένων συστημάτων υπολογιστών, συμβάλλουν στο ηλεκτρομαγνητικό περιβάλλον. Η ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα (ΗΜΣ) είναι η δυνατότητα στοιχείων του ηλεκτρονικού εξοπλισμού να λειτουργούν ομαλά μαζί, μέσα σε ηλεκτρονικό περιβάλλον. Παρόλο που το συγκεκριμένο σύστημα υπολογιστή έχει σχεδιαστεί και έχει προσδιοριστεί ως συμβατό με τα όρια που καθορίζονται από το φορέα κανονισμών για ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές, δεν παρέχεται κανενός είδους εγγύηση ότι δεν θα υπάρξει παρεμβολή σε μία συγκεκριμένη εγκατάσταση. Τα προϊόντα της EMC Corporation είναι σχεδιασμένα, ελεγμένα και κατηγοριοποιημένα σύμφωνα με το συγκεκριμένο ηλεκτρομαγνητικό περιβάλλον χρήσης τους. Αυτές οι κατηγορίες ηλεκτρομαγνητικού περιβάλλοντος αναφέρονται γενικά στους ακόλουθους εναρμονισμένους ορισμούς: • Τα προϊόντα κατηγορίας B προορίζονται για χρήση σε οικιακά περιβάλλοντα, αλλά μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν σε μη οικιακά περιβάλλοντα. Σημείωση: Οικιακό περιβάλλον είναι ένα περιβάλλον όπου η χρήση πομπών ραδιοσυχνοτήτων και τηλεοπτικών δεκτών μπορεί να είναι αναμενόμενη σε απόσταση 10 m από το σημείο που χρησιμοποιείται το προϊόν. • Τα προϊόντα κατηγορίας A προορίζονται για χρήση σε μη οικιακά περιβάλλοντα. Τα προϊόντα κατηγορίας A μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν σε οικιακά περιβάλλοντα, αλλά ενδέχεται να προκαλέσουν παρεμβολές και να απαιτηθεί η λήψη διορθωτικών μέτρων από το χρήστη. Εάν αυτός ο εξοπλισμός προκαλέσει παρεμβολή σε υπηρεσίες ραδιοεπικοινωνιών, η οποία παρεμβολή διαπιστώνεται ενεργοποιώντας και απενεργοποιώντας τον εξοπλισμό, επιχειρήστε να διορθώσετε την παρεμβολή ενεργώντας ως εξής: • Επαναπροσανατολισμός της κεραίας λήψης. • Αλλαγή θέσης του υπολογιστή σε σχέση με το δέκτη. • Μετακίνηση του υπολογιστή μακριά από το δέκτη. • Σύνδεση του υπολογιστή σε διαφορετική πρίζα έτσι ώστε ο υπολογιστής και ο δέκτης να βρίσκονται σε διαφορετικά κυκλώματα. Εάν είναι απαραίτητο, επικοινωνήστε με έναν τεχνικό υποστήριξης της EMC Corporation ή κάποιο εξειδικευμένο τεχνικό ραδιοφώνων/τηλεοράσεων ή ειδικό ΗΜΣ για περαιτέρω υποδείξεις. Ο εξοπλισμός τεχνολογίας πληροφοριών (ITE) που περιλαμβάνει περιφερειακά όπως κάρτες επέκτασης, εκτυπωτές, συσκευές εισόδου/εξόδου (I/O), οθόνες κ.λπ., και οι οποίες είναι ενσωματωμένες μέσα στο σύστημα ή συνδεδεμένες σε αυτόν, πρέπει να συμμορφώνεται με την κατηγορία ηλεκτρομαγνητικού περιβάλλοντος του υπολογιστή. / The purpose of this paper is to provide a guide on the design and performance specification of electromagnetic anechoic chambers or indoor test facilities. However, some knowledge of electromagnetic measurements is required to ensure that all applicable design factors have been applied in any given design situation. The measurement of electromagnetic waves involves a large number of electronic devices. These devices can be categorized as intentional or unintentional radiators. Measurement of intentional radiators (such as antennas) or the scattering facilities. Determining the level of radiation from unintentional radiators such as digital devices or determining the level of immunity an electronic device has with respect to an impinging electromagnetic wave also involves the measurement of electromagnetic waves in testing facilities designed specifically for the measurement to be performed. Electromagnetic waves result from the acceleration of electric charges. The electric field due to an unaccelerated charge (one at rest or in uniform motion in a straight line) is radially directed and decreases as the square of the distance from the charge. However, the acceleration of the charge gives rise to a tangential component of the electric field, and this decreases linearly with distance. This time-varying electric field has associated with it a time varying magnetic field, together, they comprise an electromagnetic field. An electromagnetic field that decreases linearly with distance represents an outward radiation. In practice, one is almost always concerned with macroscopic effects resulting from acceleration of gross numbers of charges. On the macroscopic scale, the interrelationship between electric and magnetic fields is described mathematically by Maxwell’s equations. An additional set of equations called constitutive relationships specifies the characteristics of the medium in which the field exists. The mathematics of electromagnetic fields and the associated media makes use of vector and tensor analysis. The analysis can become very involved in many problems, especially those involving propagation in nonisotropic, nonreciprocal, nonlinear, or nonhomogeneous media. Although certain problems in electromagnetic measurements can require application of more detailed mathematics. In anechoic chambers, take place two types of tests, the electromagnetic interference test (EMI) and the electromagnetic compatibility testing (EMC). Electromagnetic interference (EMI) is any signal or emission radiated in space or is induced in cables or signals and threatening the operation of wireless navigation services or other security or degrade, obstruct or repeatedly interrupts a licensed radio communications service. In wireless communications services including, without limitation, commercial broadcasting AM / FM, TV, mobile telephony, radar, air traffic control, paging and personal communications services (Personal Communication Services or PCS). These licensed and non licensed wireless communications such as WLAN or Bluetooth, along with unintentional transmitters such as digital devices, including computer systems, contribute to the electromagnetic environment. The electromagnetic compatibility (EMC) is the potential components of electronic equipment to operate seamlessly together in an electronic environment. While this computer system has been designed and determined to be compatible with the limits set by the service regulations for electromagnetic interference, there is no guarantee that interference will not occur in a particular installation. Its products are EMC Corporation is designed, tested and categorized according to the specific electromagnetic environment of use. These types of electromagnetic environment generally refers to the following harmonized definitions: • Products category B for use in domestic environments, but can also be used in non-domestic environments. Note: the domestic environment is an environment where the use of RF transmitters and television receivers may be expected within 10 m from where the product is used. • Class A products are intended for use in non-domestic environments. Class A products can also be used in domestic environments, but it may cause interference and require remedial action by the user. If this equipment cause interference to radio services, which insert shows activating and disabling the equipment, try to correct the interference by acting as follows: • Reorient the receiving antenna. • Relocating the computer to the receiver. • Move the computer away from the receiver. • Connect the computer into a different outlet so that computer and receiver are on different circuits. If necessary, contact technical support EMC Corporation or any qualified radio / TV technician or special EMC for further instructions. Information technology equipment (ITE), including peripherals such as expansion cards, printers, input / output (I / O), monitors, etc., which are embedded in the system or connected to it, must comply with Category electromagnetic environment of the computer.

Μελετάται αριθμητικά η υδροδυναμική κυκλοφορία του Πατραϊκού κόλπου. Σκοπό αποτελεί η κατανόηση της τρισδιάστατης δομής της ροής που προκαλείται υπό διάφορες φυσικές φορτίσεις, δηλαδή τον άνεμο, την παλίρροια και τη στρωμάτωση. Η αριθμητική προσομοίωση γίνεται με τον τρισδιάστατο αριθμητικό κώδικας πεπερασμένων όγκων MIKE 3 FM (HD,TR). Η ανεμογενής κυκλοφορία, κατά τους χειμερινούς μήνες οπότε ο κόλπος σύμφωνα με μετρήσεις είναι ομογενής, παρουσιάζει στοιχεία ροής μεγάλης κλίμακας, με επιρροή από τη δύναμη Coriolis, ανάπτυξη στρώματος Ekman και ισχυρά ρεύματα επιστροφής, λίγα μέτρα κάτω από την ελεύθερη επιφάνεια. Ταυτόχρονα, σε περιοχές όπως η θέση του στενού Ρίου-Αντιρρίου η ροή συμπεριφέρεται περισσότερο ως υδραυλική ροή με ταπείνωση της ελεύθερης επιφάνειας και κατακόρυφο προφίλ ταχύτητας, όμοιο με της τυρβώδους ροής Couette. Στην οριζόντια διεύθυνση, η ροή παρουσιάζει έντονα παράκτια ρεύματα και κλίση της ελεύθερης επιφάνειας. Εκτιμάται ότι ο χρόνος ανανέωσης των υδάτων για τον κόλπο θα κυμαίνεται από ένα μήνα έως μία εβδομάδα, ανάλογα με την ένταση του ανέμου. Φαίνεται ότι στα βαθύτερα στρώματα του Πατραϊκού η ανεμογενής ροή δεν επιδρά σημαντικά στην ανανέωση των υδάτων, τα οποία παραμένουν εγκλωβισμένα και επανακυκλοφορούν μεταξύ των δύο εγκάρσιων ραχών που οριοθετούν την λεκάνη του. Τα παλιρροϊκά ρεύματα, τα οποία είναι σημαντικά στον Πατραϊκό, καθορίζουν την κυκλοφορία των υδάτων στο κύριο σώμα του κόλπου και στο στενό Ρίου-Αντιρρίου, ενώ η ανεμογενής ροή είναι καθοριστική κοντά στις ακτές. Η συνδυασμένη δράση ανέμου και παλίρροιας προκαλεί κυκλωνικούς και αντικυκλωνικούς στροβίλους, πλησίον των βορείων και νοτίων ακτών του Πατραϊκού, η φορά των οποίων υπαγορεύεται αποκλειστικά από τα ισχυρά ανεμογενή παράκτια ρεύματα. Η μελέτη της καλοκαιρινής κυκλοφορίας αναδεικνύει σημαντικές διαφορές, σε σύγκριση με την χειμερινή κυκλοφορία των υδάτων στον Πατραϊκό κόλπο. Τα ανεμογενή ρεύματα είναι αμελητέα από τη ζώνη του θερμοκλινούς και κάτω, για τη μέση ένταση ανέμου, ενώ η ένταση της τύρβης περιορίζεται στο επιλίμνιο. Την καλοκαιρινή περίοδο η δράση νοτιοδυτικού ανέμου συνδέεται με την παρουσία αναβλύσεων στις βορειοδυτικές ακτές του όρμου της Ναυπάκτου και στο μέτωπο της λιμνοθάλασσας του Μεσολογγίου. Αναβλύσεις εντοπίζονται και νοτιοδυτικά του Ρίου, μπροστά από την πόλη των Πατρών, για βορειοανατολικούς ανέμους. Στο στενό Ρίου-Αντιρρίου η δράση του ανέμου, αλλά και η παλίρροια οδηγούν στη γένεση εσωτερικών κυμάτων τα οποία προκαλούν κατακόρυφη κυκλοφορία. Κύριο χαρακτηριστικό της κυκλοφορίας των υδάτων στον Πατραϊκό, την καλοκαιρινή περίοδο, είναι ο ισχυρός κυκλωνικός στρόβιλος που παρατηρείται στο κέντρο του κόλπου αναγκάζοντας τα ύδατα σε περιστροφική κίνηση. Με βάση τις αριθμητικές προσομοιώσεις η ύπαρξη ισχυρού κυκλωνικού στροβίλου συνδέεται αποκλειστικά με την παρουσία βορειοανατολικού ανέμου και συγκεκριμένα στη φάση της πλημμυρίδας. Τέλος, με βάση τις αριθμητικές προσομοιώσεις υπολογίζεται το τρισδιάστατο πεδίο ρευμάτων στην ευρύτερη περιοχή του παλαιού και νέου λιμένα Πατρών, καθώς και η διάχυση και μεταφορά των επεξεργασμένων λυμάτων από τον αγωγό της ΔΕΥΑΠ. / The hydrodynamic circulation in the Gulf of Patras, in Western Greece, is studied using three-dimensional numerical simulations. The simulations are performed using the three-dimensional modeling system MIKE 3 FM (HD/TR). The wind-induced circulation is examined in the natural basin of the Gulf of Patras, in which batotropic flow develops, according to field measurements, during the winter months. The simulations show that the wind-induced flow creates strong currents near the coasts, which determine the sense of rotation of the gyres that develop in the Gulf. Strong currents are also created at the Rio-Antirio straits. The wind-induced, barotropic currents do not seem to contribute to the renewal of bottom waters, which recirculate between the two sills. Depending on the speed of the wind forcing the flow, the residence time of the waters in the Gulf of Patras is estimated to range from one month to one week. The tide-induced circulation is important in the Gulf of Patras. Strong, tidal currents have been simulated to develop at the straits of Rio-Antirrio and in the main body of the Gulf, with cyclonic and anticyclonic eddies developing at the northern and southern coasts, respectively. When there is also wind blowing, nearshore gyres develop, the sense of rotation of which is by the wind direction, while in the central part of the Gulf the flow pattern is dictated by the tidal action. Further, the baroclinic wind and tide-induced circulation are studied to investigate the effect of stratification on the structure of the flow. During the summer period the wind-induced flow and the wind generated turbulence driven by winds of medium strength are restricted to the upper layer of the epilimnion, while the strong winds cause tilt and erosion of the thermocline in the central part of the Gulf and generation of internal waves at the straits of Rio-Antirio. Salient features of the summer circulation are the strong upwellings and the central cyclonic gyre which are predicted using numerical simulations. Upwellings occur along the northwesterly portion of the Nafpaktos bay coasts at the westerly part of the Gulf of Corinth, under southwesterly wind, and to the south of Rio cape at the front of the city of Patras, under northeasterly wind. Concerning with the central cyclonic eddy, according to numerical simulations it develops exclusively during the flood tide under the simultaneous action of northeasterly winds. The numerical predictions were validated against satellite images of the surface temperature field determined by NOAA-6 and NOAA-7 which closely confirm the simulation results. Finally, the simulated barotropic and baroclinic flow fields are applied to the calculation of the currents near the port of Patras and to the advection and diffusion of the treated sewage effluents disposed of near the southeasterly coast of the Gulf, near the city of Patras.

Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται μια μέθοδος για την αριθμητική προσομοίωση δισδιάστατης, μη συνεκτικής ροής με ελεύθερη επιφάνεια, που προκύπτει από τη διάδοση κυμάτων βαρύτητας πάνω από πυθμένα με τυχαία μορφολογία. Η μέθοδος βασίζεται στην αριθμητική επίλυση των εξισώσεων Euler, που υπόκεινται σε πλήρως μη γραμμικές οριακές συνθήκες ελεύθερης επιφάνειας και κατάλληλες οριακές συνθήκες πυθμένα, εισόδου και εξόδου, χρησιμοποιώντας ένα υβριδικό σχήμα πεπερασμένων διαφορών και ψευδό-φασματικής μεθόδου. Οι εξισώσεις ροής μετασχηματίζονται έτσι ώστε τα όρια του υπολογιστικού πεδίου να είναι ανεξάρτητα του χρόνου. Η επαλήθευση της μεθόδου επίλυσης γίνεται με την εφαρμογή της στο πρόβλημα της κατανομής θερμοκρασίας σε λεπτή ορθογωνική πλάκα, υπό σταθερές συνθήκες. Για την ελαχιστοποίηση της ανάκλασης χρησιμοποιείται ζώνη απορρόφησης στην περιοχή απορροής. Η αποτελεσματικότητα της ζώνης απορρόφησης τεκμηριώνεται με την παρουσίαση αποτελεσμάτων προσομοίωσης διάδοσης γραμμικών κυματισμών σε πυθμένα σταθερού βάθους. Προκύπτει ότι η ζώνη απορρόφησης που βασίζεται στην επιβολή εξωτερικής δυναμικής πίεσης στην ελεύθερη επιφάνεια εμφανίζει την ελάχιστη ανάκλαση. Αποτελέσματα παρουσιάζονται για την προσομοίωση ροής με ελεύθερη επιφάνεια πάνω από πυθμένα σταθερής κλίσης 1:10 και 1:50, για διαφορετικά μήκη και ύψη κυμάτων εισόδου. Ο μετασχηματισμός των γραμμικών κυμάτων πάνω από την περιοχή σταθερής κλίσης συμφωνεί με τη θεωρία γραμμικής διασποράς για ροή με μικρά ύψη κύματος. Για μη γραμμικούς κυματισμούς, το μήκος κύματος μειώνεται πάνω από την περιοχή σταθερής κλίσης, ενώ η ανύψωση της ελεύθερης επιφάνειας αποκλίνει από την αρχική ημιτονοειδή μορφή και το ύψος κύματος αυξάνει λόγω της ρήχωσης. / A method for the numerical simulation of two-dimensional, inviscid, free-surface flow resulting from the propagation of regular gravity water waves over topography with arbitrary bottom shape is presented. The method is based on the numerical solution of the Euler equations subject to the fully nonlinear free-surface boundary conditions and the appropriate bottom, inflow and outflow conditions using a hybrid scheme of finite-differences and pseudo-spectral method. The formulation includes a boundary-fitted transformation. The validation of the pressure solver is accomplished by applying it to the two-dimensional, temperature, steady problem, under differing boundary conditions. For the free-surface flow, a wave absorption zone is attached at the outflow domain in order to minimize reflection effects. The absorption zone effectiveness is validated by the simulation of linear waves propagation over constant-depth bottom. Minimal reflection occurs when an appropriate external dynamic pressure is imposed on the free surface of the absorption zone. Results are presented for cases of wave propagation over constant slope bottom, with slopes 1:10 and 1:50, for various incoming wavelengths and wave heights. Over the bottom slope, lengths of waves in the linear regime are modified according to linear theory dispersion. For waves in the nonlinear regime, wave lengths are becoming shorter, while the free surface elevation deviates from its initial sinusoidal shape and the wave height increases due to shoaling.

Όταν ηλεκρομαγνητική (ΗΜ) ακτινοβολία, προερχόμενη από κάποια πηγή, προσπίπτει σε σύνολο από σωμάτια τότε λαμβάνουν χώρα δύο φαινόμενα. Πρώτον, ασκούνται δυνάμεις στα σωμάτια οι οποίες οφείλονται αποκλειστικά στην σκέδαση της ΗΜ ακτινοβολίας της πηγής από αυτά. Οι δυνάμεις αυτές ονομάζονται Optical Trapping Forces. Δεύτερον, τα ίδια τα σωμάτια σκεδάζοντας την ΗΜ ακτινοβολία της πηγής, λειτουργούν και αυτά ως πηγές ακτινοβολίας. Έτσι ασκούν δυνάμεις το ένα στο άλλο. Οι δυνάμεις αυτές ονομάζονται Optical Binding Forces. H παράλληλη δράση των δύο αυτών ειδών δυνάμεων έχει ως αποτέλεσμα την δημιουργία ευσταθών δομών από τα σωμάτια. Προκειμένου την θεωρητική πρόβλεψη των δομών που αναπτύσσονται, χρειαζόμαστε έναν ταχύτατο αλγόριθμο υπολογισμού των δυνάμεων. Ο πιο ταχύς αλγόριθμος θα είναι το αποτέλεσμα της εύρεσης ενός αναλυτικού τύπου υπολογισμού των δυνάμεων. Η κατασκευή και η παρουσίαση του αναλυτικού τύπου αυτού είναι και το περιεχόμενο της εργασίας που ακολουθεί. / When the electromagnetic radiation, originating from a source, meets an ensemble of particles, there are two phenomena which take place. First, there are forces acting on these particles due exclusively to the scattering of the electromagnetic radiation from the particles. These are the so-called “Optical Trapping Forces”. Second, particles themselves act as sources of radiation since they scatter the radiation, and they exert forces one to another. These are the so-called “Optical Binding Forces”. The coexistence of these two different forces results in the creation of stable structures where the particles are self-organized. To achieve the theoretical prediction of these structures, we need a very efficient algorithm to calculate the forces. The fastest possible and thus more efficient algorithm originates from the analytical formula of the forces. The construction and the solution of the forces analytical formula is the content of this research work.

Αντικείμενο της διατριβής είναι η επίλυση των προβλημάτων της σκέδασης επιπέδων ακουστικών κυμάτων χαμηλών συχνοτήτων από ένα διαπερατό σφαιρικό κέλυφος με έκκεντρο μαλακό, σκληρό ή διαπερατό πυρήνα και από μια μαλακή σφαίρα κάτω από ένα διαπερατό επίπεδο. Η λύση των προβλημάτων σκέδασης στην περιοχή χαμηλών συχνοτήτων επιδέχεται ανάπτυγμα Taylor σε δυνάμεις του κυματικού αριθμού k, όπου οι συντελεστές του αναπτύγματος (προσεγγίσεις χαμηλής συχνότητας) συνιστούν ακολουθία λύσεων στάσιμων προβλημάτων της θεωρίας δυναμικού. Ένα πρόβλημα σκέδασης μπορεί να δεχθεί προσέγγιση χαμηλών συχνοτήτων όταν το μήκος κύματος της κυματικής διαταραχής είναι πολύ μεγαλύτερο από την ακτίνα της ελάχιστης περιγεγραμμένης σφαίρας του σκεδαστή. Το δισφαιρικό σύστημα συντεταγμένων παρέχει κατάλληλο περιβάλλον για την επίλυση προβλημάτων πολλαπλής σκέδασης από δύο σφαίρες Αυτό ισχύει μόνο στη περιοχή των χαμηλών συχνοτήτων δεδομένου ότι η εξίσωση Laplace επιδέχεται διαμορφωμένο χωρισμό στις δισφαιρικές συντεταγμένες, ενώ δεν συμβαίνει το ίδιο στην εξίσωση Helmholtz. Προσαρμόζοντας το δισφαιρικό σύστημα συντεταγμένων στην δεδομένη γεωμετρία του κάθε προβλήματος απλουστεύεται η περιγραφή των χώρων που ορίζονται από το έκκεντρο σφαιρικό κέλυφος και οι σφαιρικές επιφάνειες του προβλήματός μας περιγράφονται από διαφορετικές τιμές της ίδιας συντεταγμένης μεταβλητής, ενώ ο απομακρυσμένος χώρος περιγράφεται από μια γειτονιά της αρχής των συντεταγμένων στο παραμετρικό χώρο των μεταβλητών η, θ. Επιλύοντας τα αντίστοιχα προβλήματα συνοριακών συνθηκών για μηδενική και πρώτης τάξεως προσεγγίσεις, καταλήγουμε σε αντίστοιχες αναγωγικές εξισώσεις ακολουθιών των συντελεστών ή αντίστοιχα συστήματα αναγωγικών εξισώσεων. Δεδομένου ότι οι ακολουθίες των συντελεστών συγκλείνουν ταχύτατα, περιοριζόμαστε στους πρώτους όρους συντελεστών και οι αναδρομικές εξισώσεις ή τα συστήματα αναγωγικών εξισώσεων ανάγονται σε εξισώσεις πινάκων ή γραμμικά συστήματα εξισώσεων με άγνωστους πίνακες στήλες και συντελεστές των αγνώστων τριδιαγώνιοι πίνακες. Με την πρωτότυπη αυτή μέθοδο προσδιορίζονται ακριβώς οι πρώτοι όροι χαμηλών συχνοτήτων των δύο προσεγγίσεων μηδενικής και οι πρώτης τάξεως, και στη συνέχεια οι προσεγγίσεις του πλάτους σκέδασης και των ενεργειακών διατομών σκέδασης. Μειώνοντας την απόσταση d των κέντρων συμπεραίνουμε ότι το πρόβλημα της σκέδασης ομόκεντρου σφαιρικού φλοιού δεν μπορεί να θεωρηθεί ειδική περίπτωση του προαναφερθέντος προβλήματος. / A plane wave is scattered by an acoustically soft, hard or penetrable sphere, covered by a penetrable non-concentric spherical lossless shell which disturbs the propagation of the incident plane wave field. There is exactly one bispherical coordinate system that fits the given two-sphere obstacle. If the wavelength of the incident field is much larger than the radius of the exterior sphere, Low Frequency Theory reduces the scattering problem to a sequence of potential problems which can be solved iteratively Applying the corresponding boundary value problem for each case, a set of two equations results as well as a recurrence equation with three unknown sequence of coefficients for zero-th order, and the first-order approximation is obtained, by solving two sets of two equations and a recurrence equation with three unknown sequence coefficients each for the soft core or the calculation of the zero–th order coefficients of the hard or penetrable core, leads to a solution of a linear system of two equations with two unknown columns and tri-diagonal square matrices are coefficients of the unknown columns, while the first-order approximation is obtained, by solving two linear systems of two equations with four unknown columns and eight tri-diagonal matrices as coefficients of the unknown columns. Applying the cut-off method for soft, hard and penetrable sphere, the low-frequency coefficients of the zero-th and first-order for the near field as well as the first and second-order coefficients are obtained for the normalized scattering amplitude and cross section. Decreasing the distance d of the centres we conclude that the problem of scattering concentric cell cannot be considered special case of mentioned before problem. A plane wave is scattered by an acoustical soft acoustic sphere embedded into an acoustically lossless half space, which disturbs the propagation of the incident wave field. In the first step, the problem of sound diffraction by only a penetrable plane is solved, were the amplitudes of reflective and diffractive acoustical waves are calculated. In the second step the diffractive as an incident wave is scattered by the embedded acoustical soft sphere. The low frequency zero-th and first order coefficients of the near field are calculated for the soft scatterer and finally the scattering amplitude and cross-section are determined.

Στη γραμμική εκδοχή της γενικής θεωρίας της σχετικότητας, θεωρεί κανείς τις διαταραχές κάποιας μετρικής γύρω από κάποιο χωροχρονικό υπόβαθρο. Κρατώντας όρους διαταραχών μέχρι και πρώτης τάξεως, οδηγείται κανείς στις γραμμικές εξισώσεις Einstein. Σε αυτό το πλαίσιο αποδεικνύεται μια σχέση δυισμού ανάμεσα στα διάφορα στοιχεία του τανυστή Weyl, αντίστοιχη με το δυισμό ανάμεσα στην ηλεκτρική και τη μαγνητική ροή της ηλεκτρομαγνητικής θεωρίας του Maxwell. Στην εργασία αυτή κάνουμε μία ανασκόπηση της έρευνας που έχει γίνει μέχρι τώρα αναφορικά με αυτές τις σχέσεις δυισμού. Πιο συγκεκριμένα, εξετάζουμε την ισχύ των σχέσεων στον Anti-de Sitter χωρόχρονο και επισημαίνουμε το τρόπο με τον οποίο κατασκευάζει κανείς δυικές δομές από τις εκφράσεις για τις διαταραχές. Επίσης, χρησιμοποιώντας τη τεχνική της ολογραφικής επανακανονικοποίησης, εξετάζουμε το σύμμορφο σύνορο του χωροχρόνου. Βρίσκουμε εκεί μια σχέση δυισμού ανάμεσα στα στοιχεία του τανυστή ενέργειας-ορμής και του τανυστή Cotton της αντίστοιχης Chern - Simons θεωρίας, η οποία αποδεικνύεται ότι είναι άμεση συνέπεια του δυισμού στο AdS υπόβαθρο. Τέλος, εφαρμόζουμε την ίδια συλλογιστική στο Schwarzschild - Anti-de Sitter υπόβαθρο, όπου η παρουσία της μελανής οπής διαφοροποιεί τις συνοριακές συνθήκες του προβλήματος. Λόγω αυτού του γεγονός δεν μπορεί να πει κανείς με σιγουριά εάν μπορούν να διατυπωθούν σχέσεις δυισμού σε αυτή τη περίπτωση. Παρόλα αυτά βρίσκουμε ότι ισχύουν σχέσεις δυισμού στο σύμμορφο σύνορο παρόμοιες με αυτές του AdS υποβάθρου, πράγμα που σημαίνει ότι στο σύστημα παραμένει κάποια συμμετρία από τη γραμμική θεωρία. Η εργασία καταλήγει σε σχόλια και μία εκτενή συζήτηση για τις πιθανές μελλοντικές κατευθύνσεις. / In the linear version of the general theory of relativity, one considers metric perturbations around a fixed background. Keeping terms up to first order of perturbation leads to the linearized Einstein equations. In this framework it has been proved that a duality between the various elements of the Weyl tensor holds. This duality is similar to the one between the electric and magnetic fluxes of Maxwell's electromagnetism. In the present work we review the status of these dualities for non trivial backgrounds. We examine the Anti-de Sitter background, where we point out the way to explicitly construct dual configurations using the metric perturbation expressions. Using the holographic renormalization technique, we examine the conformal boundary where a duality between the components of the energy-momentum tensor and the Cotton tensor of the corresponding Chern - Simons theory holds. It is then proved that this duality is a direct consequence of the electric/magnetic duality in the bulk, in the case of the AdS background. Finally, we apply same procedure to the Schwarzschild - Anti-de Sitter background, where the presence of the black hole changes the boundary conditions of the problem. This simple fact makes it impossible say whether such a duality exists in this case. Nevertheless, we find that a duality similar to that of the AdS background still holds for the conformal boundary, which means that there is a remnant of symmetry from the linear theory. We conclude with comments and a extensive discussion on possible future directions.

Καθώς η εξέλιξη της βιοϊατρικής επιστήμης και τεχνολογίας είναι συνεχής και ραγδαία, η έρευνα επικεντρώνεται τόσο στη βελτίωση των κλινικών τεχνικών όσο και στην ανάπτυξη νέων με κυριότερο σκοπό την ακριβέστερη και ασφαλέστερη διάγνωση και θεραπεία. Στην παρούσα διατριβή, μελετάται η χρήση δύο περιοχών του φάσματος, που ανήκουν στο πεδίο των μη ιοντιζουσών ακτινοβολιών, των μικροκυματικών και των ακουστικών συχνοτήτων, για διαγνωστικές λειτουργικές εφαρμογές εγκεφάλου. Παρόλο που η χρήση των υπερήχων έχει αξιοποιηθεί στην κλινική εφαρμογή, οι αναφορές για τη χρήση των ακουστικών κυμάτων στις βιοϊατρικές εφαρμογές είναι περιορισμένες στη διεθνή βιβλιογραφία. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή μελετάται η ανάπτυξη ενός συστήματος για διαγνωστικές εφαρμογές εγκεφάλου στις ακουστικές συχνότητες. Στα δύο πρώτα κεφάλαια περιγράφονται οι βασικές αρχές που διέπουν την επιστήμη του ήχου (ακουστική) αλλά και οι φυσικές αρχές αλληλεπίδρασης των ακουστικών κυμάτων με τους βιολογικούς ιστούς (δημιουργία και εξέλιξη των φυσικών φαινομένων ανάκλασης, διάθλασης, μετάδοσης και απορρόφησης της ηχητικής δέσμης). Πιο συγκεκριμένα, μοντελοποιείται και μελετάται θεωρητικά το πρόβλημα της αλληλεπίδρασης των ακουστικών κυμάτων με τον ανθρώπινο εγκέφαλο ενώ τέλος παρουσιάζονται βασικές και σύγχρονες εφαρμογές ακουστικής στην ιατρική. Στο τρίτο κεφάλαιο παρατίθεται η θεωρητική ανάλυση και οι βασικές αρχές της προτεινόμενης μεθόδου για μέτρηση της εγκεφαλικής δραστηριότητας στις ακουστικές συχνότητες και πραγματοποιούνται προσομοιώσεις, με τη βοήθεια του λογισμικού MATLAB, παραθέτοντας τα αντίστοιχα αριθμητικά αποτελέσματα. Ολοκληρώνοντας το πρώτο μέρος της διατριβής, στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η πρακτική υλοποίηση του προτεινόμενου συστήματος, περιλαμβάνοντας ανάλυση του πιεζοηλεκτρικού φαινομένου και των αντίστοιχων αισθητήρων, εκτενής μελέτη του κάθε τμήματός του καθώς και πειραματικές μετρήσεις με ομοιώματα. Τα μικροκύματα έχουν χρησιμοποιηθεί σε πλήθος διαγνωστικών και θεραπευτικών τεχνικών τόσο σε επίπεδο έρευνας όσο και στην κλινική πράξη. Στην παρούσα διατριβή πραγματοποιείται θεωρητική μελέτη και υλοποίηση πολυσυχνοτικών κυρτών προσαρμόσιμων μικροταινιακών τυπωμένων κεραιών και χρήση τους με σύστημα ευαίσθητου δέκτη μικροκυματικής ραδιομετρίας. Στο κεφάλαιο 5 περιγράφονται η βασική τεχνολογία και οι βασικές αρχές λειτουργίας της παθητικής μεθόδου διάγνωσης με μικροκύματα, της μικροκυματικής ραδιομετρίας ενώ στο κεφάλαιο 6 μοντελοποιούνται οι προτεινόμενες κυρτές κεραίες και μελετούνται με τη βοήθεια του ηλεκτρομαγνητικού προσομοιωτικού λογισμικού πακέτου HFSS που χρησιμοποιεί τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων. Επίσης, παρουσιάζονται αναλυτικά οι ιδιότητες εστίασης των κεραιών αυτών σε δύο διαφορετικά μοντέλα κεφαλιού στο εύρος συχνοτήτων 2 – 3.3 GHz. Τέλος, οι κεραίες που μελετήθηκαν θεωρητικά, κατασκευάζονται και χρησιμοποιούνται ως κεραίες λήψης ραδιομέτρου τύπου διακόπτη Dicke (Dicke switch) για πειραματικές μετρήσεις σε ομοιώματα (κεφάλαιο 7). Ο συνδυασμός των δύο συστημάτων σε μια κοινή υλοποίηση και η πραγματοποίηση κοινών πειραματικών μετρήσεων και στις δύο περιοχές συχνοτήτων είναι μια πολύ σημαντική προοπτική που μπορεί να βελτιώσει τα πιθανά μειονεκτήματα της κάθε μεθόδου αλλά και να τις επαληθεύσει, με την παροχή και το συνδυασμό διαφορετικού είδους πληροφορίας για το ίδιο αίτιο. / As progress in the field of biomedical science and technology is continuous, the research focuses mainly on the improvement of existing clinical techniques and the development of new ones, aiming at the most accurate and safe diagnosis and treatment. In the present thesis, passive diagnosis in the non ionizing radiation regime and especially two frequency bands, microwave and acoustic frequencies, are used for diagnostic functional brain applications. Despite the fact that ultrasounds have been utilized in clinical practice, the references regarding the application of acoustic waves in medical diagnosis are restrained in international literature. In the present thesis the development of a system for diagnostic brain applications operating at acoustic frequencies is studied. In the first two chapters the basic principles of acoustics and the physical principles of the interaction of acoustic waves with biological tissue (including physical phenomena of reflection, diffraction, transmission and absorption of sound) are described. More specifically, the problem of the interaction of acoustic waves with the human brain tissues is theoretically modeled and studied. In the third chapter theoretical analysis is carried out and the basic operation principles of the suggested method for monitoring brain activity in acoustic frequencies are described. Simulations are performed using the MATLAB software and the respective numerical results are presented. Completing the first part of the thesis, the fundamentals of the system’s practical implementation are introduced in the fourth chapter. All system modules are described and the results of the implementation study through experiments using phantoms are presented. Microwaves have been used in many diagnostic and therapeutic techniques both at research level and in clinical practice. Herein, a theoretical study and implementation of various multi-frequency conformal microstrip patch antennas are performed, and finally they are used in conjunction with a sensitive microwave radiometry receiver. In chapter 5 the basic technology and the basic operation principles of the passive diagnostic method with microwaves (microwave radiometry) are described, while in chapter 6 the suggested conformal antennas are modeled and studied using the electromagnetic simulation tool HFSS that implements the finite element method (FEM). Moreover, the properties of these antennas and their focusing ability on specific brain areas are presented at 2 – 3.3 GHz in two different head models. Finally, a few are materialized in Rogers 4350B dielectric substrate and two of them are used together with a Dicke switch type radiometer for experimental measurements with phantoms (chapter 7). The combination of the aforementioned systems in a common implementation and the realization of common experimental measurements in both frequency bands is a very significant prospective which can optimize the performance of each methodology, by collecting and combining different types of information originating from the same event.