Οι ολοένα αυξανόμενες ενεργειακές απαιτήσεις των σημερινών κοινωνιών και το γεγονός ότι οι ηλεκτρικές συσκευές και εξοπλισμός έχουν γίνει αναπόσπαστο κομμάτι της καθημερινότητάς μας, έχει οδηγήσει στην αναγωγή του ηλεκτρισμού σε κοινωνικό αγαθό. Παρόλα αυτά, η υπερβολική του χρήση έχει προκαλέσει έντονες ανησυχίες στο κοινό, όσον αφορά τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία που εκπέμπονται λόγω του εναλλασσόμενου ρεύματος. Η παρούσα εργασία αποσκοπεί να ξεδιαλύνει το «θολό τοπίο» γύρω από τις επιδράσεις των χαμηλόσυχνων ηλεκτρομαγνητικών πεδίων (δηλαδή τα εκπεμπόμενα πεδία από τις εγκαταστάσεις ηλεκτρικής ενέργειας και τις ηλεκτρικές συσκευές) στην ανθρώπινη υγεία κι έτσι να συνεισφέρει ως ένα βαθμό στην άρση των ανησυχιών του κοινού και των επιπτώσεων που αυτές συνεπάγονται. Ειδικότερα, η εργασία μπορεί να συνοψιστεί ως εξής: Στο Κεφάλαιο 1 γίνεται μια θεωρητική αναφορά στις βασικές έννοιες της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Προσδιορίζονται οι επιβλαβείς ακτινοβολίες για την υγεία καθώς επίσης και οι ιδιότητες των χαμηλόσυχνων ηλεκτρομαγνητικών πεδίων. Ακόμη, παρουσιάζονται οι κανονισμοί προστασίας και τα όρια έκθεσης σε ηλεκτρομαγνητικά πεδία, τόσο στην Ευρώπη, όσο και στην Ελλάδα. Στο Κεφάλαιο 2 παρουσιάζονται αναλυτικά οι διαφορετικές πηγές χαμηλόσυχνων ηλεκτρομαγνητικών πεδίων και γίνεται σύγκριση των πεδιακών εντάσεων στο περιβάλλον τους. Στο Κεφάλαιο 3 γίνεται λόγος για τη βιολογική επίδραση των ηλεκτρομαγνητικών πεδίων. Παρουσιάζονται οι επιδράσεις τους στην ανθρώπινη υγεία και οι δράσεις που λαμβάνουν χώρα τόσο για τη μελέτη αυτών των επιδράσεων, όσο και για την προστασία του κοινού. Στο Κεφάλαιο 4 γίνεται ανασκόπηση του προτύπου λήψης μετρήσεων που ακολουθήθηκε. Εξετάζεται το πρότυπο ΙΕC 61786 για μέτρηση χαμηλόσυχνων ηλεκτρομαγνητικών πεδίων και αναφέρονται κάποια χαρακτηριστικά του προτύπου EN 50413 για μέτρηση ηλεκτρομαγνητικών πεδίων όλων των συχνοτήτων. Στο Κεφάλαιο 5 περιγράφεται ο σκοπός και ο εξοπλισμός των μετρήσεων. Παρατίθενται τα αποτελέσματα των μετρήσεων συνοδευόμενα με διαγράμματα και σχόλια επί της μεταβολής της μαγνητικής επαγωγής στο περιβάλλον υποσταθμών μέσης τάσης.Τέλος συνοψίζονται τα συμπεράσματα που εξάγονται με βάση όσα εξετάστηκαν στην παρούσα εργασία. Σύμφωνα με αυτά δεν πρέπει να υπάρχει κανένας λόγος ανησυχίας για την επίδραση των χαμηλόσυχνων ηλεκτρομαγνητικών πεδίων στην ανθρώπινη υγεία, καθώς τηρούνται όλοι οι κανονισμοί, οι οποίοι εμπεριέχουν μεγάλους συντελεστές ασφαλείας. / The ever-increasing energy demands of today's society and the fact that electrical appliances and equipment have become an integral part of our daily lives has led to the deduction of electricity into social good. However, its excessive use has caused great concern to the public, regarding to electromagnetic fields’ emissions because of the AC current. This essay aims to unravel the "misty area" around the effects of low frequency electromagnetic fields (i.e. fields emitted from power systems and electrical appliances) to human health and thus contribute to some extent to the disentanglement of public preoccupations and the consequences arising therefrom. In particular, this essay can be summarized as follows: In Chapter 1 there is a theoretical report in the basic concepts of electromagnetic radiation. Harmful radiation as well as the properties of low frequency electromagnetic fields is identified. Moreover, protection regulations and limits on exposure to electromagnetic fields are presented, both in Europe and in Greece. In Chapter 2 different sources of low frequency electromagnetic fields are presented and the fields’ intensities in their environment are compared. Chapter 3 talks about the biological effects of electromagnetic fields. It also presents the effects on human health and the actions that take place for the study of these effects, and for the public’s protection. Chapter 4 gives an overview of the pattern of taking measurements that was followed. The IEC 61786 standard for measuring low frequency electromagnetic fields is examined and some features of the standard EN 50413 for measuring electromagnetic fields of all frequencies are presented. Chapter 5 describes the measurements’ purpose and equipment. The measurements’ results are given, which are accompanied by charts and comments about the change of the magnetic induction around medium voltage substations. Finally, the conclusions based on this essay’s data are summed up, according to which, there should be no reason for public concern about the effect of low frequency electromagnetic fields on human health, since compliance with all special regulations, which contain large safety factors, is being performed.

Στόχος τη ακτινοθεραπείας είναι η χορήγηση της θεραπευτικής δόσης με τη μέγιστη δυνατή ακρίβεια. Αυτό συνεπάγεται τον σωστό καθορισμό της ακτινοβολούμενης περιοχής καθώς και την ακριβή εναπόθεση της δόσης. Αυτή η διπλωματική εργασία ασχολείται με την προσπάθεια για ακριβή υπολογισμό και εναπόθεση της δόσης για πεδία ακτινοβόλησης τα όποια είναι μικρότερα από 5x5cm. Όταν το μέγεθος του πεδίου μικρύνει τότε η μέτρηση και ο υπολογισμός της δόσης με κλασικές μεθόδους δε είναι πλέον ακριβείς καθώς παράγοντες όπως η πλευρική ηλεκτρονική ισορροπία, το μέγεθος και είδος του ανιχνευτή καθώς και το μέγεθος της πηγής που είναι ορατό από κάθε σημείο, πρέπει να ληφθούν υπόψη. Στη παρούσα εργασία χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό Mephysto για να μετρήσουμε την πραγματική δόση που δίνει ο γραμμικός επιταχυντής της εταιρείας ELEKTA σε δέσμες φωτονίων ενέργειας 6 ΜV χρησιμοποιώντας έναν ανιχνευτή Pin Point της εταιρείας PTW. Στη συνέχεια συγκρίθηκαν αυτά τα αποτελέσματα (προφίλ δόσης, κατά βάθος δόση PDD) με τα αποτελέσματα που δοθήκαν από το υπολογιστικό σύστημα σχεδιασμού θεραπειών (Treatment Planning System) Oncentra Master Plan της εταιρείας Nucletron. Παρατηρήθηκε απόκλιση μεταξύ αυτών των δυο μεθόδων ελαφρώς μικρότερη του 3%. Αυτή η απόκλιση οφείλεται στο ότι ο εικονικός γραμμικός επιταχυντής που έχει δημιουργηθεί στο σύστημα Oncentra Master Plan για τον υπολογισμό της δόσης, δημιουργήθηκε ώστε να αποδίδει πλησιέστερα αποτελέσματα σε αυτά του ELEKTA για πεδία ακτινοβόλησης που έχουν μεγάλη κλινική χρήση (5 έως 15 cm αν διάσταση). Όταν όμως τα πεδία μικρύνουν (κάτω από 5cm αν διάσταση) τότε έχουμε απόκλιση από της πραγματικές τιμές. Αλλάζοντας το φαινομενικό μέγεθος της πηγής στο Oncentra Master Plan καταφέραμε να φέρουμε τους υπολογισμούς από το Oncentra Master Plan πάρα πολύ κοντά στις μετρήσεις του Mephysto. Δημιουργήθηκε έτσι ένα νέο εικονικό μηχάνημα στη βάση δεδομένων του Oncentra Master Plan με το όνομα Sli Patras SRS, οι παράμετροι του οποίου (φαινομενικό μέγεθος πηγής) έχουν βελτιστοποιηθεί για ακριβέστερους υπολογισμούς δόσης για μικρά πεδία. Με αυτό το μηχάνημα καταφέρθηκε ακριβέστερος υπολογισμός της δόσης, με αποκλίσεις μικρότερες από 1.5%, για μικρά πεδία, σε σύγκριση με το προηγούμενο μηχάνημα Sli Patra. Το νέο αυτό μηχάνημα επιτρέπει ακριβέστερους υπολογισμούς για μικρά πεδία και έχει πλέον υιοθετηθεί και χρησιμοποιείται στην κλινική ρουτίνα στο Π.Γ.Ν. Πατρών. / Small field dosimetry in sterotactic cancer radiation therapy.

Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η ανάπτυξη αριθμητικής μεθόδου, η οποία επιλύει προβλήματα δισδιάστατης στατικής ελαστικότητας, καθώς και δυναμικής ελαστικότητας στο πεδίο των συχνοτήτων και στο πεδίο του χρόνου. Το κύριο χαρακτηριστικό της είναι ότι η προσέγγιση του άγνωστου πεδίου γίνεται με την τοποθέτηση σημείων και όχι με τη χρήση κάποιου πλέγματος όπως γίνεται στις μέχρι τώρα κλασικές μεθοδολογίες των πεπερασμένων ή συνοριακών στοιχείων. Μέρος της παρούσας διατριβής αποτελεί και η ανάπτυξη προγράμματος ηλεκτρονικού υπολογιστή, ο οποίος υποστηρίζει πλήρως τα όσα αναφέρονται στην παρούσα εργασία. Η παρούσα διατριβή αποτελείται από δύο ενότητες. Στην πρώτη ενότητα, η οποία περιλαμβάνει τα πρώτα τρία κεφάλαια, παρατίθεται το θεωρητικό υπόβαθρο της μεθοδολογίας. Στη δεύτερη ενότητα περιγράφονται διάφορες τεχνικές λεπτομέρειες, όπως ολοκληρώσεις και προσέγγιση πεδίου και δίνονται αρκετά παραδείγματα, τα οποία πιστοποιούν την ακρίβεια και την αξιοπιστία της. / -

Σκοπός της ακτινοθεραπείας του μαστού μετά το χειρουργείο είναι να μειωθεί η πιθανότητα της τοπικής επανεμφάνισης της νόσου παρέχοντας ταυτόχρονα κατά το δυνατό μία ανώτερη αισθητική στον μαστό. Ο στόχος αυτός μπορεί να επιτευχθεί με να δοθεί η κατά το δυνατό μέγιστη δόση σε ολόκληρο το μαστό ενώ ταυτόχρονα η δόση στα γειτονικά από το μαστό όργανα (πνεύμονας, καρδιά και ο δίπλα μαστός) να είναι η μικρότερη δυνατή. Ως εκ τούτου, είναι πολύ σημαντική η ακριβής καθημερινή τοποθέτηση της ασθενούς σε θέση θεραπείας καθώς ακόμη και μικρές αποκλίσεις από την προτιθέμενη τοποθέτηση μπορεί να έχει σημαντικές δοσιμετρικές συνέπειες. Αλλαγές στη δοσιμετρία έχουν σημαντικές συνέπειες στην καλή κάλυψη του όγκου στόχου άρα και στην πιθανότητα ελέγχου του όγκου. Τα γεωμετρικά λάθη εμφανίζονται σαν αποκλίσεις μεταξύ της γεωμετρίας που επιθυμείτε να εφαρμοστεί σύμφωνα με το πλάνο της θεραπείας και της πραγματικής γεωμετρίας που εφαρμόζεται κατά την θεραπεία. Tα συστηματικά λάθη παριστάνουν την διαφορά μεταξύ του επιθυμητού πλάνου θεραπείας και του πλάνου που εφαρμόζεται ενώ οι αποκλίσεις που εμφανίζονται μεταξύ των συνεδριών αφορούν τα τυχαία λάθη. Οι αποκλίσεις αυτές μετρώνται καθημερινά με ένα σύστημα ηλεκτρονικής κινητής απεικόνισης και εν συνεχεία με κατάλληλη μέθοδο προβλέπονται, ελαχιστοποιούνται και ελέγχονται. Στην παρούσα εργασία σκοπός ήταν να μετρηθούν τα γεωμετρικά λάθη που εμφανίζονται κατά την τοποθέτηση της ασθενούς και να εκτιμηθεί η μεταβολή στη δόση που προκύπτει και οφείλεται στα λάθη της τοποθέτησης και ταυτόχρονα να εξαχθούν από τις μεταβολές αυτές φυσικές και βιολογικές παράμετροι. / The aim of breast radiotherapy after surgery is to reduce the probability of local recurrence while providing a superior breast cosmesis. The main purpose of radiotherapy is to give the maximum prescribed dose to the whole breast while at the same time minimizing the dose to the organs placed at the vicinity of breast (lung, heart, contralateral breast). Therefore, accuracy of daily set up for treatments is important because small spatial deviations from the intended set up may have important dosimetric consequences. Changes in dosimetry have implications for coverage of the target volume and hence for tumor control probability. Geometrical errors are presented as deviation between intended geometry of radiotherapy plan and real geometry of radiotherapy treatment. . Total set up error consists of systematic (Σ set up) and random component (σ set up). Systematic errors represent the recurring difference between intended and actual geometry while fraction-to-fraction variations are called random errors. Errors’ measuring for patients undergoing breast radiotherapy with electronic portal imaging device and afterwards a proper correction strategy enables to predict, minimize, and keep under control the amount for most of geometrical errors. The aim of this work was to determine these geometrical uncertainties and to evaluate dose perturbation due to setup error in tangential breast irradiation and as well as extract physical and biological parameters.

Σε ένα διάκενο που αποτελείται από ένα ηλεκτρόδιο υψηλής τάσεως πλαισιωμένο από έναν αριθμό γειωμένων αγωγών, η κατάληξη μίας εκκένωσης σε ένα συγκεκριμένο σημείο έχει μια στοχαστική εξάρτηση από τη γενική διαμόρφωση του ηλεκτρικού πεδίου που επικρατεί στο διάκενο. Η λέξη «στοχαστική» έχει την έννοια ότι πρακτικά οποιοδήποτε γειωμένο σημείο μέσα στο διάκενο κατέχει μία πιθανότητα να δεχθεί την εκκένωση, αλλά αυτή η πιθανότητα μπορεί να είναι διαφορετική για τα διάφορα σημεία. Επιπλέον, αν το διάκενο αποτελείται από περισσότερα από ένα διηλεκτρικά, το σημείο κατάληξης της εκκένωσης, όπως και οι παράμετροι της διάσπασης, επηρεάζονται από την παρουσία και τα ηλεκτρικά και γεωμετρικά χαρακτηριστικά των διηλεκτρικών αυτών. Σε ένα απλό διάκενο ακίδας-πλάκας με αέρα, τα σημεία κατάληξης όλων των εκκενώσεων είναι συγκεντρωμένα γύρω από το ίχνος του άξονα της ακίδας, που είναι η θέση της μέγιστης πιθανότητας. Η πιθανότητα μία εκκένωση να καταλήξει σε μία συγκεκριμένη θέση του επιπέδου, διαφορετική από τον άξονα της εκκένωσης, μειώνεται όσο μεγαλώνει η απόσταση της θέσης αυτής από τον άξονα. Αν ένας γειωμένος αγωγός εισαχθεί στο διάκενο, όπως για παράδειγμα ένας ή περισσότεροι γειωμένοι αγωγοί παράλληλα στο επίπεδο (σχήμα 1), η πιθανότητα μία εκκένωση να καταλήξει, είτε στα σύρματα είτε στο επίπεδο, εξαρτάται από τη συγκεκριμένη θέση των συρμάτων. Αν το διάκενο, εκτός από αέρα, αποτελείται και από ένα άλλο διηλεκτρικό υλικό (π.χ. τσιμέντο με πάχος d3), τα σημεία κατάληξης της εκκένωσης, καθώς και η τάση διάσπασης, εξαρτώνται εξίσου από τις διαστάσεις, την διαμόρφωση του μέρους του διακένου που καταλαμβάνει το συγκεκριμένο διηλεκτρικό και τα διηλεκτρικά του χαρακτηριστικά. Σε ένα διάκενο που αποτελείται από ένα ηλεκτρόδιο υψηλής τάσεως πλαισιωμένο από έναν αριθμό γειωμένων αγωγών, η κατάληξη μίας εκκένωσης σε ένα συγκεκριμένο σημείο έχει μια στοχαστική εξάρτηση από τη γενική διαμόρφωση του ηλεκτρικού πεδίου που επικρατεί στο διάκενο. Η λέξη «στοχαστική» έχει την έννοια ότι πρακτικά οποιοδήποτε γειωμένο σημείο μέσα στο διάκενο κατέχει μία πιθανότητα να δεχθεί την εκκένωση, αλλά αυτή η πιθανότητα μπορεί να είναι διαφορετική για τα διάφορα σημεία. Επιπλέον, αν το διάκενο αποτελείται από περισσότερα από ένα διηλεκτρικά, το σημείο κατάληξης της εκκένωσης, όπως και οι παράμετροι της διάσπασης, επηρεάζονται από την παρουσία και τα ηλεκτρικά και γεωμετρικά χαρακτηριστικά των διηλεκτρικών αυτών. Σε ένα απλό διάκενο ακίδας-πλάκας με αέρα, τα σημεία κατάληξης όλων των εκκενώσεων είναι συγκεντρωμένα γύρω από το ίχνος του άξονα της ακίδας, που είναι η θέση της μέγιστης πιθανότητας. Η πιθανότητα μία εκκένωση να καταλήξει σε μία συγκεκριμένη θέση του επιπέδου, διαφορετική από τον άξονα της εκκένωσης, μειώνεται όσο μεγαλώνει η απόσταση της θέσης αυτής από τον άξονα. Αν ένας γειωμένος αγωγός εισαχθεί στο διάκενο, όπως για παράδειγμα ένας ή περισσότεροι γειωμένοι αγωγοί παράλληλα στο επίπεδο (σχήμα 1), η πιθανότητα μία εκκένωση να καταλήξει, είτε στα σύρματα είτε στο επίπεδο, εξαρτάται από τη συγκεκριμένη θέση των συρμάτων. Αν το διάκενο, εκτός από αέρα, αποτελείται και από ένα άλλο διηλεκτρικό υλικό (π.χ. τσιμέντο με πάχος d3), τα σημεία κατάληξης της εκκένωσης, καθώς και η τάση διάσπασης, εξαρτώνται εξίσου από τις διαστάσεις, την διαμόρφωση του μέρους του διακένου που καταλαμβάνει το συγκεκριμένο διηλεκτρικό και τα διηλεκτρικά του χαρακτηριστικά. / In a gap that is constituted by a electrode of high tendency a framed from a number of gejwme'nwn conductors, the conclusion of evacuation in concrete point has a meditative dependence from the general configuration of electric field that prevails in the gap. The word "meditative " has the significance that practically anyone gejwme'no point in in the gap possesses a probability to accept the evacuation, but this probability it can be different for the various points. Moreover, if the gap is constituted from more from the one dielectric, point of conclusion of evacuation, as the parameters of split, are influenced by the presence and electric and gewmetrjka' characteristically the dielectric these. In a simple gap of spike-plate with air, the points of conclusion of all evacuations are assembled round the trace of axis of spike, that is the place of biggest probability. The probability a evacuation it leads to a concrete place of level, different from the axis of evacuation, is decreased as long as grows the distance of this place from the axis. If a gejwme'nos driver is imported in the gap, as for example one or more gejwme'noj drivers at the same time in the level (form 1), the probability a evacuation it leads, or to the wires or to the level, it depends from the particular place of wires. If the gap, apart from air, is also constituted by a other dielectric material (eg cement with thickness d3), the points of conclusion of evacuation, as well as the tendency of split, they depend equally from dimensions, the configuration of part of gap that occupies concrete dielectric and dielectric characteristically. In a gap that is constituted by a electrode of high tendency a framed from a number of gejwme'nwn conductors, the conclusion of evacuation in concrete point has a meditative dependence from the general configuration of electric field that prevails in the gap. The word "meditative " has the significance that practically anyone gejwme'no point in in the gap possesses a probability to accept the evacuation, but this probability it can be different for the various points. Moreover, if the gap is constituted from more from the one dielectric, point of conclusion of evacuation, as the parameters of split, are influenced by the presence and electric and gewmetrjka' characteristically the dielectric these. In a simple gap of spike-plate with air, the points of conclusion of all evacuations are assembled round the trace of axis of spike, that is the place of biggest probability. The probability a evacuation it leads to a concrete place of level, different from the axis of evacuation, is decreased as long as grows the distance of this place from the axis. If a gejwme'nos driver is imported in the gap, as for example one or more gejwme'noj drivers at the same time in the level (form 1), the probability a evacuation it leads, or to the wires or to the level, it depends from the particular place of wires. If the gap, apart from air, is also constituted by a other dielectric material (eg cement with thickness d3), the points of conclusion of evacuation, as well as the tendency of split, they depend equally from dimensions, the configuration of part of gap that occupies concrete dielectric and dielectric characteristically.

- / -

Η παρούσα εργασία ασχολείται με την εξομοίωση σε προγραμματιστικό περιβάλλον, της λειτουργίας συστοιχιών ηχείων κάθετης διάταξης και συγκεκριμένα για τις περιπτώσεις ευθύγραμμων (Uniform) και υβριδικού τύπου (J-Shaped) συστοιχιών, σε περιβάλλον ανοιχτών και κλειστών χώρων. Οι εξομοιώσεις που υλοποιήθηκαν επιτρέπουν την αξιολόγηση και σύγκριση των συστοιχιών σε θέματα εκπομπής, εστιάζοντας στην ηχητική κάλυψη των επιπέδων ακρόασης. Επιπλέον, αναπτύσσονται τα εργαλεία για την εξομοίωση και μελέτη του διάχυτου πεδίου που παράγεται κατα τη λειτουργία των συστοιχιών σε κλειστούς χώρους. / The current thesis is about simulating the function of Uniform and J-Shaped line arrays in open and closed space. It also allows the comparison among between the two types af arrays in terms of beaming and sound coverage especially at the audience planes. Furthermore, tools of simulation of the diffuse field are being developed.

Τη σημερινή εποχή, οι απαιτήσεις για αποθηκευτικές συσκευές που προσφέρουν πολύ υψηλές πυκνότητες σε εξαιρετικά μικρό μέγεθος και ταυτόχρονα υποστηρίζουν μεγάλες ταχύτητες στην ανταλλαγή δεδομένων, διαρκώς αυξάνουν. Ένα νέο πεδίο έρευνας ασχολείται με τη δυνατότητα εκμετάλλευσης των τεχνικών Μικροσκοπίας Ατομικής Δύναμης (AFM) για τη δημιουργία συσκευών ικανών να αποθηκεύουν δεδομένα με πολύ μεγαλύτερη πυκνότητα σε σχέση με τις συμβατικές συσκευές. Οι τεχνικές AFM χρησιμοποιούν μικροσκοπικές ακίδες, διαστάσεων μερικών νανομέτρων, με πολύ αιχμηρές άκρες, για να παρατηρούν και να τροποποιούν επιφάνειες σε ατομικό επίπεδο. Για την επίτευξη υψηλού ρυθμού εγγραφής και ανάγνωσης δεδομένων, χρησιμοποιούνται ηλεκτρομηχανικά συστήματα πολύ μικρής κλίμακας (Micro-electro-mechanical-systems, MEMS) αποτελούμενα από ακίδες που λειτουργούν παράλληλα. Κάθε ακίδα είναι προσαρμοσμένη σε έναν κατάλληλο βραχίονα και η συνολική διάταξη ονομάζεται probe. Κάθε probe εκτελεί λειτουργίες εγγραφής/ανάγνωσης/διαγραφής σε μια αφιερωμένη περιοχή του μέσου αποθήκευσης, η οποία ονομάζεται πεδίο αποθήκευσης. Στη διεθνή βιβλιογραφία έχουν προταθεί και μελετηθεί πειραματικά πολλές μέθοδοι εγγραφής και ανάγνωσης. Μια από αυτές είναι η θερμομηχανική μέθοδος αποθήκευσης, όπου η ψηφιακή πληροφορία αποθηκεύεται μέσω του φυσικού μηχανισμού δημιουργίας ή μη κοιλωμάτων διαμέτρου μερικών νανομέτρων σε πολυμερή υλικά με την χρήση ακίδας αντίστοιχων διαστάσεων. Η παρουσία (απουσία) κοιλωμάτων αντιστοιχεί στο λογικό '1' ('0'). Τα δεδομένα του χρήστη αποθηκεύονται με τη μορφή ακολουθιών κοιλωμάτων. Για την εγγραφή και την ανάγνωση των δεδομένων, το μέσο αποθήκευσης κινείται με σταθερή ταχύτητα σε σχέση με τη διάταξη των probes. Η κίνηση αυτή επιτυγχάνεται με χρήση ενός ηλεκτρομηχανικού συστήματος οδήγησης, το οποίο ελέγχεται από ένα σερβομηχανισμό. Κατά τη διάρκεια της εγγραφής/ανάγνωσης των δεδομένων, η κίνηση των probes πρέπει να γίνεται με μεγάλη ακρίβεια, καθώς όσο αυξάνουν οι αποκλίσεις σε σχέση με την κίνηση αναφοράς, ο ρυθμός των σφαλμάτων αυξάνεται με μη γραμμικό τρόπο. Εκτός από τον ενδογενή θερμικό θόρυβο και το θόρυβο κβαντισμού, αιτίες που μπορεί να προκαλέσουν αποκλίσεις στην κίνηση των probes είναι η μηχανική βλάβη της ακίδας ή κάποιο 'ξένo' σωματίδιο στο μέσο, οπότε σε αυτή την περίπτωση τα λάθη περιορίζονται σε ένα μόνο πεδίο. Μία άλλη αιτία τέτοιων αποκλίσεων είναι η εφαρμογή εξωτερικών διαταραχών στο ηλεκτρομηχανικό σύστημα οδήγησης η οποία μεταφράζεται σε διαταραχή στην κίνηση όλων των ακίδων, προκαλώντας έτσι την εμφάνιση λαθών σε όλα τα πεδία. Κατά συνέπεια, τα συστήματα αυτά είναι επιρρεπή σε λάθη ριπής. Στα συστήματα αποθήκευσης, τα δεδομένα του χρήστη λαμβάνονται με τη μορφή sectors σταθερού μεγέθους. Το γεγονός της όμοιας και ταυτόχρονης κίνησης όλων των probes, έχει οδηγήσει στην υιοθέτηση της τακτικής τα δεδομένα ενός sector να μοιράζονται σε ισόποσα μέρη ίσα με το πλήθος των πεδίων. Για την αντιμετώπιση των λαθών ριπής χρησιμοποιείται ένας συνδυασμός μη-δυαδικών κωδίκων διόρθωσης λαθών RS και κατάλληλων κυκλωμάτων διεμπλοκής που μετασχηματίζουν τα δεδομένα του χρήστη πριν αποθηκευτούν στο μέσο. Κάθε sector χωρίζεται σε κωδικολέξεις, ανάλογα με τα χαρακτηριστικά του κώδικα RS. Όμως, ανάλογα με τις παραμέτρους του συστήματος μπορεί να μην είναι εφικτή η τοποθέτηση του ίδιου αριθμού δεδομένων σε όλα τα πεδία. Σε αυτές τις περιπτώσεις, στα πεδία όπου υπάρχει κενό χρησιμοποιείται κατάλληλος αριθμός συμπληρωματικών συμβόλων (padding) που αποτελούνται από μηδενικά, μειώνοντας σημαντικά την αποδοτικότητα αποθήκευσης της συσκευής, ειδικά για μεγάλο αριθμό πεδίων. Στο πλαίσιο της διδακτορικής διατριβής προτάθηκε ένας βέλτιστος τρόπος κατανομής των δεδομένων του χρήστη που εξαλείφει τα συμπληρωματικά σύμβολα, μεγιστοποιώντας έτσι τη δυνατότητα αποθήκευσης της συσκευής και αυξάνοντας πάρα πολύ τη χωρητικότητα του συστήματος σε σχέση με τις μέχρι σήμερα γνωστές διαδικασίες. Στο πλαίσιο της διδακτορικής διατριβής μελετήθηκε επίσης το θέμα της αξιοπιστίας ενός συστήματος αποθήκευσης πολλαπλών πεδίων. Το γεγονός ότι τα συστήματα αυτά είναι επιρρεπή στην εμφάνιση λαθών ριπής καθιστά κρίσιμη τη μελέτη της αξιοπιστίας ενός τέτοιου συστήματος για όλες τις περιπτώσεις λαθών που μπορεί να εμφανιστούν και να διερευνηθεί η επίδραση των διαφόρων παραμέτρων του συστήματος, όπως ο αριθμός των πεδίων αποθήκευσης, το μέγεθος του sector και ο ρυθμός του κώδικα, στη διορθωτική ικανότητα του συστήματος, ώστε να εκτιμηθεί ο βέλτιστος συνδυασμός τους. Στην περίπτωση των συστημάτων αποθήκευσης, ως αξιοπιστία ορίζεται η πιθανότητα να διαβαστεί σωστά ο sector. Για τον λόγο αυτόν, αναπτύχθηκε το σύνολο των μαθηματικών μοντέλων και σχέσεων που επιτρέπουν τον υπολογισμό της πιθανότητας αυτής όταν στο σύστημα εμφανίζονται τόσο τυχαία λάθη όσο και λάθη ριπής σε ένα πεδίο αποθήκευσης ή σε όλα τα πεδία ταυτόχρονα. Ιδιαίτερη βαρύτητα δόθηκε στη μοντελοποίηση των λαθών ριπής που εμφανίζονται ταυτόχρονα σε όλα τα πεδία αποθήκευσης, εξαιτίας της εφαρμογής εξωτερικών επιταχύνσεων στο ηλεκτρομηχανικό σύστημα κίνησης, καθώς αυτή είναι η κύρια αιτία που μπορεί να οδηγήσει σε αποτυχία το σύστημα. Αναπτύχθηκε ένα πλήρες μοντέλο καναλιού λαθών ριπής που συσχετίζει την απόκλιση θέσης με την πιθανότητα εμφάνισης λαθών στα δεδομένα που είναι αποθηκευμένα στα πολλαπλά πεδία. Με βάση πειραματικές μετρήσεις περιγράφεται η επίδραση της διαταραχής στο κανάλι ανάγνωσης, ενώ ταυτόχρονα μοντελοποιούνται με τη χρήση διεργασιών Markov τα λάθη ριπής που εμφανίζονταισε επίπεδο συμβόλου στα διάφορα πεδία εξαιτίας της συγκεκριμένης διαταραχής. Είναι έτσι δυνατή η σε βάθος μελέτη του φυσικού μηχανισμού που εισάγει τα λάθη ριπής στα πολλαπλά πεδία, της συσχέτισης των λαθών που εμφανίζονται ταυτόχρονα στα διαφορετικά πεδία, όπως επίσης και της επίδρασης των εξωτερικών διαταραχών στη διορθωτική ικανότητα των διαδικασιών αποκωδικοποίησης. Η μελέτη της συσχέτισης των λαθών ριπής που επηρεάζουν ταυτόχρονα τα δεδομένα σε όλα τα πεδία αποθήκευσης οδήγησε στην ανάπτυξη μιας μεθόδου που εκμεταλλεύεται το χαρακτηριστικό της παράλληλης λειτουργίας των πεδίων και τη δυνατότητα επέκτασης της διορθωτικής ικανότητας των κωδίκων RS, όταν είναι γνωστή η θέση κάποιων από τα λάθη. Τα λάθη αυτά ονομάζονται erasures και η χρήση τους μπορεί να βελτιώσει την αξιοπιστία των διαδικασιών αποκωδικοποίησης χωρίς να αυξηθεί η πλεονάζουσα πληροφορία στο σύστημα. Η προτεινόμενη μέθοδος εφαρμόζεται στην περίπτωση που η διαταραχή είναι τέτοια ώστε να οδηγεί τη διαδικασία διόρθωσης λαθών σε αποτυχία αλλά τουλάχιστον μία κωδικολέξη διορθώθηκε σωστά οπότε οι θέσεις των λαθών της είναι γνωστές. Με βάση τις γνωστές θέσεις λαθών, εκτιμάται η πιθανότητα να υπάρχει λάθος στα σύμβολα των ίδιων θέσεων στα άλλα πεδία, τα οποία όμως ανήκουν σε κωδικολέξεις που δεν ήταν δυνατό να διορθωθούν αρχικά. Τα σύμβολα με τις μεγαλύτερες πιθανότητες τίθενται ως erasures και ένας δεύτερος γύρος αποκωδικοποίησης εκτελείται. Τα αποτελέσματα για την απόδοση της μεθόδου δείχνουν ότι υπάρχει μεγάλη βελτίωση στη διορθωτική ικανότητα του συστήματος. Συγκεντρωτικά, η παρούσα διατριβή ασχολήθηκε με τη βελτιστοποίηση της κατανομής δεδομένων σε συστήματα αποθήκευσης πληροφορίας πολλαπλών πεδίων, τη μοντελοποίηση των διαφόρων τύπων λαθών που εμφανίζονται σε τέτοια συστήματα, την ανάλυση της αξιοπιστίας των διαδικασιών αποκωδικοποίησης και διεμπλοκής δεδομένων και την πρόταση μεθόδων για τη βελτίωσή της. / Nowadays, the need for storage devices that offer very high densities at extremely small size and, at the same time, support very high data rates, is constantly increasing. A new research area investigates whether the Atomic Force Microscopy (AFM) techniques that use nanometer-sharp tips for imaging and investigating the structure of materials down to the atomic scale, can be exploited to create data storage devices capable of storing data with much higher density than conventional devices. To achieve high data read/write rates, micro-electro-mechanical-systems (MEMS) with arrays of probes operating simultaneously are used, with each probe performing read/write/erase operations in a dedicated storage field. Several methods of probe-based data recording have been proposed and experimentally studied. One such method is the thermomechanical one, where digital information is stored by forming nanometer-scale indentations in thin polymer films. The presence or absence of indentations corresponds to logical ones or zeros, respectively. The user data are stored in the form of sequences of indentations. For writing and reading data, the storage medium is moved at a constant velocity underneath the array of probes. This movement is achieved using a MEMS-based microscanner with X/Y motion capability. During the read/write operations, the movement of the probes must be extremely precise, since even the slightest deviations from the reference movement increase the data error rate in a non-linear way. Apart from the intrinsic thermal and quantization noise, other causes that result to deviations in the movement of the probes, are, among others, a mechanical failure of a tip or a dust particle on the polymer medium. In these cases burst errors appear in a single field. Another severe error condition is observed when an external disturbance is applied to the system. In this case, all probes are affected simultaneously by the same statistical characteristics, leading to the occurrence of burst errors in all fields. Consequently, these storage systems are prone to burst errors. In storage systems, user data are usually exchanged in the form of fixed-size sectors. Due to the simultaneous movement of all probes, the technique of partitioning the user data sector into equal parts, each of which is stored in a different field, is usually applied. To deal with burst errors, a combination of non-binary Reed-Solomon (RS) error correction codes and appropriate interleaving circuits is used. So, initially each sector is divided into a number of codewords, depending on the characteristics of the RS code. However, depending on the system parameters it may not be possible to allocate the same number of data in all storage fields. In such a case, the gaps are filled with zero padding symbols, reducing the storage efficiency of the device, especially when the number of fields is large. The thesis proposes an optimal data allocation method that eliminates the unnecessary information, and therefore maximizes the storage efficiency of the device and increases at the same time the system capacity compared with the hitherto known processes. The thesis also studies the reliability of a probe-based storage device with multiple fields. The fact that these systems are prone to burst errors makes it critical to study their reliability for all possible cases of errors that may occur and investigate the effect of the various system parameters, such as the number of storage fields, the sector size and the RS code rate, on the error correction capability of the system, so that the optimal combination is determined. Regarding storage systems, the reliability is defined as the probability of correct sector retrieval. For that reason, the necessary mathematical models have been developed and the equations have been specified, which allow the calculation of the correct sector retrieval probability when the system is affected by all types of errors, namely random errors and burst errors, either in a single storage field or in all fields simultaneously. Particular focus was placed on the modeling of burst errors that occur simultaneously in all storage fields, due to the application of external disturbances to the entire system, which is the main source of errors that can lead the system to failure. A complete burst errors channel model has been developed, which describes the correlation between the deviations in the movement of the probes and the probability of error appearance in the data stored in the multiple fields. Based on experimental data, the effect of the disturbance on the reading channel is described, while the burst errors that appear consequently in the symbols stored in the various fields are modeled using Markov processes. It is thus possible to study thoroughly the physical mechanism that introduces burst errors in the multiple storage fields, the correlation of the errors that occur simultaneously in the different fields, as well as the impact of the level of the external disturbances on the error correction capability of the decoding scheme. The study of the correlation among the burst errors that appear in all storage fields due to external disturbances led to the development of a new method that exploits the simultaneous operation of the probes and the possibility to extend the error correction capability of the RS codes, when the position of a number of errors, called erasures, is known, and improves the reliability of the decoding procedures without increasing the redundancy used in the system. The proposed method is applicable when the disturbance is such that it leads to a sector retrieval failure but at least one codeword was properly corrected and the positions of its errors are revealed. Based on the known error locations, an estimate of the probability that the symbols that lie at the same positions in the other fields, but belong to non-decodable codewords, are in error is produced. Then, a second decoding iteration that employs the additional information is executed. The results regarding the performance of the method show that there is a big improvement in the error correction capability of the system. In summary, the thesis deals with the optimization of the data allocation method in storage systems that use multiple fields that operate simultaneously, the modeling of the different types of errors that occur in such systems, the analysis of the reliability of the decoding and data interleaving procedures and finally, the introduction of new methods that improve their effectiveness.

Σκοπός της παρούσης εργασίας είναι να παρουσιάσει τα ηλεκτρομαγνητικά, ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία που δέχεται ο άνθρωπος στην καθημερινότητά του, είτε αυτά παράγονται από φυσικές πηγές όπως είναι ο ήλιος, είτε από τεχνητές πηγές όπως είναι οι ηλεκτρικές συσκευές, η κινητή τηλεφωνία, το ηλεκτρικό δίκτυο κ.ά. Επίσης, παρουσιάζονται οι τρόποι υπολογισμού της έκθεσης του ανθρώπου στα πεδία αυτά και τα πιθανά προβλήματα που παρουσιάζονται στην υγεία του ανθρώπου εξαιτίας της έκθεσης. / Nowadays, human is continually exposed to electromagnetic fields, which are produced by nature or artificial sources which has discovered himself. However, the issue that troubles people is whether their health is affected by these fields or not. In this question have been trying to get answers the scientists, international and governmental organizations by carrying out measurements and scientific researches in order to define the impacts of electromagnetic fields on human’s health and determine the exposition limits to these fields. The target of this work is to present the electromagnetic, electric and magnetic fields which human receives in his daily routine, whether are produced by natural sources like sun or artificial sources like household appliances, mobile phones, electricity etc. Furthermore, are being displayed ways of estimation of human’s exposure to these fields and probable repercussions in human’s health owing to this exposure. In chapter two, there is an extensive reference to basic rudiments of fields and their main sources. In addition, are being defined typical magnitudes which are used in specification of electromagnetic fields and human’s exposure to these. In chapter three, are displayed the basic facts of ionizing radiation and its impacts on human. It is mostly presented the main source of ionizing radiation which is ultraviolet radiation of sun and problems which are produced. In chapter four, there is an extensive reference to fields which are produced by household appliances used in people’s houses and how are affect their health. 7 In chapter five, are being presented the basic facts of conveyance and distribution main of Γ.Δ.Ζ and at the same time are defined the impacts which the fields produce when they are near inhabitable areas. In chapter six, are mentioned the problems which can cause mobile phones and generally mobile telephony network which exists in the country through the fields which they produce. In chapter seven, there is a reference to the several types of radar which are used and their results. Whereas, in the next chapter there is a reference to the use of electromagnetic fields in medicine and are being presented radiation doses which we receive through examinations and other problems which can cause. Furthermore, are being presented the exposure limits which take effect in our country and European Union and also the way of analysis of exposure to multiple sources. In chapter eleven, there is a reference to macroscopic and microscopic analysis of exposure to electromagnetic fields. In the last chapter, there are being presented the ways of measurement of human’s exposure to electromagnetic fields with frequency up to 300 GHz.

Μελετάμε θεωρητικά το φάσμα εκπομπής και την δημιουργία υψηλών αρμονικών σε ημιαγώγιμη κβαντική δομή, παρουσία εξωτερικών ηλεκτρομαγνητικών πεδίων τα οποία αλληλεπιδρούν με δύο υποζώνες του κβαντικού συστήματος. Στην μελέτη μας λαμβάνουμε υπόψη το φαινόμενο της αλληλεπίδρασης ηλεκτρονίου-ηλεκτρονίου. Για την περιγραφή της δυναμικής του συστήματος χρησιμοποιούμε τις μη γραμμικές διαφορικές εξισώσεις των στοιχείων του πίνακα πυκνότητας, στα πλαίσια της προσέγγισης περιστρεφόμενου πεδίου. Οι διαφορικές εξισώσεις της μήτρας πυκνότητας λύνονται αριθμητικά για κβαντικό πηγάδι GaAs/GaAlAs. Δείχνουμε ότι το φάσμα εκπομπής και η δημιουργία υψηλών αρμονικών εξαρτάται από τα γεομετρικά χαρακτηριστκά της δομής, από τις παραμέτρους του εξωτερικού πεδίου (συχνότητα και ένταση), και από την επιφανειακή πυκνότητα ηλεκτρονίων. / We study theoretically the emission spectrum and the generation of high harmonics in a two-subband system in a semiconductor quantum well structure. In our study we take into account the effects of electron-electron interactions and consider the interaction of the two-subband system with external electromagnetic fields. For the description of the system dynamics we use the nonlinear differential equations of the density matrix elements, under the rotating wave approximation. These equations are solved numerically for a GaAs/AlGaAs quantum well structure. We show that the emission spectrum and the generation of high harmonics depends on the geometrical characteristics of the system, the external parameters (frequency and intensity of the applied fields) and on the electron sheet density.