Στην παρούσα διπλωματική εργασία γίνεται καταγραφή σημάτων τάσης, ρεύματος, ηλεκτρικού πεδίου και εκπεμπόμενου φωτός κατά την εφαρμογή κρουστικών τάσεων σε ένα διάκενο ανομοιογενούς πεδίου ράβδου-πλάκας. Σκοπός της εργασίας είναι η μελέτη φαινομένων που προηγούνται της διάσπασης σε ένα διάκενο ράβδου-πλάκας χρησιμοποιώντας ένα καθετήρα μέτρησης πεδίου τύπου Meek-Collins στο επίπεδο της πλάκας, και η ταυτόχρονη λήψη σημάτων ρεύματος και φωτός προς την επαλήθευση της ορθής λειτουργίας του καθετήρα. Στο πρώτο κεφάλαιο δίνεται το απαραίτητο θεωρητικό υπόβαθρο αναφορικά με τους μηχανισμούς διάσπασης σε διάκενα αερίων (ομοιογενή και ανομοιογενή). Γίνεται επίσης αναφορά στη στατιστική ανάλυση των πειραματικών αποτελεσμάτων για το χαρακτηρισμό των διακένων. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζεται η πειραματική διάταξη και ο εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκε. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στην αρχή λειτουργίας και την κατασκευή του καθετήρα Meek-Collins. Στο τρίτο κεφάλαιο αναλύονται η πειραματική διαδικασία και τα αποτελέσματα των πειραματικών μετρήσεων. Τέλος, στο τέταρτο κεφάλαιο, παρουσιάζονται συνοπτικά τα συμπεράσματα που προέκυψαν από την εκπόνηση της παρούσας εργασίας. / The present diploma thesis is devoted to the acquisition of voltage, current, electric field, and emitted light waveforms during the application of impulse voltages to a non-uniform rod-to-plane gap. The main claim of this work is the study of the prebreakdown effects in a rod-to-plane gap by means of an electric field measuring probe (Meek-Collins), and the simultaneous acquisition of current and light signals for confirming the probe functionality. In the first chapter, the appropriate theoretical background related to the breakdown mechanisms of gas gaps (both uniform and non-uniform) is provided. The statistical analysis of experimental results for gap characterization is also mentioned. In the second chapter, the experimental setup and the equipment used are presented. The fundamental principle and the construction details of the Meek-Collins probe are emphasized. In the third chapter, the process followed and the experimental results are analyzed. Eventually, in the fourth chapter, the conclusions of this work are briefly presented. The present diploma thesis is inter-related to the one of Mr George Vagenas, whose work was realized in the High Voltage Laboratory on the construction and calibration of the Meek-Collins probe used herein. In practice, both theses were carried out in parallel.

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η εύρεση γεωμετρικών χαρακτηριστικών των αιμοσφαιρίων με ψηφιακή επεξεργασία της σκεδασμένης μονοχρωματικής ακτινοβολίας. Αποτελείται από 5 κεφάλαια. Σε αυτά περιλαμβάνεται η ανάπτυξη, η υλοποίηση και τα αποτελέσματα τεχνικών για την ψηφιακή ανάλυση κι επεξεργασία ιατρικών εικόνων κάτι που παρουσιάζει ιδιαίτερο επιστημονικό ενδιαφέρον. Oι αλγόριθμοι που αναπτύχθηκαν υλοποιήθηκαν με τη βοήθεια του MATLAB 7.1. O κώδικας προγραμματίστηκε από τον Κύριο Aποστολόπουλο και τα αποτελέσματα της εξομοίωσής τους αξιολογήθηκαν σε συνεργασία με τον καθηγητή Κύριο Δερματά. Στο κεφάλαιο 1 επιχειρείται μια εμπεριστατωμένη ανασκόπηση της διεθνούς βιβλιογραφίας πάνω στα ερευνητικά θέματα που άπτονται του “ευθέως προβλήματος” ως θεωρητικό μοντέλο. Αποτελείται από έξι υποκεφάλαια με το πρώτο να αφιερώνεται στη θεωρητική ανάλυση της σκέδασης της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας (ΗΜ). Στο δεύτερο υποκεφάλαιο γίνεται βιβλιογραφική ανασκόπηση εργασιών που ασχολούνται με τη φυσιολογία και τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά των ερυθροκυττάρων, ενώ στο τρίτο υποκεφάλαιο αναλύεται το “ευθύ πρόβλημα σκέδασης”. Στη συνέχεια αναλύεται η σκέδαση ανθρώπινου αιμοσφαιρίου από Ηe-Νe laser και από ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Τέλος παρατίθενται εικόνες από laser, οι οποίες προέκυψαν από πειράματα του Κυρίου Τσινόπουλου. Στο κεφάλαιο 2, αναφέρονται βασικές έννοιες ηλεκτρομαγνητισμού και σκέδασης ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Αρχικά ορίζεται το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα και η οπτική Η/Μ ακτινοβολία, η δομή της ύλης και των ατόμων και η απορρόφηση του φωτός από ερυθρά αιμοσφαίρια. Στο τέταρτο υποκεφάλαιο γίνεται μια εκτενής αναφορά στη θεωρία του ηλεκτρομαγνητισμού, τις εξισώσεις Maxwell και τις μακροσκοπικές ιδιότητες του μέσου, για κενό χώρο, ισότροπο και ανισότροπο μέσο καθώς επίσης και οι συνοριακές συνθήκες. Τέλος διατυπώνεται η κυματική μορφή των εξισώσεων Maxwell. Στο κεφάλαιο 3 παρουσιάζονται εφαρμογές παρόμοιων πειραμάτων με το “ευθύ πρόβλημα” σκέδασης ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας σχετικά με τη σκέδαση μικροσωματιδίων. Αρχικά αναλύονται εκτενώς τεχνικές της βιοτεχνολογίας και ιατρικής, όπως η ακτινοδιαγνωστική, η αθηροσκλήρωση και η βρογχοσκόπηση. Στη συνέχεια παρατίθενται εφαρμογές πέραν της ιατρικής οι οποίες παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον στη βελτίωση του βιοτικού επιπέδου. Ανάμεσα σ’ αυτές είναι ο προσδιορισμός του μεγέθους βακτηριδίων και η χρήση του Radar. Στο κεφάλαιο 4 περιγράφεται η γενική μορφή του “αντίστροφου προβλήματος” ηλεκτρομαγνητικής σκέδασης. Αρχικά παρατίθενται ο ορισμός του προβλήματος, τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα. Στη συνέχεια παρουσιάζεται εκτενώς η επαναληπτική μέθοδος του “αντίστροφου προβλήματος” ηλεκτρομαγνητικής σκέδασης. Τέλος μοντελοποιούμε το παραπάνω πρόβλημα και αναλύονται τα προβλήματα που προκύπτουν ως αποτέλεσμα ενός παραδείγματος αναδημιουργίας αεροσκάφους με “αντίστροφη σκέδαση”. Στο κεφάλαιο 5 παρουσιάζονται εφαρμογές “αντίστροφων προβλημάτων” ηλεκτρομαγνητικής σκέδασης, καθώς και τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματά τους. Μερικές από αυτές τις εφαρμογές αναλύονται εκτενώς, όπως η εκτίμηση μεγέθους κοπαδιού ψαριών με αεροφωτογραφία, η επισκόπηση αρχαιολογικής γεωφυσικής και η σκέδαση φωτός δισδιάστατης γωνίας για το χαρακτηρισμό των μικροσωματιδίων αεροσκάφους. Στο κεφάλαιο 6 αναλύεται πειραματικά το “αντίστροφο πρόβλημα” σκέδασης με αναφορές σε βασικές έννοιες που χρησιμοποιούνται στο παρόν πείραμα, όπως η κανονικοποίηση εικόνας, ο DCT (Discrete Cosine Transform) και το νευρωνικό Δίκτυο. Εν συνεχεία εκτιμάται το μέγεθος και η μορφή του RBC με το “αντίστροφο πρόβλημα” σκέδασης. Τα προκύπτοντα μεγέθη μετασχηματίζουμε με Discrete Cosine Transform (DCT) κι εξάγουμε χαρακτηριστικά γνωρίσματα. Στη συνέχεια κανονικοποιούμε τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα και προβλέπουμε τα νευρωνικά δίκτυα για το μέγεθος και τη μορφή των RBC. Τέλος εξάγονται πειραματικά αποτελέσματα και συμπεράσματα. Στο τελευταίο κεφάλαιο δίνονται οι μετρήσεις των ερυθροκυττάρων. Γίνεται μια γενική αναφορά στις εικόνες και την ψηφιακή επεξεργασία τους με τη βοήθεια του MATLAB 7.1. Αναφέρονται οι τύποι των εικόνων και η δομή τους καθώς και τα χρήσιμα Φίλτρα Εξάλειψης Θορύβου Εικόνας. Τέλος παρατίθενται οι γραφικές παραστάσεις που προκύπτουν από το Μatlab 7.1 του μέσου απόλυτου σφάλματος (Regression Error) και της επιτυχίας αναγνώρισης σχετικά με τον αριθμό των νευρώνων και σχολιάζονται αναλυτικά. / -

Η παρουσία σκόνης στο πλάσμα απασχόλησε ιδιαίτερα τους μελετητές στην εκτέλεση εφαρμογών υψηλής τεχνολογίας και κατασκευής. Η εμφάνιση των σωματιδίων μέσα σε αντιδραστήρες πλάσματος, μόλυνε τα υποστρώματα, μείωνοντας κατά αυτό το τρόπο την παραγωγική διαδικασία και διαταράσοντας με απρόβλεπτους τρόπους το πλάσμα. Ο σχηματισμός και η πυρήνωση των σωματιδίων μέσα στο πλάσμα είχε τεράστιες επιπτώσεις στις βιομηχανίες (οικονομικές κτλ.). Βέβαια με την πάροδο των χρόνων και τις αλλεπάληλες μελέτες που έγιναν οι επιστήμονες κατάφεραν να ελέγξουν αυτό το συνεχή σχηματισμό σωματιδίων. Με τον καιρό, κάποιοι μελετητές εκμεταλεύτηκαν την παρουσία σκόνης και οδηγήθηκαν στην ανάπτηξη νέων προϊόντων. Αυτή είναι η περίπτωση των πολυμορφικών ηλιακών κυττάρων (δηλ. αμορφα υδρογονωμενα ηλιακά κύτταρα με ενσωματωμένους νανοκρυσταλλίτες). Η κατασκευή αυτή έγινε απο την ομάδα του Roca i Cabarrocas του Πολυτεχνείου Ecole στην Γαλλία. Στην παρούσα εργασία θα γίνει η μελέτη σχηματισμού και ανάπτυξης των σωματιδίων στα διάφορα στάδιά τους και θα παρουσιαστούν διάφοροι τρόποι ανίχνευσης αυτών. Σκοπός μας είναι να βρούμε την ακριβή χρονική στιγμή σχηματισμού της σκόνης και να επεμβαίνουμε ώστε να σταματάμε την περαιτέρω ανάπτυξή της. / -

Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη μέτρησης της διασποράς μεγέθους λιποσωμάτων με την τεχνική της συντονιζόμενης ανίχνευσης παλμών ωμικού ρεύματος, σε σύγκριση με την μέθοδο της δυναμικής σκέδασης φωτός, που χρησιμοποιείται συνήθως. Για τον σκοπό αυτό, μελετήθηκε η διασπορά μεγέθους διαφόρων λιποσωμικών διασπορών, σε διάφορους χρόνους μετά την παρασκευή τους, πριν και μετά από λυοφιλοποίηση, καθώς και όταν επωάστηκαν (για διάφορες χρονικές περιόδους) παρουσία πρωτεϊνών. Όλοι οι τύποι λιποσωμάτων χαρακτηρίστηκαν ως προς το μέγεθος και τον δείκτη πολυδιασποράς και με τις δύο τεχνικές: Δυναμική σκέδαση φωτός (DLS) και την τεχνική συντονισμένης ανίχνευσης παλμών ωμικού ρεύματος (TRPS). Από την μελέτη σταθερότητας μεγέθους των λιποσωμάτων μετά από λυοφιλοποίηση (freeze-drying), φαίνεται ότι η σταθερότητα του μεγέθους, εξαρτάται από το υδατικό μέσο στο οποίο βρίσκονται και από την λιπιδική συγκέντρωση του δείγματος. Ακόμα, έγινε προσπάθεια να διερευνηθεί αν το ποσοστό του φορτίου που φέρουν τα λιποσώματα, επηρεάζει την σταθερότητα του μεγέθους, και παρασκευάστηκαν SUV λιποσώματα με διαφορετικό φορτίο. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα, η σταθερότητα μεγέθους των λιποσωμάτων με την πάροδο του χρόνου, δεν εξαρτάται από τη συγκέντρωση της διασποράς (τουλάχιστον στην περιοχή συγκεντρώσεων που μελετήθηκαν), αλλά από το φορτίο που φέρουν. Πιο συγκεκριμένα, στα λιποσώματα με 20% PG, το μέγεθος αυξήθηκε κατά 5-22%, σε αντίθεση με τα λιποσώματα που φέρουν 10% PG, στα οποία το μέγεθος αυξήθηκε κατά 2,5-10%. Τέλος, η επώαση παρουσία πρωτεϊνών, φάνηκε να επηρεάζει σημαντικά το μέγεθος των λιποσωμάτων (με και χωρίς φορτίο) μετά από 48 ώρες. / The aim of this study is to investigate the results of a TRPS technique to measure the size distribution of various types of liposomes in comparison with those obtained by the classically used DLS methodology. For this, the size stability of liposomes was studied (using both techniques) before and after a freeze drying cycle, and also before and after their incubation (for various time periods) in presence of proteins. All types of liposomes were characterized for their size and polydispersity index, by using the two techniques: Dynamic light scattering (DLS) and Tunable Resistive Pulse Sensing (TRPS). The size stability study of liposomes, after freeze-drying, was found to depend on the aqueous medium in which they are dispersed (buffer or glucose) and (more) on the lipid concentration of the dispersions. The effect of adding a charged lipid in the liposome bilayer on their size stability was additionally investigated. For this, charged and non-charged SUV liposomes were prepared. According to the results the size stability of liposomes is affected by their charge. Specifically, liposomes with 20% PG, size increased by 5-22 % and liposomes with 10% PG, size increased by 2,5-10 %. Finally, the size stability of liposomes in the presence of proteins was studied, by using two different liposome types, with or without charge. The results showed that the size distribution remained stable during the first 48 hours of incubation but after that, liposome size was significantly increased.

Ο σκοπός της παρούσας διατριβής είναι να συμβάλει στην επιλογή του βέλτιστου σπινθηριστή ανάμεσα σε αυτούς που χρησιμοποιούνται στα σύγχρονα απεικονιστικά συστήματα τομογραφίας εκπομπής ποζιτρονίων PET και PET μικρών ζώων, ο οποίος θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε ένα ανιχνευτικό σύστημα πολλαπλών εφαρμογών PET/CT, MV CBCT, κλπ.) με έναν κοινό ανιχνευτή. Για το σκοπό αυτό μελετήθηκαν δείγματα από τους ακόλουθους κρυσταλλικούς σπινθηριστές: α) πυριτικού οξειδίου του γαδολινίου (GSO), β) πυριτικού οξειδίου του λουτεσίου (LSO), γ) πυριτικού οξειδίου του λουτεσίου-υτρίου (LΥSO), δ) αλουμινικού οξειδίου του υτρίου (YAP) και ε) αλουμινικού οξειδίου του λουτεσίου-υτρίου (LuYAP). Όλα τα δείγματα των σπινθηριστών ήταν ενεργοποιημένα με τρισθενές δημήτριο (Ce+3). Η μελέτη έγινε σε ευρεία κλίμακα ενεργειών (20kV-18MV). / The aim of this thesis was to select the best scintillator among the ones currently used in PET and animal PET systems, which could be used in a single detector multimodality scanner. To this aim crystal samples of GSO, LSO, LYSO, LuYAP and YAP scintillators, doped with cerium (Ce+3) were examined under a wide energy range (from 20kV-18MV). Measurements concerning determination of absolute efficiency, energy absorption efficiency, intrinsic conversion efficiency, detector optical gain and detector quantum efficiency, giving information on light yield and the intrinsic properties of the scintillators. Information on the compatibility of the light emission spectrum of the scintillators with the currently used optical photon detectors was obtained by calculating the spectral matching factors of each scintillator examined.

Λόγω της διαφάνειας των οφθαλμικών ιστών η σκέδαση φωτός αποτελεί ιδανικό εργαλείο για την ανίχνευση των αρχικών σταδίων ορισμένων παθολογικών τους καταστάσεων. Για παράδειγμα, η θόλωση του φακού των θηλαστικών λόγω ηλικίας ή/και άλλων εξωγενών αιτίων καλείται καταρράκτης. Ο καταρράκτης δεν μπορεί να διαγνωστεί κλινικά σε πρώιμο στάδιο με αποτέλεσμα την δημιουργία σοβαρών προβλημάτων στην όραση. Το γεγονός ότι το φως έχει την ικανότητα να ανιχνεύει τις μοριακές αλλαγές οι οποίες είναι πρόδρομα συμπτώματα του καταρράκτη αναδεικνύει την σημασία της έγκαιρης διάγνωσης στην αντιμετώπιση διάφορων οφθαλμικών παθήσεων. Ο φακός θεωρείται ως ένα πυκνό διάλυμα πρωτεϊνών (κρυσταλλίνες, ~40 % wt) σε νερό και η αδιαφάνεια η οποία αποτελεί την εκδήλωση του καταρράκτη προκαλείται ουσιαστικά από την συσσωμάτωση των πρωτεϊνών. Στόχος αυτής της διατριβής είναι η διερεύνηση των μοριακών μεταβολών οι οποίες λαμβάνουν χώρα κατά την ανάπτυξη του καταρράκτη. Ιδιαίτερη σημασία δίνεται επίσης στην ανάπτυξη μιας μη-επεμβατικής μεθοδολογίας για έγκαιρη διάγνωση οφθαλμικών παθήσεων με τη βοήθεια της δυναμικής σκέδασης φωτός. Με την βοήθεια της τεχνικής αυτής, κατάλληλα τροποποιημένης για την μελέτη οφθαλμικών ιστών, μελετήθηκαν οι δυναμικές ιδιότητες των πρωτεϊνών χοίρειων φακών (π.χ. οι συντελεστές διάχυσης, η θερμοκρασιακή τους εξάρτηση σε διάφορα μέρη του φακού, κλπ.) χρησιμοποιώντας το πειραματικό μοντέλο του “ψυχρού” καταρράκτη. Στο μοντέλο αυτό η ελεγχόμενη ψύξη φακών επιφέρει βαθμιαία καταρρακτογένεση. Ιδιαίτερη έμφαση δόθηκε σε τέσσερα κυρίως είδη περαμάτων. (α) Μελέτη της εμφάνισης του ψυχρού καταρράκτη στον πυρήνα του φακού. (β) Μελέτη της επίδρασης του μήκους κύματος της ακτινοβολίας στην εμφάνιση και στην έκταση του φαινομένου του ψυχρού καταρράκτη. (γ) Μελέτη του φαινομένου του ψυχρού καταρράκτη κατά μήκος μιας διαμέτρου του φακού, δεδομένης της βαθμίδας συγκέντρωσης των πρωτεϊνών του φακού (μεγάλη συγκέντρωση στον πυρήνα και μικρή συγκέντρωση στην περιφέρεια του φακού). (δ) Μελέτη του επίδρασης της προθέρμανσης του φακού σε θερμοκρασίες υψηλότερες της φυσιολογικής στο φαινόμενο του ψυχρού καταρράκτη. Τα βασικά συμπεράσματα της παρούσας διατριβής συνοψίζονται ως εξής. Υπάρχουν σαφείς συσχετισμοί μεταξύ των φασματικών χαρακτηριστικών (συναρτήσεις αυτοσυσχέτισης) και των ιεραρχικών σταδίων ανάπτυξης του καταρράκτη. Ποιοτικές και ποσοτικές αλλαγές στην θερμοκρασιακή εξάρτηση διαφόρων παραμέτρων, οι οποίες σχετίζονται με τις μοριακές διαμορφώσεις των αρχικών σταδίων του καταρράκτη, εμφανίζονται ήδη από τους 17 oC όπου ο πυρήνας του φακού είναι ακόμα διαυγής. Η χρήση ακτινοβολίας κοντά στο υπεριώδες μέρος τους φάσματος ενισχύει την ανάπτυξη του ψυχρού καταρράκτη στον πυρήνα του φακού. Ο ψυχρός καταρράκτης δεν αναπτύσσεται στην περιφέρεια του φακού. Η προθέρμανση του φακού σε συγκεκριμένη θερμοκρασία καθώς και ο χρόνος παραμονής σε αυτήν επηρεάζει σημαντικά την ανάπτυξη του ψυχρού καταρράκτη στον πυρήνα αλλά όχι στην περιφέρεια του φακού. Όλα τα παραπάνω δείχνουν πως η δυναμική σκέδαση φωτός μπορεί να παρέχει παραμέτρους οι οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν με επιτυχία ως ευαίσθητοι και αξιόπιστοι δείκτες της έγκαιρης, μη-επεμβατικής, και in vivo διάγνωσης του καταρράκτη. / On account of the transparency of ophthalmic tissues, light scattering is an ideal tool for detecting the early stages of some of their pathological conditions. For example, the opacity of the mammalian lens due to age or other external causes is called cataract. Cataract cannot be detected clinically at early stages and as a result serious vision problems appear. The fact that, light has the ability to detect molecular changes that are related to the mechanism of cataract formation draws attention to the importance of early diagnosis in ophthalmic disorders. The lens can be considered as a dense colloidal protein dispersion (crystallins, ~ 40% wt) in water where the opacity that leads to cataract formation how its basis to the aggregation of proteins. This dissertation is aimed at studying the molecular changes that take place upon cataract development. Particular emphasis is paid to the development of a non-invasive methodology for early diagnosis of ocular diseases with the aid of dynamic light scattering. By means of this technique, suitably modified for the study of ophthalmic tissues, the dynamic properties of the proteins of porcine lenses (e.g. diffusion coefficients and their temperature dependence at various parts inside the lens, etc.) were studied by using the experimental model of ‘cold’ cataract. In cold cataract the controlled cooling of the lens at temperatures below the physiological one induces gradual cataractogenesis. In particular, we focused on four kinds of experiments. (a) Detailed study on the cold cataract onset in the lens nucleus. (b) Study on the effect of the laser light wavelength in the onset and the extent development of cold cataract. (c) Study of the cold cataract effect along an equatorial diameter of the lens, considering the gradual concentration of the lens proteins (high protein concentration in the nucleus and low concentration in the cortex). (d) Study on the effect of thermal history, i.e. by warming up the lens at temperatures higher than the physiological one on the cold cataract effect. The basic conclusions of the present dissertation are summarized as follows: There are clear correlations between the spectral characteristics (autocorrelation functions) and the hierarchical stages of the onset of cataract. Qualitative and quantitative changes in the temperature dependence of several parameters, which are related with the diffusive motions of proteins at the early stages of cataract, appear already at 17 oC while the nucleus is still clear and highly transparent. The use of laser radiation close to the ultraviolet part of the spectrum seems to enhance the formation of cold cataract in the lens nucleus. Cold cataract does not develop at the cortex of the lens, in view of the low protein concentration. The lens pre-heating at a certain temperature for various time periods affects significantly cold cataract formation in the lens nucleus but not in lens cortex. The above mentioned make clear that dynamic light scattering can indeed provide useful parameters that can be successfully used as sensitive and reliable indicators for the early, non-invasive diagnosis of cataract in mammalian lenses and in vivo.

Στόχος της εργασίας αυτής είναι αφενός μεν η διερεύνηση των νοητικών παραστάσεων των μαθητών 14-15 ετων σε σχέση με τη διάθλαση του φωτός, αφετέρου η διδακτική παρέμβαση σε ένα δείγμα 213 μαθητών διαφόρων σχολείων με τέσσερις διαφορετικές στρατηγικές. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η χρήση των προσομοιώσεων σχεδιασμένων με το λογισμικό ανοικτού τύπου Interactive Physics συνέβαλλε ουσιαστικά στο μετασχηματισμό των αρχικών νοητικών παραστάσων των μαθητών και βελτίωσε ποσοτικά αλλά και ποιοτικά την επίδοση των μαθητών στο γνωστικό αντικείμενο. / This work is the inverstigation of mental representations of 14-15 secondary educatinal students in relation to the refraction of light and the teaching in a samle of 213 students with four different strategies.The results showed that the use of simulations designed with the open source software Interactive Physics significantly contributed to the trasformation of the initial mental representations of students and improved quantitatively and qualitatively the progress of students in the subject .

Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως αντικείμενο την μελέτη της επίδρασης της μορφής της ανόδου στην παραγωγή εκκενώσεων τύπου αίγλης. Για τον σκοπό αυτό μελετώνται οι εκκενώσεις που παράγονται στο εσωτερικό ενός αντιδραστήρα παραγωγής ψυχρού πλάσματος, μεταξύ μιας μη συμμετρικής διάταξης ηλεκτροδίων (διάκενο ακίδας-πλάκας), ο οποίος βρίσκεται στο εργαστήριο Ηλεκτροτεχνικών Υλικών του τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών. Ειδικότερα, μελετώνται οι εκκενώσεις για τρεις διαφορετικούς τύπους ανόδου, κατασκευασμένες από διαφορετικό υλικό κάθε φορά, πραγματοποιώντας μια σειρά μετρήσεων από τις οποίες εξάγονται οι χαρακτηριστικές τάσης-ρεύματος για διάφορες τιμές της πίεσης εντός του αντιδραστήρα και για δύο διαφορετικές τιμές του μήκους του διακένου. Επιπρόσθετα, για τις παραπάνω συνθήκες, λαμβάνονται παλμοί ρεύματος και φωτός(με την βοήθεια ενός φωτοπολλαπλασιαστή) της εκκένωσης, οι οποίοι απεικονίζουν την φωτεινή δραστηριότητα κατά μήκος του διακένου. Από την επεξεργασία όλων των παραπάνω μετρήσεων, γίνεται προσπάθεια εξαγωγής συμπερασμάτων σχετικά με την επίδραση που δύναται να έχει η μορφή της ανόδου, στην παραγωγή μιας εκκένωσης αίγλης. Ειδικότερα: •Στο πρώτο κεφάλαιο, γίνεται μια σύντομη ιστορική αναφορά και αναφέρονται κάποιες βασικές γνώσεις και χαρακτηριστικά που αφορούν στο πλάσμα. •Στο δεύτερο κεφάλαιο, παρατίθενται συνοπτικά τα καθεστώτα λειτουργίας μιας εκκένωσης αίγλης και συγχρόνως αναλύεται η εκκένωση, από φαινομενολογικής άποψης. •Στο τρίτο κεφάλαιο, περιγράφεται αναλυτικά η πειραματική διάταξη στην οποία έγινε το σύνολο των μετρήσεων. Παρουσιάζονται τα επιμέρους όργανα, που χρησιμοποιούνται για την μέτρηση συγκεκριμένων μεγεθών και ταυτόχρονα παρατίθενται διάφορες φωτογραφίες που απεικονίζουν οπτικά τα επιμέρους τμήματα που την απαρτίζουν. •Στο τέταρτο κεφάλαιο, παρουσιάζεται το σύνολο των μετρήσεων, το οποίο περιλαμβάνει χαρακτηριστικές τάσης-ρεύματος, παλμούς ρεύματος και παλμούς φωτός για τις τρεις διαφορετικές ακίδες, για μια σειρά συνθηκών καθώς και συγκρίσεις διαφόρων μεγεθών που εξάγονται από τα παραπάνω. / In this thesis, the effect of the anode’s geometry on the production of glow discharges is studied. For this purpose, glow discharges produced inside a cold plasma reactor, between a non-symmetrical set-up of electrodes, are investigated. In particular, we study glow discharges for three types of anode, which are made of different materials. Initially, a series of measurements of the gap voltage and current is taken and the V-I characteristics are extracted, each for different values of pressure inside the reactor and two different values of gap length (d=1cm, d=2cm). Furthermore, for the above conditions, several current and light impulses (using a photomultiplier) are recorded, demonstrating the light distribution and light emission among the gap. Using all the above measurement, the effect of the anode’s geometry on the glow discharge production is analyzed. In summary, the following subjects are treated: • Basic characteristics of plasma and short historical reference. •Short reference to different functional regimes of a glow discharge and phenomenological analysis of the discharge. •Description of the experimental set-up and measuring instruments. •Experimental measurements of current and gap voltage (V-I characteristics), current pulses, light pulses, conclusions.

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η πειραματική μελέτη ηλεκτρικής εκκένωσης σε χαμηλή πίεση αερίου σε ανομοιογενές ηλεκτρικό πεδίο (διάκενο ακίδα-πλάκα) και η σύγκριση με την ηλεκτρική εκκένωση στο ομογενές πεδίο. Βάση για όλες τις θεωρίες που πραγματεύονται την παραγωγή πλάσματος συνιστά η θεωρία Townsend. Σύμφωνα με αυτή, τα αέρια κατά την εφαρμογή μιας κρίσιμης τιμής τάσης παύουν να είναι μονωτές, υφίστανται ηλεκτρική διάσπαση και μετατρέπονται σε αγωγούς. Προτείνεται έτσι μια πολύ καλή εξήγηση των μηχανισμών των ηλεκτρικών εκκενώσεων που αφορά όμως, μόνο τα ομογενή πεδία. Η πλήρης ερμηνεία τους επιτυγχάνεται με τη θεωρία των κυμάτων ιονισμού που λαμβάνει υπόψην τα μη αμελητέα φορτία χώρου στα οποία εξάλλου και αποδίδει τη μεγάλη ταχύτητα διάδοσης του φαινομένου. Έπειτα, παρουσιάζεται συνοπτικά η εκκένωση αίγλης που συνιστά κατηγορία φαινομένων που αναπτύσσονται όταν το ρεύμα που διαρρέει το διάκενο γίνεται σημαντικό. Στο 1ο κεφάλαιο αναφέρονται και αναλύονται όλες οι έννοιες που εμπίπτουν στην ευρεία έννοια της ηλεκτρικής εκκένωσης. Τονίζονται μεγέθη και παράμετροι της εκκένωσης όπως ο συντελεστής δευτερογενούς παραγωγής ηλεκτρονίων γ που συνδυαζόμενα με τα πειραματικά αποτελέσματα, θα μας δώσουν τελικά χρήσιμα συμπεράσματα. Στο κεφάλαιο 2 περιγράφεται πλήρως η πειραματική διάταξη που χρησιμοποιήθηκε, τα όργανα των μετρήσεων καθώς και τα αέρια που χρησιμοποιήθηκαν. Κατόπιν, αναφέρονται συνοπτικά τα στάδια που πειράματος. Στο κεφάλαιο 3, παρουσιάζονται τα πειραματικά αποτελέσματα για τις ηλεκτρικές εκκενώσεις του αέρα φιάλης για πιέσεις 5-50mbar. Δίνονται οι χαρακτηριστικές καμπύλες V-I, μεμονωμένες και ομαδοποιημένες αλλά και τα αντίστοιχα παλμογραφήματα ρεύματος και φωτός για τις τρεις διαφορετικές πλάκες που χρησιμοποιήθηκαν (ατσαλιού, αλουμινίου και ορείχαλκου). Συμπληρωματικά, σχολιάζονται τα ηλεκτρικά και τα οπτικά χαρακτηριστικά τους και επιχειρείται σύγκριση και αναδεικνύεται το αν οι συνθήκες και το υλικό της καθόδου επηρεάζουν τα αποτελέσματα. Στο κεφάλαιο 4 γίνεται μια ανακεφαλαίωση των παρατηρήσεων που προέκυψαν από το πείραμα και παρουσιάζονται κάποιες σκέψεις. Στο παράρτημα, παρουσιάζεται η αρχή λειτουργίας του φωτοπολλαπλασιαστή. Τέλος, παρουσιάζεται η βιβλιογραφία. / The purpose of this thesis is the experimental study electric dis¬charge at low pressure gas in inhomogeneous electric field (clearance pinplate) and the comparison with the electric discharge in a homogeneous field. Specifically, we look with the help of our experimental results it affects the conditions of the experiment (pressure gap) and the cathode material and highlighting the c factor. Basis for all theories dealing with the production of plasma is the theory Townsend. According to this, the gases in implementing a critical voltage ceases to be insulators, no electrical breakdown and converted pipelines. Thus proposed that a very good explanation of mechanisms of electric prods on, however, only the homogeneous fields. The full interpretation accomplished by the theory of wave ionization (streamer) which takes into consideration the non-negligible space charge in which, moreover, gives the rapidly spreading phenomenon. Then summarizes the glow discharge which is matter phenomena that occur when the current flowing through the gap is significant. In the first chapter reported and analyzed all the concepts covered in the broad sense of the electric discharge. Aggregates are highlighted as the factor c, which combined with the experimental results, will ultimately give us useful conclusions. In Chapter 2 describes the full experimental setup used, the instruments of measurement and the landfill gas were used. Then the steps experiment is been summarized. In Chapter 3 presents the experimental results for electrical discharges in air bottle for pressure 5 -50mbar. We present the characteristic curves V-I, isolated and grouped and the corresponding «photos» of power and light for three different plates were used (steel, aluminum and brass). Additionally, we comment electrical and optical characteristics and attempt to compare and highlights whether the conditions and the material of the cathode affect the results. In Chapter 4 is a summary of comments obtained from the experiment and presents some thoughts. The Annex shows the operating principle of the photomultiplier. Finally, we present the literature.

Τα τελευταία χρόνια, οι μη επεμβατικές μέθοδοι διάγνωσης αλλά και θεραπείας κερδίζουν συνεχώς έδαφος έναντι των παραδοσιακών επεμβατικών μεθόδων. Σκοπός της διπλωματικής αυτής εργασίας είναι η μελέτη της μετάδοσης του φωτός μέσα στο ανθρώπινο δέρμα και κυρίως η μελέτη της απορρόφησης που υφίσταται από αυτό, με σκοπό την μέτρηση βιολογικών συντελεστών, όπως οι συγκεντρώσεις κάποιων ουσιών στον οργανισμό, ο υπολογισμός των οποίων μπορεί να οδηγήσει σε χρήσιμα διαγνωστικά συμπεράσματα. Επίσης, αναλύεται η μέθοδος της παλμικής οξυμετρίας, που χρησιμοποιείται ευρύτατα για την παρακολούθηση του αρτηριακού κορεσμού οξυγόνου και του καρδιακού παλμού. Μετρώντας την απορρόφηση του φωτός σε δύο διαφορετικά μήκη κύματος, ένα στο ερυθρό (660 nm) και ένα στο εγγύς υπέρυθρο (940 nm), και απομονώνοντας το μεταβαλλόμενο μέρος αυτής, που οφείλεται στις διακυμάνσεις στον όγκο του αρτηριακού αίματος, μπορούμε να υπολογίσουμε με τη χρήση του νόμου των Beer-Lambert τον κορεσμό του αίματος σε οξυγόνο μέσω του υπολογισμού των συγκεντρώσεων του σε μειωμένη αιμογλοβίνη και σε οξυαιμογλοβίνη. Τέλος, περιγράφεται η υλοποίηση της μεθόδου και ο σχεδιασμός ενός παλμικού οξυμέτρου ενός chip με τη χρήση του μικροεπεξεργαστή MSP430. / Over recent years, non-invasive methods of diagnosis and treatment are gaining ground against the traditional invasive methods. In this thesis, an integrated review of the transfer of optical radiation into human skin and primarily light absorption through human skin is presented, aiming at measuring biological information, such as concentrations of certain substances in the human body, whose calculation can lead to useful diagnostic conclusions. The method of Pulse Oximetry, which is widely used for monitoring arterial oxygen saturation and heart rate of a patient, is also presented. By measuring the absorption of light at two different wavelengths, one red (660 nm) and one near-infrared (940 nm), and isolating its AC component, which is a result of the variations in the volume of arterial blood, we can calculate the oxygen saturation using the Beer-Lambert law, by estimating the concentrations of oxyhemoglobin and reduced hemoglobin. Moreover, the implementation of a single chip portable pulse oximeter using the ultra low power capability of the MSP430 is demonstrated.