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Regulación electrostática del transporte iónica en el poro bacterial OmpF

García Giménez, Elena 17 December 2009 (has links)
El canal iónico OmpF se encuentra en la membrana externa de la bacteria Escherichia coli. Este canal forma un poro ancho a través de la membrana que permite el intercambio de iones y solutos entre los lados periplásmico y extracelular. La regulación del transporte de iones a través de él está fundamentalmente dominada por interacciones electrostáticas de largo alcance. Es por ello que las propiedades del canal tienen una dependencia con la concentración absoluta de sal (manteniendo constante el gradiente de concentración) y con el pH del medio. El pH modifica el estado de carga de los residuos ionizables del canal. De hecho, la modificación del pH de las disoluciones adyacentes al canal favorece una distribución asimétrica de la carga convirtiendo un canal prácticamente óhmico en un canal rectificador de la corriente. Asimismo, las medidas del potencial a corriente cero en condiciones asimétricas de pH proporcionan información sobre la concentración de carga fija positiva y negativa en una distribución bipolar en base a lo que el formalismo Poisson-Nernst-Planck predice para una membrana bipolar con un balance equilibrado entre la concentración de carga positiva y negativa: una selectividad direccional. Las medidas de selectividad realizadas en disoluciones con diferentes electrolitos permiten la identificación de otras contribuciones a la selectividad. Por una parte, medidas realizadas con distintos iones monovalentes demuestran el papel de la difusión iónica en la selectividad. Esta contribución es debida a la diferente movilidad de los cationes y aniones de la disolución. Por otra parte, medidas realizadas en presencia de cationes divalentes sugieren la existencia de un binding site de cationes divalentes en el canal, con la consecuente posibilidad de que se produzca un fenómeno de inversión de carga en el canal. Sin embargo, serán necesarios estudios con mutantes del canal OmpF para ver sin ninguna ambiguedad que el fenómeno de inversión de carga puede tener lugar.
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Caracterización de aleaciones base Ni-Ti producidas por solidificación rápida (melt-spinning)

Santamarta Martínez, Rubén 25 January 2002 (has links)
En este trabajo se ha caracterizado el efecto memoria de forma y la estabilidad térmica de la transformación martensítica ante varios tratamientos térmicos en varias aleaciones base Ni-Ti fabricadas mediante melt-spinning, un método de solidificación rápida de reciente aplicación en aleaciones con memoria de forma. Las aleaciones estudiadas pertenecen al sistema Ni-Ti, con eventuales adiciones de Cu, Hf o Zr, y han sido caracterizadas mediante varias técnicas experimentales, entre los que cabe destacar el DSC, la máquina de ensayos, el ciclado termomecánico, la difracción de rayos X, y la microscopía electrónica de transmisión. En primer lugar se han determinado las secuencias de transformación de las aleaciones, así como los parámetros de red de las fases que intervienen en la transformación. Asimismo, la microestructura inicial de las cintas fabricadas mediante melt-spinning es rica en defectos (especialmente dislocaciones y pequeños precipitados) y el tamaño de grano es significativamente más pequeño que los observados en materiales fabricados mediante métodos convencionales. Cabe destacar que la transformación martensítica en la aleación equiatómica es la que muestra una mayor estabilidad térmica ante tratamientos térmicos severos a 500 ºC, seguida de las aleaciones con Cu, con un comportamiento intermedio, y de las composiciones con Hf y Zr, las cuales presentan la menor estabilidad térmica. A pesar de ser éstas últimas las únicas composiciones de las caracterizadas que transforman a temperaturas considerablemente por encima de la temperatura ambiente, la baja estabilidad térmica de estas últimas se manifiesta incluso con tratamientos térmicos a 300ºC. Además, tratamientos térmicos en martensita llevados a cabo en las aleaciones con Hf y Zr inducen el efecto conocido como estabilización térmica de la martensita, un efecto hasta ahora desconocido en aleaciones base Ni-Ti. Las energías de activación de este fenómeno se han estimado a partir de resultados calorimétricos. El envejecimiento en mezclas de austenita y martensita también produce estabilización térmica de la martensita por pinning (creación de defectos y/o anclajes) en las interfases martensita-austenita. Aleaciones parcialmente amorfas pueden cristalizarse mediante tratamientos térmicos por encima de la temperatura de cristalización obtenida en el DSC, o bien por debajo de éste, de una manera controlada. La cristalización produce la aparición de pequeños cristales de martensita en las regiones que eran inicialmente amorfas, los cuales transforman a temperaturas mucho más bajas que los grandes cristales de martensita ya existentes en las cintas iniciales. Este cambio de las temperaturas de transformación se atribuye al aumento de los términos no químicos de la ecuación de balance energético de las transformaciones martensíticas termoelásticas. Finalmente, la caracterización del efecto memoria de forma mediante ciclado termomecánico ha mostrado que las deformaciones recuperables obtenidas son del orden de las obtenidas para las aleaciones fabricadas convencionalmente. Esto certifica la posibilidad de emplear las cintas fabricadas mediante melt-spinning en aplicaciones concretas, con la ventaja de que este método produce aleaciones prácticamente listas para su utilización, sin necesidad de tratamientos mecánicos posteriores. Sin embargo, como se ha visto en este trabajo, los esfuerzos de tensión aplicados a las cintas deben limitarse con el fin de evitar la fractura prematura del material. / In the present work, the shape memory effect and the thermal stability of the martensitic transformation under various thermal treatments have been characterized on several Ni-Ti based alloys cast by melt-spinning, a novel technique on shape memory alloys. The studied alloys belong to the Ni-Ti based system, with eventual additions of Cu, Hf or Zr and have been characterized by means of DSC, mechanical testing, thermomechanical cycling, X-ray diffraction and transmission electron microscopy.The sequences of the martensitic transformation and the lattice parameters of the melt spun ribbons have been firstly determined. Additionally, the initial microstructures show a big amount of defects (mainly dislocations and small precipitates) and small grain size in comparison to the bulk alloys.Among all the alloys, the near-equiatomic one show the best thermal stability under severe ageing at 500 ºC, followed by the alloys with Cu and finally by the ones with Hf and Zr additions. The latter ones are the only ones exhibiting transformation temperatures well above room temperature, but their poor thermal stability is shown even at 300 ºC. Moreover, thermal treatments in martensite carried out on the the alloys with Hf and Zr reveal thermal martensite stabilization, which was a novel phenomenon in Ni-Ti based alloys; the activation energies of this process have been estimated. Ageing in mixtures of martensite and austenite on these alloys also promote the thermal martensite stabilization by pinning.Partially amorphous melt spun ribbons can be crystallized by either thermal treatments above the crystallization temperature shown in the DSC or slightly below, in a controlled way. The crystallization promotes the apparition of small crystals from the initial amorphous regions, which transform at very low temperatures due to changes in the non-chemical terms from the energy balance equation respect to the big crystalline regions that are present in the initial state.Finally, the shape memory effect characterized by thermomechanical cycling show recoverable strains similar to the ones in bulk alloys, which demonstrate that the melt spun ribbons may be used in potential applications when using reduced tensional stress in order to avoid an early fracture.
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Accretion onto Neutron Stars: Hydrodynamics and Nucleosynthesis

Moreno Guzmán, Fermín 25 November 2009 (has links)
In the middle of the 70s, some authors suggested that accretion of hydrogen and helium rich material by a neutron star in a binary system, where the companion star would have low mass, could explain thermonuclear bursts observed by the first satellites launched to the space in order to analyze the Xray band of the electromagnetic spectrum. This phenomenon, known as type I X-ray bursts (XRB), is a thermonuclear runaway produced by the themonuclear fusion of the accreted material in degenerated conditions. This kind of explosion from stellar source is the most frequent in our galaxy (and the third, after supernovae and classical novae, in terms of total output energy), because his short recurrence period. Due to the extreme gravitational field of a neutron star it is known that produced nucleosynthesis is not ejected to the interstellar medium but forming part of the neutron star crust.In this work we have tried, first, to study the effects of nuclear uncertainties, related to nuclear reaction rates, in the nucleosynthesis produced during a X-ray burst, and second, to simulate physical properties and associated nucleosynthesis to this kind of events, through hydrodynamical models.In order to analyze the impact of uncertainties of the nuclear reaction rates in the nucleosynthesis, and due to the prohibitive calculation time with an hydrodinamical code, we have used a post-processing code which we have coupled, for a given set of 10 temperatures and densities profiles, an extensive nuclear reactions network formed by 606 isotopes and 3551 nuclear reactions, whose reaction rates have been modified using to alternative methods. In the first one, every rate has been individually modified, multiplying it by 0.1 and 10, calculating the final nucleosynthesis. This way, it is possible to evaluate the impact in final nucleosynthesis individual variations in the nuclear reaction rates. Also we have analyzed the effects in final nucleosynthesis by modifying the energy associated to each reaction (Q-value). In the second method, nuclear reaction rates have been modified simultaneously, multiplying each one by a random factor which follow a log-normal distribution with a probability of 95.5% of being in the interval [0.1,10]. In order to analyzed this method from an statistically point of view, the nucelosynthesis has been calculated up to 10,000 times, with a Monte Carlo code specifically built to this Thesis, for different set of random numbers. Obtained results with both methods are coincidents and show that for a network formed by 3,500 reactions approximately, only about 60 reactions have an impact in final yields greater than a factor of 2.Finally, we have used an hydrodynamical code, one-dimensional (spherically symmetric), Lagrangian and multi-shell, to which we have coupled a nuclear reactions network formed by 324 isotopes and 1392 reactions with the aim of reproduce physical parameters and nucleosynthesis produced during X-ray bursts. To do that, we have applied this code to different models, analyzing the effect of spatial resolution in the accreted shell, the metallicity of the transferred material as well as the mass of the neutron star, in the final result. For each model, we have simulated different bursts, with energies, luminosities and recurrence times coincidents with observations and, together with the nucleosynthesis, similar to the results obtained by other authors. / A mediados de los años 70, varios autores sugirieron que la acreción de material rico en hidrógeno y helio por parte de una estrella de neutrones, integrante de un sistema binario donde la masa de la estrella compañera fuese pequeña, podría explicar las erupciones termonucleares observadas por los primeros satélites lanzados al espacio para analizar la banda X del espectro electromagnético. Dicho fenómeno, conocido como erupciones de rayos X de tipo I (en inglés, type I X-ray bursts, XRB), consiste en el alud termonuclear producido por la fusión termonuclear del material acretado, en condiciones degeneradas. Este tipo de explosión termonuclear de origen estelar es el más frecuente en nuestra galaxia (y el tercero, tras las supernovas y las novas clásicas, en términos de energía total liberada), debido a su corto periodo de recurrencia. Como consecuencia del extremo campo gravitatorio de una estrella de neutrones, se cree que la nucleosíntesis producida durante este tipo de eventos no es expulsada al medio interestelar, pasando a formar parte de la corteza de la estrella.En este trabajo hemos intentado, por un lado, estudiar los efectos de las incertidumbres de origen nuclear, asociadas a los ritmos de las reacciones nucleares, en la nucleosíntesis producida durante un X-ray burst; y por otro lado, simular las propiedades físicas y la nucleosíntesis asociada a este tipo de eventos, mediante modelos hidrodinámicos.Para estudiar el impacto de las incertidumbres de los ritmos de las reacciones nucleares en la nucleosíntesis, y debido a que el tiempo de cálculo con un código hidrodinámico resultaría prohibitivo, hemos utilizado un código de post-procesado al que se ha acoplado, para un conjunto determinado de 10 perfiles de temperatura y densidad, una extensa red de reacciones nucleares, formada por 606 isótopos y 3551 reacciones nucleares, cuyos ritmos de reacción han sido modificados utilizando dos métodos alternativos. En el primero, cada ritmo ha sido modificado individualmente, multiplicándolo por 0.1 y 10, calculándose la nucleosíntesis final. De esta manera, puede evaluarse el impacto que tienen en las abundancias finales las variaciones individuales de los ritmos de las reacciones nucleares.Así mismo, también se ha analizado el efecto que produce en las abundancias finales el hecho de modificar la energía asociada a cada reacción (Q-value). En el segundo método, los ritmos nucleares se han modificado simultáneamente, multiplicando cada uno de ellos por un factor aleatorio según una distribución log-normal, y cuya probabilidad de encontrarse en el intervalo [0.1,10] es del 95,5%. Para poder hacer una estimación estadística de este último método, se ha calculado la nucleosíntesis hasta 10.000 veces, con un código Monte Carlo específicamente construido para esta Tesis, para diferentes conjuntos de números aleatorios. Los resultados obtenidos con ambos métodos son coincidentes y demuestran que, para una red formada por unas 3500 reacciones nucleares, sólo unas 60 reacciones tienen un impacto en las abundancias finales mayor que un factor 2.Por último, hemos utilizado un código hidrodinámico, unidimensional (en simetría esférica), Lagrangiano y multicapa, al que se ha acoplado una red de reacciones nucleares formada por 324 isótopos y 1392 reacciones nucleares, con el objetivo de reproducir los parámetros físicos y la nucleosíntesis producida en los X-ray bursts. Para ello, hemos aplicado este código a diferentes modelos, analizando el efecto de la resolución espacial de la capa acretada, la metalicidad del material transferido, así como la masa de la estrella de neutrones, en el resultado final. Para cada modelo, hemos simulado diferentes erupciones, con energías, luminosidades, y periodos de recurrencia, coincidentes con las observaciones y, junto con la nucleosíntesis, similares a los resultados obtenidos por otros autores.
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Bubble and droplet flow phenomena at different gravity levels

Suñol Galofré, Francesc 19 July 2011 (has links)
Two-phase flows are encountered in a wide range of applications both on-ground and in space. The dynamics of such flows in the absence of gravity is completely different from that in normal gravity due to the absence of buoyancy forces. A deeper understanding of the behavior of multiphase flows is essential in order to improve the operation of devices which require the use of two-phase systems. Analytical and experimental work is still needed for enhancing the control of two-phase flows, due to the theoretical complexity and the lack of experimental data for certain configurations. In this work, the behavior of two-phase flows has been studied experimentally in normal gravity and in microgravity conditions. In particular, the single-jet configuration has been investigated for bubbly jets and droplet jets. Dynamics of individual bubbles and droplets as well as the global structure of the jets has been considered. The opposed-jet configuration has been investigated for bubbly flows. Different separation between jets and orientation angles have been studied in normal gravity, and the obtained results have been compared to the microgravity case. A numerical model has been implemented to study single-phase jet impingement and opposed bubbly jets at different gravity levels. Good qualitative agreement between the simulations and the experiments has been obtained. The bubble bouncing process, prior to coalescence, after collision with a flat free surface has been also studied experimentally in normal gravity conditions. The results presented in this work will help to improve the general understanding of two-phase flows in normal gravity and in microgravity conditions, with general applications on mixing devices, environmental and propulsion systems.
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Characterizing and witnessing multipartite correlations : from nonlocality to contextuality

Sainz, Ana Belén 10 February 2014 (has links)
In the past century, experimental discoveries have witnessed phenomena in Nature which challenge our everyday classical intuition. In order to explain these facts, quantum theory was developed, which so far has been able to reproduce the observed results. However, I believe that our understanding of quantum mechanics can be significantly improved by the search for an operational meaning behind its mathematical formulation, which would help to identify the limitations and possibilities of the theory for information processing. An intriguing property of quantum theory is its intrinsic randomness. Indeed, Einstein, Podolsky and Rosen in 1935 questioned the completeness of quantum theory. They argued the possibility of the existence of a complete theory where variables to which we have not access determine the behaviour of physical systems, and the randomness observed in quantum mechanics is then due to our ignorance of these variables. These hidden variables theories, however, were proved not to be enough for explaining the predictions of quantum theory, as shown in the no-go theorems by Bell on quantum-nonlocality and by Kochen and Specker on quantum-contextuality. In the past decades, many experiments have corroborated the nonlocal and contextual character of Nature. However, no intuition behind these phenomena has been found, in particular about what limits their strength. In fact, special relativity alone would allow for phenomena which are more nonlocal than what quantum theory allows. Hence, much effort has been devoted to find the physical properties of quantum theory that restricts these phenomena. In this thesis, we study the constraints that arise on nonlocal and contextual phenomena when a certain exclusiveness structure compatible with quantum theory is imposed in the space of events. Here, an event denotes the situation where an outcome is obtained given that a measurement is performed on the physical system. Regarding nonlocality, we introduce a notion of orthogonality that states that events involving different outcomes of the same local measurement are exclusive, and construct constraints that the correlations among observers should satisfy. We denote this by Local Orthogonality principle (LO), which is the first intrinsically multipartite principle for bounding quantum correlations. We prove that LO identifies the supra-quantum character of some bipartite and multipartite correlations, and gets close to the quantum boundary. When studying contextuality, the same abstract event may correspond to outcomes of different measurements, which introduces a non-trivial structure in the space of events. For its study, we develop a general formalism for contextuality scenarios in the spirit of the recent approach by Cabello, Severini and Winter. In our framework, nonlocality arises as a particular case of contextuality, which allows us to study a generalization of LO. Both in nonlocality and contextuality, we find close connections to problems in combinatorics and hence use graph-theoretical tools for studying correlations. Finally, this thesis also studies the detection of nonlocal correlations. Most results on quantum nonlocality focus on few particles' experiments, while less is known about the detection of quantum nonlocality in many-body systems. Standard many-body observables involve correlations among few particles, while there is still no multipartite Bell inequality to test nonlocality merely from these data. In this thesis, we provide the first proposal for nonlocality detection in many-body systems using two-body correlations. We construct families of Bell inequalities from two-body correlators, which can detect nonlocality for systems with large number of constituents. In addition, we prove violations by systems which are relevant in nuclear and atomic physics, and show how to test these inequalities by measuring global spin components, hence opening the problem to experimental realizations.
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Numerical modeling of anisotropic granular media

Kanzaki Cabrera, Takeichi 29 November 2013 (has links)
Granular materials are multi-particle systems involved in many industrial process and everyday life. The mechanical behavior of granular media such as sand, coffee beans, planetary rings and powders are current challenging tasks. In the last years, these systems have been widely examined experimentally, analytically and numerically, and they continue producing relevant and unexpected results. Despite the fact that granular media are often composed of grains with anisotropic shapes like rice, lentils or pills, most experimental and theoretical studies have concerned spherical particles. The aim of this thesis has been to examine numerically the behavior of granular media composted by spherical and non-spherical particles. Our numerical implementations have permitted the description of the macroscopic properties of mechanically stable granular assemblies, which have been experimentally examined in a framework of the projects "Estabilidad y dinámica de medios granulares anisótropos" (FIS2008- 06034-C02-02) University of Girona and "Interacciones entre partículas y emergencia de propiedades macroscópicas en medios granulares" (FIS2008-06034-C02-01) University of Navarra / Els materials granulars són sistemes de moltes partícules implicats en diversos processos industrials i en la nostra vida quotidiana. El comportament mecànic de conjunts granulars, com la sorra, grans de cafè, anells o pols planetàries, representa actualment un repte per a la ciència. En els últims anys aquests sistemes s’han estudiat àmpliament de forma experimental, analítica i numèrica. De totes maneres, avui dia es continuen obtenint resultats rellevants, i en moltes ocasions, inesperats. Malgrat el fet que els materials granulars sovint estan compostos per grans amb forma anisotròpica, com l’arròs, les llenties o les píndoles, la majoria dels estudis experimentals i teòrics se centren en partícules esfèriques. L’objectiu d’aquesta tesi ha estat analitzar numèricament el comportament dels mitjans granulars compostos per partícules esfèriques i no esfèriques. Els mètodes numèrics implementats han permès la descripció de les propietats macroscòpiques de piles i columnes granulars, que s’han estudiat experimentalment en el marc dels projectes "Estabilidad y dinámica de medios granulares anisótropos" (FIS2008-06034-C02- 02) de la Universitat de Girona i "Interacciones entre partículas y emergencia de propiedades macroscópicas en medios granulares" (FIS2008-06034-C02- 01) de la Universitat de Navarra
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Study of thermal transitions in polymers by a multifrequency modulated DSC technique

Fraga Rivas, Iria 26 February 2010 (has links)
Differential Scanning Calorimetry (DSC) is one of the most widely used thermal analysis techniques for the study of transitions and relaxation processes in polymers and also in other materials. It measures the heat flow as a function of time and/or temperature, and determines the energy released or absorbed by a sample when it is heated (cooled) or maintained at a constant temperature. Its advantages are that it is fast and sensitive, the amount of sample needed is small (~mg), it could be in the liquid or solid state and the sample preparation is easier than for some other techniques. Nevertheless, it present some drawbacks, such as not being able to separate different overlapping transitions that happen in the same temperature range, the difficulty of detecting very weak transitions, or the requirement for multiple experiments to determine heat capacities that increases the experimental time needed. Temperature modulated DSC techniques (TMDSC) were introduced in the market more than 16 years ago. In these techniques a periodic temperature modulation of small amplitude is superimposed on the underlying rate of conventional DSC. This superposition gives two different heating rates: the underlying and the instantaneous due to the sinusoidal signal, thus permitting a better resolution and sensitivity (in DSC a better resolution gives a worse sensitivity and vice versa) and the evaluation of the heat capacity in real time. TMDSC is able to determine not only the total heat flow but also its two individual components usually referred to as “reversing” and “non-reversing”, thus it is possible to separate overlapped transitions. Although TMDSC offers more information than that available by DSC it also shows some drawbacks as the use of lower underlying heating rates than in conventional DSC which leads to longer experiments, or the requirement of making a separate scan for each frequency if one wishes to study, for example, the frequency dependence of a certain phenomenon. More recently, in 2005, TOPEM, a new technique of TMDSC from Mettler-Toledo, was commercialised. Instead of being based upon a periodic modulation of the heating rate, as is the situation with other TMDSC techniques, TOPEM uses a stochastic modulation of the heating or cooling rate by means of random pulses of temperature. This stochastic perturbation introduces a broad frequency spectrum in the response, which implies that TOPEM is apparently able to determine the complex heat capacity over a range of frequencies in a single scan. In the present thesis, a detailed description of the bases and operation of TOPEM is presented, showing the differences between the other calorimetric techniques, DSC and TMDSC. All the parameters which define an experiment and the parameters needed to make an evaluation of the experimental response are explained. The glass transition of polycarbonate is selected to make an initial study of the influence of all the different parameters (experimental and calculation) on the results of an experiment. Different samples are employed and different experiments by TOPEM and ADSC (TMDSC technique specific of Mettler- Toledo) are performed and compared. The limits and advantages offered by TOPEM are observed and presented here, and with a more profound understanding of the technique as a result, additional materials and transitions are studied. In the next part, an epoxy resin with a diamine is selected to be studied. The vitrification during the isothermal cure is studied by TOPEM. The results are again compared with those obtained by TMDSC and the additional information obtained is analyzed and compared with additional results obtained from the literature. With the aim to confirm some experimental data observed, a simulation is made with MATLAB to confirm the experimental results. It is found that the theoretical results not only predict the calorimetric data, but also those obtained from dielectric analysis at higher frequencies which were extracted from the literature. In the next part, the same epoxy resin with a diamine is selected. The vitrification and devitrification during the non-isothermal cure is analyzed by TOPEM. The results obtained permit to construct a CHT diagram (conversion-time-temperature) which characterized the system. As in the previous case a simulation is made with MATLAB and the theoretical results obtained compare well with the experimental data. Finally, some preliminary experiments related to other transitions are presented and are planned to be studied in the future. / La calorimetría diferencial de barrido (DSC) es una técnica ampliamente utilizada desde el año 1963 en la caracterización térmica de polímeros y otros materiales. En DSC se mide el calor absorbido o emitido por una muestra cuando es sometida a un programa de calentamiento (enfriamiento) o bien es mantenida a una temperatura constante. Sus ventajas es que es una técnica rápida, con gran sensibilidad, no requiere una preparación previa de las muestras, el tamaño de las mismas es pequeño (~mg) y pueden analizarse en estado líquido o sólido. Sin embargo, presenta algunas desventajas: no es posible detectar transiciones muy débiles, ni separar aquellas que aparecen superpuestas en el mismo rango de temperaturas y para la determinación de capacidades caloríficas exige la realización de varios experimentos separados lo que se traduce en un tiempo de experimentación en ocasiones muy largo. Hace 15 años comenzó a comercializarse la calorimetría diferencial de barrido con temperatura modulada (TMDSC). Lo que la diferencia de la calorimetría DSC convencional es que al tipo de barrido utilizado en DSC se superpone una señal periódica sinusoidal de modulación de temperatura de pequeña amplitud. Esta superposición da lugar a dos tipos de velocidad: una es la velocidad base de calentamiento (enfriamiento) y la otra de superposición de la señal modulada, algo que proporciona ciertas ventajas. Por ejemplo ofrece al mismo tiempo una buena resolución y una buena sensibilidad (en DSC la mejora de la sensibilidad lleva asociada pérdida de resolución y viceversa) o la evaluación de la capacidad calorífica a tiempo real. La TMDSC permite separar el flujo de calor total en dos componentes, reversing y non-reversing, permitiendo así separar transiciones que aparezcan superpuestas. Aunque si bien la TMDSC ofrece más información que el DSC convencional también presenta algunas desventajas como son el uso de velocidades más lentas que en DSC lo que implica tiempos de experimentación largos, o la necesidad de hacer un barrido para cada frecuencia en el caso de querer estudiar la dependencia en frecuencias de un determinado fenómeno. En el año 2005, se comenzó a comercializar TOPEM, una técnica también de temperatura modulada de Mettler-Toledo, en la que la modulación de la temperatura en lugar de ser periódica es estocástica, lo que introduce un amplio espectro de frecuencias en la respuesta cuya principal ventaja es que permite analizar la capacidad calorífica de una muestra en un rango de frecuencias realizando sólo un único barrido. En la presente tesis se ofrece una descripción de las bases del funcionamiento de TOPEM, mostrando las diferencias que presenta respecto a las mencionadas técnicas calorimétricas DSC y TMDSC. Se da una explicación detallada de todos parámetros que definen un experimento, así como los necesarios para realizar el cálculo de la respuesta experimental obtenida y otros parámetros importantes a tener en cuenta al utilizar TOPEM. En un primer estudio se selecciona la transición vítrea del policarbonato para comenzar a trabajar con la nueva técnica. Con diferentes muestras y realizando experimentos tanto de TOPEM como de ADSC (nombre de la técnica TMDSC específica de la casa comercial Mettler-Toledo) se comparan los resultados obtenidos con ambas técnicas. Se realiza un minucioso análisis de la influencia de los parámetros experimentales y de evaluación en los resultados obtenidos. Se observan y presentan los límites y ventajas ofrecidos por TOPEM y se establece una metodología de experimentación y evaluación con el fin de trabajar con otros materiales y transiciones. En la siguiente parte, se selecciona una resina epoxi con una diamina, y se aplica la técnica a la vitrificación durante el curado isotermo. Los resultados se comparan con los obtenidos por TMDSC y la información adicional obtenida es analizada y comparada con resultados extraídos de la bibliografía. Con el fin de confirmar algunos datos, se realizó una simulación con MATLAB que además de coincidir con los resultados experimentales previos, también coincide con diferentes resultados obtenidos con análisis dieléctrico a más altas frecuencias. En la siguiente parte, la misma resina epoxi con la diamina es sometida a curados no –isotermos para estudiar su vitrificación y posterior devitrificación. Se comprobaron las ventajas ofrecidas por TOPEM y se construyó un diagrama CHT (conversión-tiempo-temperatura) para caracterizar el sistema. Como en el caso anterior, una simulación realizada con MATLAB predice los resultados obtenidos experimentalmente. Por último, se presentan algunos experimentos previos realizados con diversos materiales en los que se obtienen interesantes resultados para ser ampliados y analizados en el futuro.
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High-power, fiber-laser-pumped optical parametric oscillators from the visible to mid-infrared

Chaitanya Kumar, Suddapalli 18 January 2012 (has links)
High-power, continuous-wave (cw), mid-infrared (mid-IR) laser sources are of interest for variety of applications such as trace gas detection and remote sensing, which require broad spectral coverage to address the most prominent absorption features of a wide range of molecular species particularly in the mid-IR fingerprint region. On the other hand, surgical applications require high energy sources with unique pulse structure at specific wavelength in the mid-IR ranging from 6-6.5 m. Optical parametric oscillators (OPOs) offer potential sources for all the above applications. The output wavelengths of a singly-resonant oscillator (SRO) can be coarsely tuned over wide ranges through the adjustment of the nonlinear crystal temperature, phase-matching angle or, in the case of quasi-phase-matched (QPM) the first time. The high-energy CSP OPO marked the first demonstration of a compact, high-repetition-rate OPO synchronously pumped by a master oscillator power amplifier system at 1064 nm, generating an milli-joule pulses in the 6-6.5 m spectral range, which is technologically important for surgical applications. Additionally, we also demonstrated a fiber-based-green source at 532 nm, based on single-pass second harmonic generation (SHG) in MgO:sPPLT, as an alternative pump source for Ti:sapphire laser, pointing towards the future, compact fiber-laser pumped Ti:sapphire lasers. Further efforts to improve the SHG efficiency led to the development of a novel multi-crystal scheme, enabling single-pass SHG efficiency as high as 56%. This generic technique is simple and can be implemented at any wavelength. materials, the QPM grating period. The combination of SRO with a tunable pump laser allows the development of uniquely flexible and rapidly tunable class of mid-IR sources. In this thesis we have demonstrated several mid-IR OPOs in the cw as well as ultrafast picosecond regime pumped by fiber-lasers making them compact and robust. In the cw regime, we developed a high-power, Yb-fiber-laser pumped mid-IR OPO based on MgO:PPLN spanning 1506-1945 nm in the near-IR and 2304-3615 nm wavelength range in the mid-IR, efficiently addressing the thermal effects by implementing the optimum signal output coupling. Novel materials such a MgO:sPPLT, with better optical and thermal properties for cw mid-IR generation are explored. High-power broadband, cw mid-IR generation is also demonstrated by using the extended phase-matching properties of MgO:PPLN. Further, we also demonstrated a simple, inexpensive and novel interferometric technique for absolute optimization of output power from a ring optical oscillator. We deployed a picosecond Yb-fiber-laser pumped mid-IR OPO based on MgO:PPLN in ring cavity configuration to demonstrate this proof-of-principle experiment for / Fuentes coherentes de luz continua y de alta potencia en el infrarrojo-medio (mid-IR) son de gran interés por su aplicación en la detección de gases, detección remota y la observación de imágenes. Estas aplicaciones requieren un ancho de banda amplio para evidenciar las características que ofrece la absorción de una gran variedad de especies moleculares, particularmente en la región “finger print” del mid-IR. Por otra parte, fuentes altamente energéticas con pulsos que posean estructuras peculiares en rangos específicos de longitud de onda en el mid-IR, entre 6-6.5 m. , prometen características únicas para nuevas aplicaciones en cirugía. Osciladores ópticos paramétricos (OPOs) constituyen fuentes de luz versátiles y apropiadas para todas las aplicaciones mencionadas anteriormente. La longitud de En el régimen ultrarápido, hemos demostrado una nueva técnica de interferometría para la optimización absoluta de la potencia de salida de un oscilador óptico con una cavidad de anillo. Como demostración de principio, implementamos, por primera vez, un OPO de picosegundos en el mid-IR basado en MgO:PPLN con una cavidad de anillo bombeado por un láser de fibra de Yb. Además, hemos desarrollado un nuevo OPO de alta energía en el mid-IR basado en el material nolineal CSP. Esto representa la primera demostración de un OPO compacto de alta repetición sincrónicamente bombeado por un láser de estado sólido a 1064 nm generando pulsos de milijulios en el rango espectral 6-6.5 m. Esta radiación es importante para aplicaciones en cirugía. Adicionalmente, hemos demostrado una fuente verde, 532 nm, basada en láseres de fibra. Esta radiación se obtiene por medio de la generación de segundo harmónico (SHG) en un paso individual en MgO:sPPLT. Esto representa una nueva alternativa de bombeo para los láseres de Ti:sapphire que los harán compactos en el futuro. Los esfuerzos para mejorar la eficiencia de segundo harmónico resultaron en el desarrollo de un novedoso esquema que utiliza múltiples cristales y permite eficiencias de SHG de paso individual del 56%. Este esquema es general y simple y puede ser implementado para cualquier longitud de onda. onda de un OPO puede ser sintonizada en regiones amplias del espectro cambiando la temperatura del cristal no-lineal, el ángulo de ajuste de fase o, al considerar materiales cuasi ajuste de fase (QPM), cambiando el periodo de red. En esta tesis, hemos demostrado una gran variedad de OPOs en el mid-IR en régimen continuo y de pulsos de picosegundo. Estos OPOs han sido bombeados por láseres de fibra permitiendo un diseño compacto y resistente. En el régimen de emisión continua, hemos implementado un OPO de alta potencia basado en MgO:PPLN bombeado por un láser de fibra. Este OPO es sintonízable en el rango 1506-1945 nm correspondiente al infrarrojo-cercano y en el rango 2304-3615 nm correspondiente al mid-IR. Esta capacidad de sintonización se logra al sobrepasar eficientemente los efectos térmicos optimizando el acoplamiento de salida. Materiales nuevos como el MgO:sPPLT, con propiedades ópticas y térmicas mejoradas para la generación de radiación continua en el mid-IR han sido estudiados. Utilizando las propiedades ajuste de la fase extendió del MgO:sPPLT, fuentes continuas de alta potencia con un gran ancho de banda en el infrarrojo-medio también han sido implementadas.
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Atmospheric downwelling longwave radiation at the surface during cloudless and overcast conditions. Measurements and modeling

Viúdez i Mora, Antoni 15 April 2011 (has links)
Atmospheric downwelling longwave radiation is an important component of the terrestrial energy budget; since it is strongly related with the greenhouse effect, it remarkably affects the climate. In this study, I evaluate the estimation of the downwelling longwave irradiance at the terrestrial surface for cloudless and overcast conditions using a one-dimensional radiative transfer model (RTM), specifically the Santa Barbara DISORT Atmospheric Radiative Transfer (SBDART). The calculations performed by using this model were compared with pyrgeometer measurements at three different European places: Girona (NE of the Iberian Peninsula), Payerne (in the East of Switzerland), and Heselbach (in the Black Forest, Germany). Several studies of sensitivity based on the radiative transfer model have shown that special attention on the input of temperature and water content profiles must be held for cloudless sky conditions; for overcast conditions, similar sensitivity studies have shown that, besides the atmospheric profiles, the cloud base height is very relevant, at least for optically thick clouds. Also, the estimation of DLR in places where radiosoundings are not available is explored, either by using the atmospheric profiles spatially interpolated from the gridded analysis data provided by European Centre of Medium-Range Weather Forecast (ECMWF), or by applying a real radiosounding of a nearby site. Calculations have been compared with measurements at all sites. During cloudless sky conditions, when radiosoundings were available, calculations show differences with measurements of -2.7 ± 3.4 Wm-2 (Payerne). While no in situ radiosoundings are available, differences between modeling and measurements were about 0.3 ± 9.4 Wm-2 (Girona). During overcast sky conditions, when in situ radiosoundings and cloud properties (derived from an algorithm that uses spectral infrared and microwave ground based measurements) were available (Black Forest), calculations show differences with measurements of -0.28 ± 2.52 Wm2. When using atmospheric profiles from the ECMWF and fixed values of liquid water path and droplet effective radius (Girona) calculations show differences with measurements of 4.0 ± 2.5 Wm2. For all analyzed sky conditions, it has been confirmed that estimations from radiative transfer modeling are remarkably better than those obtained by simple parameterizations of atmospheric emissivity. / La radiació infrarroja a l’atmosfera és una component important del balanç energètic del planeta; en estar fortament relacionada amb l’efecte hivernacle influeix de manera remarcable en el clima. En aquest estudi s’avalua la bondat de les estimacions de la irradiància infrarroja incident en superfície (DLR) fetes amb un model unidimensional de transferència radiativa, el Santa Barbara DISORT Atmospheric Radiative Transfer (SBDART), per a condicions de cel serè o bé completament ennuvolat. Els càlculs realitzats amb aquest model han estat comparats amb mesures de pirgeòmetre realitzades en tres emplaçaments a Europa: Girona (NE de la Península Ibèrica), Payerne (a l’est de Suïssa), i Heselbach (a la Selva Negra, Alemanya). Els estudis de sensibilitat fets amb el model de transferència radiativa han mostrat l’especial importància que tenen els perfils atmosfèrics de temperatura i contingut d’aigua en absència de núvols; per cels completament ennuvolats l’estudi de sensibilitat mostra que, a banda dels perfils atmosfèrics esmentats, l’altura de la base dels núvols és molt rellevant. S’ha estimat la DLR per indrets on no es disposava de radiosondatges, substituint-los bé per un radiosondatge proper, o bé per perfils interpolats espacialment en l’anàlisi del model de predicció meteorològica de l’European Centre of Medium-Range Weather Forecast (ECMWF). Els càlculs han estat comparats amb mesures per tots els llocs. Per condicions de cel serè, i quan es disposa de radiosondatge, els càlculs mostren una diferència amb les mesures de -2.7 ± 3.4 Wm-2 (Payerne). Quan no es disposa d’aquests perfils, la diferència entre les modelitzacions i les mesures és de 0.3 ± 9.4 Wm-2 (Girona). Per condicions de cel cobert, quan es disposa del radiosondatge i les propietats dels núvols (derivades a partir d’un algoritme que empra mesures espectrals en infraroig i en la banda de microones en superfície, Selva Negra), els càlculs mostren una diferència amb les mesures de -0.28 ± 2.52 Wm-2. Quan es fan servir els perfils del ECMWF i es fixa el valor de la columna d’aigua líquida i el radi efectiu de les gotes d’aigua (Girona) els càlculs mostren una diferència amb les mesures de 4.0 ± 2.5 Wm-2. També s’ha confirmat per totes les condicions estudiades que les estimacions amb el model de transferència radiativa són notablement millors que les obtingudes amb parametritzacions senzilles de l’emissivitat atmosfèrica.
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Short-range order in disordered phases using neutron diffraction

Rovira Esteva, Muriel 26 September 2014 (has links)
Neutron diffraction is a powerful technique that allows to probe the structure of disordered phases across a variety of length scales. However, due to the inherent complexity of these disordered hases, the analysis of the information contained in the experimental data is not obvious. In this work, a few alternative methods are presented that allow to make the most of the neutron diffraction measurements as well as the molecular configurations obtained from molecular dynamics simulations or data modelling. They mainly consist in a Bayesian approach to fit the molecular structures measured with neutron diffraction, and a multidimensional analysis of the molecular structure probability distribution functions obtained from simulations or data modelling techniques, instead of the standard averaging over many variables. These methodologies are then applied to the structural investigation of several disordered systems in order to answer a series of open questions: the origin of the liquid-liquid transition in trans-1,2-dichloroethene (C2Cl2H2), the extreme fragility of 1,1,2,2-tetrachloro-1,2-difluoroethane's orientational glass (F-112, C2Cl4F2), the local density paradox in carbon tetrachloride (CCl4), and the roles of steric and electrostatic interactions in the short range order of the liquids of quasitetrahedral molecules, particularly trichlorobromomethane (CBrCl3) and dibromodichloromethane (CBr2Cl2). Additionally, a concise summary of the theoretical framework for neutron diffraction of disordered systems, as well as the practicalities of the experimental setup and the necessary data treatment, are also included to provide interested researchers with a self-contained overview on the topic. / La difracció de neutrons és una tècnica molt potent que permet sondar l'estructura de fases desordenades en un ventall d'escales de longitud. Tanmateix, degut a la complexitat inherent d'aquestes fases desordenades, l'anàlisi de la informació que es desprèn de les dades experimentals no és evident. En aquest treball es presenten diversos mètodes alternatius que permeten treure el màxim profit de les mesures de difracció de neutrons, així com de les configuracions moleculars obtingudes en simulacions de dinàmica molecular o del modelatge de les dades. Aquests mètodes consisteixen principalment en un enfocament bayesià en l'ajust de les estructures moleculars mesurades amb difracció de neutrons, i en una anàlisi multidimensional de les funcions de distribució de probabilitat de l'estructura molecular obtingudes en simulacions o tècniques de modelatge de dades, en comptes del mitjanat de diverses variables estàndard. Aquestes metodologies s'apliquen a la investigació de diversos sistemes desordenats per tal de resoldre una sèrie de qüestions obertes: l'origen de la transició líquid-líquid en el trans-1,2-dicloroetà (C2Cl2H2), l'extrema fragilitat del vidre orientacional del 1,1,2,2-tetracloro-1,2-difluoroetà (F-112, C2Cl4F2), la paradoxa de la densitat local en el tetraclorur de carboni (CCl4), i els rols de les interaccions estèrica i electrostàtica en l'ordre de curt abast de líquids de molècules quasitetraèdriques, en particular el triclorobromometà (CBrCl3) i el dibromodiclorometà (CBr2Cl2). Addicionalment, també s'hi inclou un breu repàs del marc teòric de la difracció de neutrons en sistemes desordenats, així com dels aspectes pràctics de l'equip experimental i del tractament de dades necessari, per tal que els investigadors interessats disposin d'una visió general completa sobre tema.

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