Un nombre croissant de données satellitaires et aéroportées acquises dans le domaine micro-ondes sur la surface demer est aujourd’hui disponible. L’interprétation correcte de ces observations dépend d’une part de la précision desmodèles de diffusion électromagnétiques, et d’une autre part de la maîtrise des propriétés hydrodynamiques etstatistiques de la surface. Ces dernières années ont connu une amélioration considérable des modèlesélectromagnétiques et spectraux. Cependant, certains phénomènes sont encore mal compris et non pris en comptepar ces modèles. En particulier, la variation angulaire de la surface de mer est à ce jour non totalement caractériséeet modélisée. Ce travail de thèse concerne l’étude de cette variation azimutale et des asymétries directionnelles de lasurface de mer. Une première étape consiste à effectuer une analyse expérimentale en se basant sur les données dela littérature mais également sur d’autres jeux de données acquises par l’ONERA et le DSTO. Cette analysepermettra de caractériser les asymétries directionnelles en fonction de la géométrie d’observation, l’état de mer et lafréquence électromagnétique. Une seconde étape consiste à proposer des mécanismes physiques pouvant être àl’origine des asymétries directionnelles. L’asymétrie upwind-crosswind étant essentiellement liée à la fonctiond’étalement du spectre directionnel, notre étude théorique a principalement porté sur la caractérisation del’asymétrie upwind-downwind. Nous étudions l’influence de la prise en compte des formes déferlantes, initialementà travers des formes simples de vagues fortement asymétriques, et ensuite à travers une distribution de pentesexpérimentale prenant en compte ces formes de vagues. Les asymétries obtenues par un modèle deux-échellesprenant en compte ces formes de vagues sont en accord qualitatif avec les asymétries observées pour les bandes defréquences X et L. Une étape supplémentaire consiste ensuite à calculer les asymétries obtenues par un code dediffusion rigoureux sur des profils numérisés d’une expérience en soufflerie et permet la validation des résultatsobtenus avec un modèle deux-échelles. / An increasing number of airborne and spaceborne data acquired in the microwave regime on the sea surface is nowavailable. The appropriate interpretation of these observations depends on the precision of the electromagneticscattering models as well as the knowledge of hydrodynamic and statistical properties of the sea surface. Aconsiderable improvement has been realized in electromagnetic and spectral models in the recent years. However,some phenomena are still poorly understood and not correctly taken into account in these models. In particular, theangular variation of the sea surface is still not totally characterized and modeled. This PhD work concerns the studyof this azimuthal variation and the related directional asymmetries. A first step consists in carrying out anexperimental analysis based on data of the literature and other datasets acquired by ONERA and DSTO. Thisanalysis enables the characterization of the directional asymmetries with respect to acquisition geometry, sea stateand electromagnetic frequency. A second step consists in suggesting and testing physical mechanisms that may beat the origin of these directional asymmetries. As the upwind-crosswind asymmetry is essentially related to thespreading function of the directional spectrum, our theoretical study focused on the study of the upwind-downwindasymmetry. We investigate the influence of the presence breaking waves, initially through simple forms of stronglyasymmetric waves, and then through an experimental slope distribution including these wave forms. Theasymmetries obtained by a two-scale model taking into account these wave forms are in qualitative agreement withthe asymmetries observed at X and L bands. A further step consists in calculating the asymmetries using a rigorousmodel on digitized wind tank experiment profiles and allows the validation of the results previously obtained usinga two-scale model.

Corrosion often occurs in the inner aluminum lining of the HB-53 helicopter external fuel tank, resulting in fuel leaks. This project centers on developing an in-situ ultrasonic inspection technique to detect corroded areas inside the fuel tank. Due to the complexity of the composite structure of the tank, the ultrasonic inspection is carried out from inside the tank using a monostatic backscattering technique. The backscattered field contains information related to the insonified surface properties (surface roughness scales). Numerical predictions are implemented with a simplified model of backscattered intensity (Ogilvy, 1991). Experimental results are obtained on artificially corroded plates, and on the actual fuel tank of the HB-53 helicopter. Signal processing techniques (Envelope Correlation and Inverse Technique) are used to detect corroded surfaces with data obtained with a focused 10 MHz pulsed transducer.

This thesis investigates analysis and simulation of the backscattering enhancement phenomenon from randomly distributed point scatterers. These point scatterers are randomly distributed within a cube or a sphere and then the backscattering enhancement phenomenon from both cubical and spherical distributions are examined throughout the thesis. The general characteristic differences between cubical and spherical distribution about the scattering phenomenon are observed. T-matrix method is used for analytic investigations of the backscattering enhancement and also a certain number of approximate formulas are obtained. As for Monte Carlo simulation method, it is used for simulated investigations of the backscattering enhancement. Some Monte Carlo simulations are prepared by using MATLAB programming language and verified by showing their confidence intervals. Both analytic and simulated investigations of the backscattering enhancement due to single and double scattering are analyzed / however, only simulated investigation of the backscattering enhancement due to multiple scattering are analyzed because of its computational complexity. The thesis traces differences between single scattering and multiple scattering from randomly distributed point scatterers. Effects of both incident field frequency and point scatterer density on the backscattering enhancement are indicated. The thesis seeks answers to questions such as which conditions cause the backscattering enhancement phenomenon from randomly distributed point scatterers, why we need to consider multiple scattering to examine the backscattering phenomenon and how we can discriminate the backscattering enhancement from the specular enhancement.

In this thesis we study the quantum transport of matter waves with ultracold atoms. Such ultracold atom systems provide a very good control and a high flexibility of the parameters of the systems like the interactions, its dimensionality and the external potentials. This makes them a great tool for the investigation of several fundamental concepts of condensed matter physics. We focus on the quantum transport in disordered media. It differs to classical transport by the fundamental role played by inference phenomena, which can eventually lead to the suppression of transport; known as Anderson Localization. Observing the expansion of a Bose-Einstein condensate in a strong light disorder, we show evidence for Localization of ultracold atoms in three dimensions. In the last part of this manuscript we discuss the observation of Coherent Backscattering of ultracold atoms, which is a direct signal of the role of quantum coherence in quantum transport in disordered media. We observe the time evolution of the momentum distribution of a cloud of ultra-cold atoms, launched with a narrow velocity distribution in a disordered potential. A peak emerges in the backwards direction, corresponding to the CBS signal.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:51:34Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:58:18Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

La mesure de Matières En Suspension (MES) est cruciale autant pour comprendre les transferts sédimentaires que pour les études des écosystèmes marins. Elles sont classiquement mesurées ponctuellement par des prélèvements d’eau in situ, ou à partir des propriétés optiques de l’eau. Mais depuis plusieurs décennies, les appareils acoustiques, ont montré leur capacité à mesurer ces MES sur de plus grands volumes. Ces mesures, en particulier celles de la concentration, s’appuient sur les propriétés de rétrodiffusion des particules. Mais ces mesures demeurent peu représentatives dans la mesure où le contenu en MES dans la colonne d’eau varie à différentes échelles de temps et d’espace. Dans un premier temps, ces travaux de thèse visent à montrer à travers des mesures in situ réalisées dans l’estuaire de l’Aulne qu’il est possible d’étendre spatialement la mesure par inversion des données issues de sondeurs multifaisceaux (SMF). Un modèle de rétrodiffusion adapté à la suspension d’intérêt, constituée dans cette étude d’agrégats estuariens, est d’abord élaboré. Puis grâce à des observations issues d’un profileur multifréquences, la concentration massique en MES, distribuée par classes de tailles, a pu être déterminée par la résolution d’un problème inverse. Ces informations permettent de déterminer les rayons équivalents de la suspension, grâce auxquels les données issues du SMF, au préalable calibrées par une méthode innovante, peuvent être inversées de manière directe. Une étude des incertitudes attachées aux valeurs de concentrations estimées est par la suite proposée afin de qualifier la pertinence des résultats. Puis dans un second temps, les conditions nécessaires à l’établissement d’un protocole de mesure des MES par système multi-capteur sont identifiées. Ce dernier permet la caractérisation en continu des MES à différentes échelles de temps et d’espace, en exploitant la complémentarité des mesures issues des différents instruments. / Measuring Suspended Particulate Matter (SPM) is essential to better understand sediment transport and marine ecosystems. SPM is traditionnaly estimated through in situ water samples analysis, or based on the optical properties of water. Yet for several decades, acoustical devices have shown their capability to measure SPM on larger volumes. These measurements (especially in terms of SPM concentration) are based on the backscattering properties of the particles. However, these measurements remain limited, since the SPM content in the water column is subjected to variations on both spatial and temporal scales.As a first step, this work aims at showing that it is possible to increase the degree of spatialization of the SPM measurements by inverting MultiBeam EchoSounder (MBES) data, through in situ measurements acquired in the Aulne macrotidal estuary. A backscattering model was first designed to describe the backscattering properties of the suspension of interest, consisting in this study in estuarine agregates. Then, thanks to multifrequency observations, the SPM mass concentration sorted by size classes was retrieved through the the resolution of the inverse problem. This kind of information allows to determine the equivalent spherical radius of the the whole suspension, through which the MBES data, calibrated beforehand using an original method, can be directly inverted. Subsequently, a study of the uncertainties attached to the final concentration estimate is proposed in order to qualify the relevance of the results.In a second step, the necessary conditions for establishing a measurement protocol of the SPM are identified. The latter allows continuous characterization of SPM at different spatial and temporal scales, by exploiting the complementarity of the measures delivered by different instruments.

Le transport des particules et de la chaleur dans la zone de bord des tokamaks joue un rôle déterminant à la fois sur les performances du plasma confiné et sur l’extraction de la puissance et ainsi la durée de vie des composants face au plasma. C’est dans ce contexte que s’inscrit ce travail de thèse, qui porte sur le rôle joué par les écoulements transverses au champ magnétique dans l’équilibre entre dynamique parallèle et dynamique perpendiculaire qui régit la région périphérique d’un tokamak. Ces écoulements peuvent produire des asymétries poloïdales du dépôt de chaleur et de particules sur les composants face au plasma, et plus généralement des asymétries des diverses quantités dans le plasma. Les vitesses de dérive radiale sont d’origine électrique (liées à la présence d’un champ électrique radial résultant de l’équilibre des charges) ou liées aux effets de la géométrie toroïdale induisant une inhomogénéité du champ magnétique (vitesse de gradient-courbure). Pour progresser dans la compréhension de ces phénomènes, la modélisation numérique du transport et de la turbulence en géométrie complexe est indispensable. En complément, des outils de diagnostic synthétique permettant de modéliser les processus de mesure dans les plasmas numériques sont développés pour permettre une comparaison réaliste entre modèles et expériences. La modélisation des vitesses de dérive perpendiculaire a été introduite dans le code SOLEDGE2D décrivant le transport de la densité, quantité de mouvement et énergie d’un plasma de tokamak. Nous avons d’abord étudié l’impact d’un champ électrique prescrit sur les équilibres plasma, pour comprendre les mécanismes à l’origine des asymétries du plasma et étudier l’établissement d’écoulement parallèle et d’asymétrie du dépôt de chaleur sur les composants face au plasma. Nous avons ensuite implémenté un modèle auto-consistant de résolution du potentiel électrique dans les équations fluides de SOLEDGE2D afin de comprendre l’équilibre du champ électrique et d’étudier l’effet de la configuration magnétique du tokamak et de la vitesse de gradient-courbure sur ce dernier. Dans la deuxième partie de cette thèse, un diagnostic synthétique permettant de modéliser les mesures expérimentales de rétro-diffusion Doppler a été développé et testé en vue d’être appliqué aux simulations du code fluide 3D turbulent, TOKAM3X. Ce diagnostic permet de mesurer la vitesse perpendiculaire du plasma à partir du mouvement des fluctuations de densité. Il a été utilisé ici pour comparer les asymétries de vitesse observées expérimentalement aux asymétries mesurées dans les simulations numériques. / The transport of heat and particles in the edge of tokamaks plays a key role in both the performance of the confined plasma and the extraction of power and thus the lifetime of the plasma facing components. It’s in this context that this thesis is inscribed, which focuses on the role played by the transverse magnetic field flows in the balance between parallel and perpendicular dynamic that governs the edge region of a tokamak. These flows can produce poloidal asymmetries of heat and particles deposit on plasma facing components and generally asymmetries of various amounts in plasma. The radial drift velocities are due to the presence of a radial electric field resulting from charge balance (electric drift velocity) or related to effects of the toroidal geometry inducing a magnetic field inhomogeneity (curvature drift velocity). To advance the understanding of these phenomena, numerical modeling of transport and turbulence in complex geometries is essential. In addition, synthetic diagnostic tools for modeling the measurement process in numerical plasmas are developed to enable a realistic comparison between models and experiments. Modeling of perpendicular drift velocities was introduced into the SOLEDGE2D code describing the transport of the density, momentum and energy of a tokamak plasma. We first studied the impact of a prescribed electric field on plasma equilibrium to understand the mechanisms behind plasma asymmetries and study the establishment of parallel flows and asymmetry of the heat flux on plasma facing components. Then we implemented a self-consistent model solving the electric potential in SOLEDGE2D fluid equations to understand the equilibrium of the electric field and to study the effect of the magnetic configuration of the tokamak and the curvature drift velocity on it. In the second part of this thesis, a synthetic diagnosis modeling the experimental measurements of Doppler backscattering was developed and tested in order to be applied to simulations of 3D turbulent fluid code TOKAM3X. This diagnosis measures the perpendicular velocity of the plasma from the movement of the density fluctuations. It was used to compare the perpendicular velocity asymmetries observed experimentally to asymmetries measured in numericalsimulations.

Ultrashort, nearly monochromatic hard X-ray pulses enrich the understanding of the dynamics and function of matter, e.g., the motion of atomic structures associated with ultrafast phase transitions, structural dynamics and (bio)chemical reactions. Inverse Compton backscattering of intense laser pulses from relativistic electrons not only allows for the generation of bright X-ray pulses which can be used in a pump-probe experiment, but also for the investigation of the electron beam dynamics at the interaction point. The focus of this PhD work lies on the detailed understanding of the kinematics during the interaction of the relativistic electron bunch and the laser pulse in order to quantify the influence of various experiment parameters on the emitted X-ray radiation. The experiment was conducted at the ELBE center for high power radiation sources using the ELBE superconducting linear accelerator and the DRACO Ti:sapphire laser system. The combination of both these state-of-the-art apparatuses guaranteed the control and stability of the interacting beam parameters throughout the measurement. The emitted X-ray spectra were detected with a pixelated detector of 1024 by 256 elements (each 26μm by 26μm) to achieve an unprecedented spatial and energy resolution for a full characterization of the emitted spectrum to reveal parameter influences and correlations of both interacting beams. In this work the influence of the electron beam energy, electron beam emittance, the laser bandwidth and the energy-angle-correlation on the spectra of the backscattered X-rays is quantified. A rigorous statistical analysis comparing experimental data to ab-initio 3D simulations enabled, e.g., the extraction of the angular distribution of electrons with 1.5% accuracy and, in total, provides predictive capability for the future high brightness hard X-ray source PHOENIX (Photon electron collider for Narrow bandwidth Intense X-rays) and potential all optical gamma-ray sources. The results will serve as a milestone and starting point for the scaling of the X-ray flux based on available interaction parameters of an ultrashort bright X-ray source at the ELBE center for high power radiation sources. The knowledge of the spatial and spectral distribution of photons from an inverse Compton scattering source is essential in designing future experiments as well as for tailoring the X-ray spectral properties to an experimental need. / Ultrakurze, quasi-monochromatische harte Röntgenpulse erweitern das Verständnis für die dynamischen Prozesse und funktionalen Zusammenhänge in Materie, beispielsweise die Dynamik in atomaren Strukturen bei ultraschnellen Phasenübergängen, Gitterbewegungen und (bio)chemischen Reaktionen. Compton-Rückstreuung erlaubt die Erzeugung der für ein pump-probe-Experiment benötigten intensiven Röntgenpulse und ermöglicht gleichzeitig einen Einblick in die komplexen kinematischen Prozesse während der Wechselwirkung von Elektronen und Photonen. Ziel dieser Arbeit ist, ein quantitatives Verständnis der verschiedenen experimentellen Einflüsse auf die emittierte Röntgenstrahlung bei der Streuung von Laserphotonen an relativistischen Elektronen zu entwickeln. Die Experimente wurden am ELBE - Zentrum für Hochleistungs-Strahlenquellen des Helmholtz-Zentrums Dresden - Rossendorf durchgeführt. Der verwendete supraleitende Linearbschleuniger ELBE und der auf Titan-Saphir basierende Hochleistungslaser DRACO garantieren ein Höchstmaß an Kontrolle und Stabilität der experimentellen Bedingungen. Zur Messung der emittierten Röntgenstrahlung wurde ein Siliziumdetektor mit 1024x256 Pixeln (Pixelgröße 26μm × 26μm) verwendet, welcher für eine bisher nicht erreichte spektrale und räumliche Auflösung sorgt. Die so erfolgte vollständige Charakterisierung der Energie-Winkel-Beziehung erlaubt Rückschlüsse auf Parametereinflüsse und Korrelationen von Elektronen- und Laserstrahl. Eine umfassende statistische Analyse, bei der ab-initio 3D Simulationen mit den experimentellen Daten verglichen und ausgewertet wurden, ermöglichte u.a. die Bestimmung der Elektronenstrahldivergenz mit einer Genauigkeit von 1.5% und erlaubt Vorhersagen zur zu erwartenden Strahlung der zukünftigen brillianten Röntgenquelle PHOENIX (Photon electron collider for Narrow bandwidth Intense X-rays) und potentiellen lasergetriebenen Gammastrahlungsquellen. Die Ergebnisse dienen als Fixpunkt für die Skalierung des erwarteten Photonenflusses der Röntgenquelle für die verfügbaren Ausgangsgrößen am Helmholtz-Zentrum Dresden - Rossendorf. Das Wissen um die räumliche und spektrale Verteilung der Röntgenstrahlung ist entscheidend für die Planung zukünftiger Experimente sowie zur Anpassung der Quelle an experimentelle Bedürfnisse.

Ultrashort, nearly monochromatic hard X-ray pulses enrich the understanding of the dynamics and function of matter, e.g., the motion of atomic structures associated with ultrafast phase transitions, structural dynamics and (bio)chemical reactions. Inverse Compton backscattering of intense laser pulses from relativistic electrons not only allows for the generation of bright X-ray pulses which can be used in a pumpprobe experiment, but also for the investigation of the electron beam dynamics at the interaction point. The focus of this PhD work lies on the detailed understanding of the kinematics during the interaction of the relativistic electron bunch and the laser pulse in order to quantify the influence of various experiment parameters on the emitted X-ray radiation. The experiment was conducted at the ELBE center for high power radiation sources using the ELBE superconducting linear accelerator and the DRACO Ti:sapphire laser system. The combination of both these state-of-the-art apparatuses guaranteed the control and stability of the interacting beam parameters throughout the measurement. The emitted X-ray spectra were detected with a pixelated detector of 1024 by 256 elements (each 26μm by 26μm) to achieve an unprecedented spatial and energy resolution for a full characterization of the emitted spectrum to reveal parameter influences and correlations of both interacting beams. In this work the influence of the electron beam energy, electron beam emittance, the laser bandwidth and the energy-anglecorrelation on the spectra of the backscattered X-rays is quantified. A rigorous statistical analysis comparing experimental data to ab-initio 3D simulations enabled, e.g., the extraction of the angular distribution of electrons with 1.5% accuracy and, in total, provides predictive capability for the future high brightness hard X-ray source PHOENIX (Photon electron collider for Narrow bandwidth Intense X-rays) and potential all optical gamma-ray sources. The results will serve as a milestone and starting point for the scaling of the Xray flux based on available interaction parameters of an ultrashort bright X-ray source at the ELBE center for high power radiation sources. The knowledge of the spatial and spectral distribution of photons from an inverse Compton scattering source is essential in designing future experiments as well as for tailoring the X-ray spectral properties to an experimental need. / Ultrakurze, quasi-monochromatische harte Röntgenpulse erweitern das Verständnis für die dynamischen Prozesse und funktionalen Zusammenhänge in Materie, beispielsweise die Dynamik in atomaren Strukturen bei ultraschnellen Phasenübergängen, Gitterbewegungen und (bio)chemischen Reaktionen. Compton-Rückstreuung erlaubt die Erzeugung der für ein pump-probe-Experiment benötigten intensiven Röntgenpulse und ermöglicht gleichzeitig einen Einblick in die komplexen kinematischen Prozesse während der Wechselwirkung von Elektronen und Photonen. Ziel dieser Arbeit ist, ein quantitatives Verständnis der verschiedenen experimentellen Einflüsse auf die emittierte Röntgenstrahlung bei der Streuung von Laserphotonen an relativistischen Elektronen zu entwickeln. Die Experimente wurden am ELBE - Zentrum für Hochleistungs-Strahlenquellen des Helmholtz-Zentrums Dresden - Rossendorf durchgeführt. Der verwendete supraleitende Linearbschleuniger ELBE und der auf Titan-Saphir basierende Hochleistungslaser DRACO garantieren ein Höchstmaß an Kontrolle und Stabilität der experimentellen Bedingungen. Zur Messung der emittierten Röntgenstrahlung wurde ein Siliziumdetektor mit 1024x256 Pixeln (Pixelgröße 26μm × 26μm) verwendet, welcher für eine bisher nicht erreichte spektrale und räumliche Auflösung sorgt. Die so erfolgte vollständige Charakterisierung der Energie-Winkel-Beziehung erlaubt Rückschlüsse auf Parametereinflüsse und Korrelationen von Elektronen- und Laserstrahl. Eine umfassende statistische Analyse, bei der ab-initio 3D Simulationen mit den experimentellen Daten verglichen und ausgewertet wurden, ermöglichte u.a. die Bestimmung der Elektronenstrahldivergenz mit einer Genauigkeit von 1.5% und erlaubt Vorhersagen zur zu erwartenden Strahlung der zukünftigen brillianten Röntgenquelle PHOENIX (Photon electron collider for Narrow bandwidth Intense X-rays) und potentiellen lasergetriebenen Gammastrahlungsquellen. Die Ergebnisse dienen als Fixpunkt für die Skalierung des erwarteten Photonenflusses der Röntgenquelle für die verfügbaren Ausgangsgrößen am Helmholtz-Zentrum Dresden - Rossendorf. Das Wissen um die räumliche und spektrale Verteilung der Röntgenstrahlung ist entscheidend für die Planung zukünftiger Experimente sowie zur Anpassung der Quelle an experimentelle Bedürfnisse.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(エネルギー科学) / 甲第17918号 / エネ博第290号 / 新制||エネ||60(附属図書館) / 30738 / 京都大学大学院エネルギー科学研究科エネルギー応用科学専攻 / (主査)教授 大垣 英明, 教授 白井 康之, 教授 松田 一成 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Energy Science / Kyoto University / DGAM