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Flotation is a complex, multiphase process used to separate minerals. Four problems central to the fundamentals of the flotation process were studied. A multiphase grid turbulence experiment was conducted to verify particle collision models. The slip velocities of solid particles and bubbles were measured using Digital Particle Image Velocimetry (DPIV). The experimental results were compared with the predictions from empirical and theoretical collision models. Time-resolved DPIV was used to measure the turbulent velocity field in a Rushton turbine around the impeller region. The turbulence quantities were found by removing the periodic component from the blade passing, which is a dominant part of the measured velocities near the impeller. We provide evidence that larger, biased dissipation and turbulent kinetic energy values are estimated in the vicinity of the impeller due to the periodic component of the blade passage. The flow was found to be anisotropic close to the impeller. Vortex detection revealed that the tip vortices travel in a nearly radial direction from the impeller for small Reynolds numbers and with a wider distribution for higher Reynolds numbers. The rise of a buoyant bubble and its interaction with a free liquid surface was experimentally investigated using Time-Resolved Digital Particle Image Velocimetry as a function of bubble size, and surfactant concentration of the fluid medium. It is shown that the presence of a surfactant significantly affected the characteristics of the velocity field during the rise and interaction with the free surface. This difference is attributed to the adsorption coverage of the surfactant at the bubble-fluid interface. Wake profiles were compared. The presence of large vortices were observed and found to play a significant role. Finally, Numerical and experimental results of stable and unstable foams are presented by comparing liquid fractions and bubble sizes. There was good agreement between the experiments and numerical modeling in free drainage and forced drainage experiments. In addition, foam coarsening was measured and characterized experimentally. Each of the problems investigated have added to the understanding in the underlying physics of the flotation process and can lead to more accurate modeling. The ultimate goal of this work is to contribute to the design of more effective and efficient flotation machines. / Ph. D.

The planned widening of U.S. Highway 17 along the east boundary of Great Dismal Swamp National Wildlife Refuge (GDSNWR) and a lack of knowledge about the refuge's bear population created the need to identify potential sites for wildlife crossings and estimate the size of the refuge's bear population. I collected black bear hair in order to collect DNA samples to estimate population size, density, and sex ratio, and determine road crossing locations for black bears (Ursus americanus) in GDSNWR in southeastern Virginia and northeastern North Carolina. I also investigated bear/vehicle collisions to determine patterns of road crossing. Genetic analysis of 344 hair samples collected on 2 trapping grids identified 85 unique individuals which I used in a mark-recapture analysis. Estimated population size on the trapping grids was 105 bears (95% CI = 91-148) and average density was 0.56 bears/km². This density estimate projected over the entire Great Dismal Swamp ecosystem yielded a population estimate of 308 bears (550 km2 X 0.56 bears/km²). Similar population estimates generated by Hellgren (1988), Tredick (2005), and this study suggest a stable bear population in the Great Dismal Swamp ecosystem over a 20-year period. I erected a 2.3-kilometer long strand of barbed wire along U. S. Highway 17 to monitor road crossing patterns near the Northwest River drainage. Genetic analysis identified 6 bears (4 males, 1 female, 1 unknown) that apparently crossed the highway in a 10-month period. Five of 6 bears deposited hair in a 171-m section which included the Northwest River corridor. The 6 bears detected crossed the road at least 11 times. I investigated 10 reports of bear/vehicle collisions on the periphery of the refuge from June 2000 to May 2002. Six bears (4M:1F:1 unknown) were confirmed killed during this time period. Based on reported bear/vehicle collisions from Hellgren (1988), the Virginia Department of Game and Inland Fisheries database, and this study, a minimum of 4 to 5 bears are struck by vehicles each year on the periphery of the refuge. I identified 2 areas of multiple bear/vehicle collisions: highway 58 on the north side of the refuge near Hampton Airport and Highway 17 on the eastern side of the refuge in the vicinity of the Northwest River corridor. / Master of Science

Strobe lights have been used successfully in many transportation applications to increase conspicuity. It was hoped that a strobe signal could also be applied to more effectively warn distracted drivers of an unexpected rear end conflict. This "proof of concept study" used a 2 x 2 between-subjects design using thirty-three subjects (16 subjects in the strobe condition, 17 subjects in the no strobe condition) who were divided into two age groups: younger (25-35) and older (60-70). The driver unexpectedly encountered a stopped "surrogate" vehicle in the roadway (with or without a rear-facing strobe light) in a controlled on-road study at the Smart Road located at the Virginia Tech Transportation Institute (VTTI). Results suggested that younger subjects' perception times improved as a result of being exposed to the strobe signal. Faster perception of the situation allowed more time to initiate a brake response. Older subjects perception and response times remained unchanged by the strobe signal. More severe initial steering rate and subjective responses indicated that the strobe conveyed a sense of urgency irrespective of age. Visual distraction of subjects proved difficult. Hence, the impact of the strobe on attracting the attention of a visually distracted driver to the stimulus could not be as fully investigated as originally hoped. The formulation of a more difficult distraction task was suggested for future research to truly assess the ability of the strobe light at alerting visually distracted drivers. / Master of Science

Measurements of the jet substructure in Pb+Pb collisions provide information about the mechanism of jet quenching in the hot and dense QCD medium created in these collisions, over a wide range of energy scales. Recent measurements of the nuclear modification factor of large-radius jets in 5.02 TeV Pb+Pb collisions with ATLAS are presented. 2017 pp data of 257 inverse picobarns and 2018 Pb+Pb data of 1.72 inverse nanobarns are used in these measurements. The R=1.0 large-radius jets are reconstructed with the anti-kt algorithm from R=0.2 anti-kt jets. In each large-radius jet, the associated R=0.2 jets, as constituents, are re-clustered using the kt algorithm to obtain the earliest splitting substructure observables, including the splitting scale sqrt(d12) and the angular separation dR. The nuclear modification factor RAA, which is the jet yield suppression in Pb+Pb compared to pp, is measured as a function of the jet transverse momentum pt and jet substructure observables sqrt(d12) and dR. A significant RAA decrease for jets with one single sub-jet is observed, compared to jets with more complex substructure. These results support the hypothesis that jets with hard internal splittings losemore energy propagating through the medium. Measurements of RAA with dependence on the jet substructure characterized using charged particle fragments are also presented. Utilizing jets of a consistent definition, the substructure observables, specifically the splitting scale sqrt(d12) and the angular separation dR, are extracted from the kt re-clusterings of charged particles associated to each large-radius jet. The soft-drop grooming algorithm is applied with the kt re-clusterings of the charged particles to mitigate the strong underlying event effects. RAA is found to have a significant decrease with increasing sqrt(d12) and dR at their lower values, suggesting possible color coherence effects influencing the jet energy loss in the medium.

Le multidétecteur HERACLES a été utilisé pour étudier les réactions ²⁵Na; ²⁵Mg + ¹²C à 9.23 MeV par nucléon à l’accélérateur ISAC-2 de TRIUMF. Les données brutes recueillies par HERACLES doivent être traitées pour en tirer des résultats physiques. Nous avons conçu un programme d’analyse codé en C++ pour traiter ces données. Le développement d’algorithmes d’identification a permis d’accélérer l’identification des particules dans les spectres des nombreux détecteurs d’HERACLES. Les résultats de l’identification montrent une identification en charge des particules pour les détecteurs des 4 premiers anneaux couvrant des angles de 4.8° à 24° par rapport au faisceau. Les particules légères sont identifiées en masse jusqu’à l’hélium dans les 2 autres anneaux couvrant les angles de 24° à 46°. L’étalonnage en énergie des détecteurs est déterminé à l’aide de la formule de Parlog. Nous avons réalisé une simulation hybride AMD et GEMINI et nous avons comparé les résultats aux données expérimentales pour les systèmes ²⁵Na; ²⁵Mg + ¹²C C à 9.23 MeV par nucléon.

Les données C+Mg à 53 et 95 MeV/nucléon de la troisième campagne INDRA ont servi de support à l'extraction des résonances des produits du quasi-projectile pour les réactions périphériques. Les caractéristiques du montage sont présentées afin de fixer les capacités de l'analyse. Une première observation des données démontre leur potentiel. La configuration de la matrice a permis de bien détecter les collisions périphériques de la réaction. Des résonances du 12C et du 10C ont été mises en évidence à l'aide de fonctions de corrélation en énergie cinétique à plusieurs corps. Les sections efficaces de ces résonances ont été extraites. Une analyse plus générale avec une reconstruction simple du quasi-projectile a démontré que le processus de réaction d'éjection (knock out) semble plus important lorsque l'énergie de faisceau est plus grande. Pour un regroupement de somme des charges et des masses des particules chargées du quasi-projectile, la population des voies suit une tendance exponentielle selon le Q de réaction de la voie. Un système se désexcitant de façon thermique présentera nécessairement cette tendance. Plusieurs résonances de systèmes riches en protons sont observées suggérant que la réaction exploite une vaste gamme d’isotopes entre la collision et la désexcitation finale du système.

Les collisions d’ions lourds aux énergies intermédiares (E/A = 10 - 100 MeV/nucléon) sont caractérisées par une variété surprenante de phénomènes responsables d’une production importante de particules et de fragments. L’étude des mécanismes de réaction permet de clarifier la dépendance de ces phénomènes selon les paramètres initiaux de la collision. Le travail expérimental présenté dans cette thèse est axé sur l’étude du rôle de l’asymétrie de masse et de l’asymétrie d’isospin en voie d’entrée pour la production de particules et de fragments, principalement dans les régions de vitesses caractéristiques du quasi-projectile et d’une zone intermédiaire.... / Québec Université Laval, Bibliothèque 2019

Des données obtenues avec le multidétecteur INDRA portant sur des réactions ¹²⁹Xe +nat Sn à 25 AMeV ont montré la présence inattendue de fragments ayant une charge largement supérieure (autour de Z=70) à celles du projectile ou de la cible, qui sont de Z=54 et Z=50 respectivement. Les collisions impliquant des noyaux dont le produit des charges est supérieur à 2700 sont dominées par les transferts très inélastiques. Pour Xe+Sn, ce produit est 2700. Suite à ces observations, une série d'expériences a été effectuée en utilisant les réactions ¹²⁹Xe +nat Sn à 8, 12, 15, 20 et 25 AMeV. Il sera alors possible de déterminer si ces résidus sont produits par fusion incomplète, par d'importants transferts de masse lors de collisions profondément inélastiques ou encore par la fission très asymétrique d'un système composite. Le présent travail présentera les résultats expérimentaux obtenus lors de l'analyse de ces expériences. On montrera que des résidus lourds ayant une charge supérieure à 70 sont produits avec une section efficace de production de 10~2 mb. Les distributions angulaires montrent que ces résidus peuvent être produits par la fusion incomplète du projectile et de la cible. L'étude des produits en coïncidence avec les résidus montrent qu'un système composite s'est formé pour ensuite subir une fission qui mène au résidu et à un fragment plus petit. Enfin, la comparaison des résultats avec un modèle phénoménologique, HIPSE, confirme la validité du modèle pour ce régime énergétique.

Les collisions d'ions lourds aux énergies intermédiairas sont utilisées afin de caractériser la matière nucléaire soumise à des énergies d'excitation élevées. Ces collisions génèrent un grand nombre de fragments qu'il faut détecter et identifier afin d'étudier les propriétés des sources d'émission. Pour ce faire, nous utilisons des multidétecteurs composés de différents types de modules de détection qui couvrent une grande section de l'angle solide autour de la cible. Cette thèse se divise en deux parties. La première est une analyse des données provenant des deux premières campagnes du multidétec-teur INDRA qui se sont déroulées au laboratoire GANIL situé à Caen en France. Les réactions ³⁶Ar+⁵⁸Ni à 32, 40, 52, 63, 74 et 84 MeV/A et ⁵⁸Ni+⁵⁸Ni à 32, 40, 52, 64, 74 et 82 MeV/A ont été utilisées afin de caractériser les rapports isotopiques pour les éléments de charge Z<5 provenant des sources du quasi-projectile et de la mi-rapidité lors des événements périphériques et semi-périphériques. Les sources sont sélectionnées par la méthode d'identification statistique. La deuxième partie de ce travail est essentiellement instrumentale et porte sur le multidétecteur HÉRACLÈS. Celui-ci a été transféré de Texas A&M University vers le laboratoire TRIUMF à Vancouver au début des années 2000 afin de mener des expériences utilisant les faisceaux radioactifs accélérés par le nouvel accélérateur ISAC-II. En plus du travail de montage, des modifications importantes devaient être apportées à l'ensemble des détecteurs afin de les adapter aux basses énergies de ISAC-II (E < 15 MeV/A). Les anneaux de scintillateurs plastiques de type phoswich aux plus bas angles ont été remplacés par un anneau de BaF₂-phoswich et un anneau de télescopes silicium-CsI(Tl) et les seuils en énergie des anneaux phoswich et CsI(Tl) aux angles plus élevés ont été abaissés. Une description des différents détecteurs et des modifications effectuées ainsi que les résultats obtenus lors des tests avec faisceaux seront présentés dans la seconde partie de cet ouvrage.