<p>This thesis contains two parts; Both of which are parts of the requirements for the Degree of Master of Engineering </p> </p> <p> Part A: Industrial Project</p> </p> <p> Part B: McMaster (On-Campus) Project </p> / <p> This document reports the results of a study of several parameters of a neutron radiographic system of the direct conversion type, and of their effects on certain image characteristics. These parameters are: thickness of the converter, backing material of the very thin converter layers, level of water in the beam tube, exposure time, and film type. The image characteristics are relative optical density, specific contrast, and unsharpness, the latter interpreted quantitatively through the edge-spread function. Theoretical treatments and empirical data are presented and compared. Emphasis is put on investigations of the perfonnance of thin (~2000 A) layers of gadolinium converter, and on the experimental analysis of the edge-spread function. </p> / Thesis / Master of Engineering (ME)

The thesis contains two separate projects: Part A and Part B. / Part A: No abstract provided. Part B: A method for measuring the complex permittivity of insulator materials at microwave frequencies is described in detail. Results of dielectric measurements using this technique are in good agreement with data from other sources. MKS units are used in this report. / Thesis / Master of Engineering (MEngr)

The liquid fraction of foam is an important quantity in engineering process control and essential to interpret foam rheology. Established measurement tools for the liquid fraction of foam, such as optical measurement or radiography techniques as well as weighing the foam, are mostly laboratory-based, whereas conductivity-based measurements are limited to the global measurement without detailed spatial information of liquid fraction. In this work, which combines both types of measurement techniques, the conductivity-based wire-mesh sensor is compared with neutron radiography. We found a linear dependency between the liquid fraction of the foam and the wire-mesh readings with a statistical deviation less than 15%. However, the wire-mesh sensor systematically overestimates the liquid fraction, which we attribute to liquid bridge formation between the wires.

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Made available in DSpace on 2014-10-09T12:53:50Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:58:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 12342.pdf: 14453245 bytes, checksum: d663bec3e62922a0d773fb585931e4de (MD5) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs) fabricated by direct membrane deposition (DMD) were shown to work even at dry conditions without significant deterioration of the membrane resistance. Here, in situ neutron radiography is used to investigate the water management in those fuel cells to uncover the phenomena that lead to the robust operation under low humidification. A constant level of humidification within the membrane electrode assembly (MEA) of a DMD fuel cell is observed even under dry anode operation and 15% relative humidity on the cathode side. This proves a pronounced back diffusion of generated water from the cathode side to the anode side through the thin deposited membrane layer. Over the entire range of polarization curves a very high similarity of the water evolution in anode and cathode flow fields is found in spite of different humidification levels. It is shown that the power density of directly deposited membranes in contrast to a 50 μm thick N-112 membrane is only marginally affected by dry operation conditions. Water profiles in through-plane direction of the MEA reveal that the water content in the DMD fuel cell remains steady even at high current densities. This is in contrast to the N-112 reference fuel cell which shows a strong increase in membrane resistance and a reduced MEA water content with raising current densities. Thus this new MEA fabrication technique has a promising perspective, since dry operation conditions are highly requested in order to reduce fuel cell system costs.

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<p> In analyzing the processes involved in neutron radiography, there is a need for a well-defined mathematical structure which can simultaneously be used in practical situations without great difficulty. In this report, the edge-spread function method of analysis is considered in some detail. The basic theory is developed, and both the general and the specific viewpoint are considered, in terms of the mathematical functions used. The usefulness of ESF theory in predicting optical density patterns is illustrated. Specific applications of the theory are developed; in particular, studies of image resolution and unsharpness are undertaken. </p> <p> To determine whether or not ESF methods are a good representation of the physical situation, some alternate methods which consider radiography from a more basic viewpoint are developed. The first of these is a strictly numerical approach, where experimental data is examined without specifying a model for the image formation process; a matrix formulation suitable for characterizing an image is developed. </p> <p> The second alternate method involves the use of Monte Carlo methods; this allows the incorporation of more realistic parameters into the analysis. For example, screen-film separation and object scattering of neutrons, and their effects on the image, are evaluated. Finally, a two-dimensional analysis of a simple problem is considered, with the end result being a confirmation of the usefulness of ESF theory. </p> / Thesis / Master of Engineering (MEngr)

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Wo und wie schnell nehmen Wurzeln Wasser auf? Obwohl diese Frage in Pflanzen- und  Bodenwissenschaften von großer Bedeutung ist, gibt es nur wenige experimentelle Daten darüber, an welcher Stelle der Wurzeln eine transpirierende Pflanze das Wasser aus dem Boden erhält. Die Antwort auf diese Frage erfordert direkte und in-situ Messungen des lokalen Wasserflusses in die Wurzel hinein. Ziel dieser Arbeit war es, eine neue Methode zu entwickeln und anzuwenden, um den lokalen Wasserfluss in unterschiedliche Segmente der Pflanzenwurzeln zu quantifizieren. Dabei wurde Neutronenradiographie eingesetzt um den Transport von deuteriertem Wasser (D2O) in die Wurzel von Lupinen zu untersuchen. Die Lupinen wuchsen in Aluminium Containern, die mit sandigem Boden gefüllt waren. Der sandige Boden wurde mit Hilfe von 1cm-dicken Schichten groben Sandes in verschiedene Bereiche eingeteilt. Diese Schichten reduzierten die Diffusion von D2O zwischen den verschiedenen Bereichen.  D2O wurde in ausgewählte Bereiche tagsüber (transpiriende Pflanzen) und nachts (nicht transpiriernde Pflanze) injiziert. Transport von D2O in die Wurzeln hinein wurde durch Neutronenradiographie mit einer räumlichen Auflösung von 100 µm in Intervallen von 10 Sekunden aufgezeichnet. Die Messungen zeigten: i) Transport von D2O in die Wurzel hinein war tagsüber schneller als nachst; ii) D2O wurde tagsüber schnell entlang der Wurzel in Richtung Spross transportiert, während dieser axiale Fluss nachts vernachlässigbar war. Die Unterschiede zwischen Tag- und Nachtmessungen wurden durch konvektiven Transport von D2O in den Wurzeln erklärt. Um den effektiven Wasserfluss in die Wurzeln hinein zu quantifizieren, wurde ein einfaches Konvektions-Diffusions Modell entwickelt, wobei die Zunahme der D2O Konzentration in Wurzeln vom konvektiven Transport abhängt und von the Diffusion des D2O in die Wurzeln. Die Ergebnisse zeigten, dass die Wasseraufnahme nicht gleichmäßig entlang der Wurzel stattfindet. Die Wasseraufnahme war in den oberen Bodenschichten höher als in den tieferen. Entlang einzelner Wurzeln war der radiale Fluss in nahen Teilen der Wurzel höher als in den weiter entfernten Teilen der Wurzel. In Lupinen fand die Wasseraufnahme im Wesentlichen in den lateralen Wurzeln statt. Die Funktion der Pfahlwurzel war es, das Wasser der lateralen Wurzeln zu sammeln und zum Spross zu transportieren. Diese Funktion wird durch eine geringe radiale und eine hohe axiale Leitfähigkeit sichergestellt.  Wir haben diese Technik auch angewandt um den Einfluss der Rhizosphäre auf die Wasseraufnahme zu untersuchen. Wie vor Kurzem auch in der Literatur berichtet wurde, wurde auch in dieser Arbeit beobachtet, dass der Boden in der unmittelbaren Nähe der Wurzeln, der sogenannten Rhizosphäre, hydrophob wird, wenn der Boden trocken wird. Zum ersten Mal konnte gezeigt werden, dass durch die Hydrophobizität der Rhizosphäre die Wasseraufnahme nach Trocknung und folgender Bewässerung reduziert wird. Es wurde die Schlussfolgerung gezogen, dass nach Trocknung die Rhizosphäre einen entscheidenden Wiederstand für den Wasserfluss zur Wurzel darstellt. Das beeinflusst vermutlich auch die Ausdehnung des Bereiches der Wurzeln, in dem Wasser aufgenommen wird. Die Bedeutung dieser Arbeit ist die Entwicklung einer neuen Methode, um Wasseraufnahme durch Wurzeln lebender Pflanzen lokal zu quantifizieren. Diese Methode macht es möglich quantitativ zu messen, wo und wie schnell Wurzeln Wasser im Boden aufnehmen. Diese Technik wird es erleichtern, die Funktionsweise der Wurzeln verschiedener Pflanzen zu verstehen und den Einfluss von Wurzelwachstum und wechselnder äußerer Bedingungen, wie Wassergehalt, Transpiration und Verfügbarkeit von Nährstoffen und vieler weiterer Faktoren zu untersuchen.  Die Antwort auf diese Fragen könnten einen weiten Bereich für landwirtschaftliche Anwendungen eröffnen, die darauf abzielen, Bewässerungsmethoden zu verbessern.