The core component of a nuclear power plant is the reactor and the fuel rods that supply it with fission fuel. Efficient and safe energy extraction is thus highly dependent on the reactor design and the conditions of the fuel rods. To anticipate high-quality operation and potential risks in advance, one must perform simulations on the fuel rods. This is traditionally executed using fuel performance codes such as the Transuranus and FRAPCON. These codes offer intricate and accurate models of the underlying physical processes that govern fuel rod performance, encompassing aspects like linear heat generation rates, neutron flux and their irradiation effects, fuel rod expansion and contraction, clad corrosion, and fission gas release. However, fuel performance codes cannot be easily parallelized using modern hardware accelerators, such as graphic processing units, due to their iterative nature that follows from the complexity of coupling multiphysics-based models. Thus, they can only simulate one fuel rod at a time per CPU. The challenge comes when trying to simulate all the 10,000 to 100,000 fuel rods in a typical pressurized water reactor, which is a relatively slow process as compared to parallelized computation for all time steps using a GPU. To improve the speed aspect of the fuel performance modeling, a data-driven surrogate model based on neural networks is developed. The main advantage of a neural network over fuel performance codes is its ability to perform parallelized computations using one or more GPUs. The preexisting architectures that were explored include Temporal Convolutional Network, Fourier Neural Operator, and a Transformer. Additionally, a novel architecture is proposed, the Temporal Frequency Network. This is a heterogeneous ensemble method that is based on the Temporal Convolutional Network and the Fourier Neural Operator. The newly proposed architecture archives the lowest validation error among the preexisting architectures with a minor increase in the computations as compared to the ensemble components. The Temporal Frequency Network is then applied to take time-dependent inputs in the form of linear heat generation rate and use it as the only information to predict various time-dependent variables of the fuel rods. The predicted variables include fuel center-line temperature, central void pressure, oxidation thickness, fuel gap width, hydrogen absorption, integral fission gas release, and integral fractional gas release. When deploying the neural network in practice, the user cannot in general trust that the model will generalize from its training, especially in fuel performance modeling where accurate predictions are important to demonstrate safe operation. To ensure that the predictions of the model are reliable, a separate neural network called decoder is trained to qualitatively quantify the error of the previous model that made the predictions, called encoder. This is done by training the decoder to reconstruct the original input to the encoder by providing it with the output, e.g., the inverse task. It is then possible to compare the original input with the reconstructed input, thus, an error can be computed that can be used to qualitatively determine the quality of the predictions.  With the Temporal Frequency Network, the average validation error was roughly 1% error. This makes it a strong candidate surrogate model for fuel performance modeling. In addition, with the encoder-decoder setup, this work provides a robust framework for error estimation that can be performed on new, potentially out-of-distribution inputs without the need for a fuel performance code. This setup is therefore suitable for applications where a low false negative rate is desired. / Huvudkomponenten i ett kärnkraftverk är reaktorn och bränslestavarna som förser den med kärnbränsle. Effektiv och säker energiextraktion är därför starkt beroende av reaktorns utformning och bränslestavarnas skick. För att förutse högkvalitativ drift och potentiella risker i förväg måste man utföra simuleringar på bränslestavarna. Detta utförs traditionellt med bränslestavskoder som Transuranus och FRAPCON. Denna uppgift utförs traditionellt med bränsleprestandakoder som Transuranus och FRAPCON. Dessa koder tillhandahåller detaljerade och exakta modeller som modellerar bränslestavens fysikaliska beteende. Modelleringen i denna arbete omfattar aspekter som linjär längdvärmebelastning, snabbneutronflöde och deras bestrålnings effekter, expansion samt kontraktion av bränslestaven, kapslingskorrosion och utsläpp av fissionsgas. Emellertid kan dessa bränslestavskoder inte enkelt parallelliseras med moderna hårdvaruacceleratorer som grafikprocessorer på grund av deras iterativa karaktär som följer från komplexitiviteten med att modellera multiskaliga system med kopplade interaktioner mellan variablerna. Koderna kan således endast simulera ett bränslestav åt gången per CPU. Utmaningen uppstår när man försöker simulera alla 10,000 till 100,000 bränslestavar i en typisk tryckvattenreaktor, vilket är en relativt tidskrävande process i jämnförelse till paralelliserad beräkning för alla tidssteg genom att använda en GPU. För att reducera tiden för bränslestavsmodelleringen utvecklades en datadriven surrogatmodell som är baserad på neurala nätverk. Den viktigaste fördelen som ett neural nätverk har över en bränslestavskod är dess förmåga att utföra paralleliserade beräkningar genom att använda en eller flera GPU:er. De befintliga arkitekturerna som utforskades inkluderar Temporala faltningsnätverk, Fourier neurala operatorn och en Transformer. Dessutom föreslås en ny arkitektur, Temorala frekvensnätverk. Arkitekturen är en heterogen ensemblemetod som bygger på Temporala faltningsnätverk och Fourier neurala operator. Den nyligen föreslagna arkitekturen uppnår det lägsta valideringsfelet bland de föreslagna arkitekturerna med en mindre ökning av antal beräkningar i jämnförelse med dess individa ensemblekomponenter. Temporala frekvensnätverket användes sedan för att ta tidsberoende indata i form av linjära längdvärmebelastning och använda den som den enda informationen för att förutsäga olika tidsberoende variabler hos bränslestavarna. De förutsagda variablerna inkluderar bränslets temperatur, trycket hos den fria volymen, oxidationstjocklek, bränslegapsbredd, väteabsorption hos kapslingen, ackumulerad generad fissiongas och totalt relativt fissiongasutsläpp. När man implementerar det neurala nätverket i praktiken kan användaren i allmänhet inte lita på att modellen kommer att generalisera från sin träning, särskilt i bränslestavsmodellering där förutsägelser med hög noggrannhet är viktiga för att demonstrera säker drift. För att säkerställa att förutsägelserna är tillförlitliga tränas ett separat neuralt nätverk för att vara en avkodare vars uppgift är att kvantifiera kvaliteten på förutsägelser som görs av den tidigare modellen, kodaren. Detta uppnås genom att träna avkodaren på att lära sig funktionen som avbildar utdatan till indatan. På så vis kan den ursprungliga indatan jämnföras med den rekonstruerade indatan, och ett fel kan beräknas för att kvalitativt avgöra kvaliten hos prediktionerna av kodaren. Med Temporala frekvensnätverket hölls det genomsnittliga valideringsfelet vid cirka 1%, vilket gör det till en stark kandidat för bränslestavsmodellering. Dessutom, med uppställningen för kodare-avkodare, erbjuder detta arbete en robust utgångspunkt för felförutsägelse som kan utföras på nya indata som potentiellt är urvald bortom fördelningen för träningsdatan utan att behöva använda en bränslestavskod. Denna uppställning är därför lämplig för tillämpningar där låg andel falska negativa fall är önskvärd.

Tändare finns i applikationer där det krävs en snabb tillförsel av energi, exempelvis airbags, i granatereller i riktade sprängverkan. Tändarens uppgift är att starta en detonation eller deflagering i ettsekundärt sprängämne av större mängd som har en hög aktiveringsenergi, genom att applicera en litenaktiveringsenergi initierar tändsatsen inuti tändaren. Tändare är små, inte ofta större än en inre volympå en kubikcentimeter. Då tändare är en kritisk del i en tändkedja ställs höga krav på dem, eftersom närett tillfälle sker när tändaren ska fungera måste den fungera. Kraven som ställs på tändare ärnödvändiga att följa för att funktionen ska bibehållas under produktens bestämda livstid, omprimärexplosivämnet i tändaren förstörs på grund av att det inte skyddats från ytter miljöpåverkanordentligt blir vare sig kunden eller tillverkare nöjda. För att skydda primärsprängämnet frånomvärlden krävs det att en tändare är tillräckligt tät, hur tät och mot vad den ska vara tillräckligt tätmot beror på miljöns påfrestningar. Problemet med dagens tändare är att de inte är tillräckligt täta mot fukt eller vattenånga. Små tändare som innehåller små mängder känsligt primärsprängämne kan snabbt bli förstört av fukt. Genom att bestämma hur tät tändaren måste vara för att primärsprängämnet inte ska förstöras går det attmotverka problemet. Målet med rapporten är att undersöka teoretiskt med hjälp av matematisk modellering vad som är tillräckligt tätt. Tre koncept på tätning av tändare kommer framtas och med hjälp av matematisk modellering avgörs vilken eller vilka koncept på tätning som är tillräckligt tät. Koncepten ska vara billiga, enkla att applicera på befintliga produkter och följa de krav som sätts på en tändare. Det acceptabla läckaget för en tillräckligt tät tändare togs fram att vara 10−7cm3/s av luft. Teoretisktgår det att få tändarna täta på ett simpelt sätt, koncept 1 och koncept 2 är båda tillräckligt täta om vissakriterier uppfylls. Koncept 2 är tätare än koncept 1 men har en mer komplicerad design.

The purpose of the study is to contribute knowledge about children's understanding of the physical phenomenon of friction by conducting a planned learning activity together with the children. In the activity, the children had the opportunity to investigate high and low friction with varied materials in a slide. A total of seven five-year-old children participated on two separate occasions. The observations were carried out at the respective preschool's slide, where the children had to ride with the different materials and investigate the friction that arose. The observations were recorded with audio and video recording, which were then analysed using a content analysis and based on the theory of variation. The results of the study indicate that most children had a certain understanding of the phenomenon of friction even before the activity, but not of the scientific concepts or knowledge enough to explain their thoughts about the phenomenon. The results also showed that the design of the learning activity contributed to an increased understanding of the phenomenon of friction. They developed their thoughts and explanations about the phenomenon in relation to the different materials that were investigated and several of the children also adopted the concept of friction towards the end of the activity. Key words: friction, research method, variation theory, preschool / Studiens syfte är att bidra med kunskap kring barns förståelse för det fysikaliska fenomenet friktion genom att genomföra en planerad lärandeaktivitet tillsammans med barnen. I aktiviteten fick barnen möjlighet att undersöka hög och låg friktion med olika material i en rutschkana. Det deltog totalt sju femåriga barn vid två olika tillfällen. Observationerna genomfördes vid respektive förskolas rutschkana där barnen fick åka med de olika materialen och undersöka friktionen som uppstod. Observationerna spelades in med ljud och videoinspelning som sedan analyserades med hjälp av en innehållsanalys och utifrån variationsteorin. Resultatet av studien tyder på att de flesta barn hade en viss förståelse för fenomenet friktion redan innan aktiviteten, men dock inte för de vetenskapliga begreppen eller kunskaper tillräckligt för att förklara sina tankar kring fenomenet. I resultatet framkom även att utformningen av lärandeaktiviteten bidrog till en ökad förståelse för fenomenet friktion. De utvecklade sina tankar och förklaringar om fenomenet i relation till de olika materialen som undersöktes och flera av barnen anammade även begreppet friktion mot slutet av aktiviteten. Nyckelord: friktion, undersökande arbetssätt, variationsteorin, förskola

Fourier filtering is a powerful technique to improve the contrast when imaging through turbid media. However, the trade-off between contrast and spatial resolution is a long-standing issue that limits the Fourier filtering technique to low spatial resolution requirements. This report circumvents this trade-off by combining several high contrast but low spatial resolution images into one high spatial resolution, high contrast image using a phase retrieval algorithm. The high contrast, low resolution images were obtained in two methods; rotating an asymmetric Fourier filter and translating a symmetric pinhole filter across the Fourier domain. The former approach, when combined with the phase retrieval algorithm, successfully constructed a high spatial resolution, high contrast image through an optical density of OD = 13.7. The problem with this technique is its temporal sluggishness as several images need to be captured and then processed to form one high resolution image making it difficult to use for fast moving object e.g. Combustion sprays. Here, I propose a new technique called Phase Retrieval Algorithm for Multiple Exposures (PhRAME) which is an instantaneous method to capture all the required images for the phase retrieval algorithm by utilising an ultra-fast imaging technique called Frequency Recognition Algorithm for Multiple Exposures (FRAME). FRAME captures several images in one exposure allowing different spatial frequencies to be captured with the same high contrast in each image. These images are then combined via the phase retrieval algorithm into one high contrast, high spatial resolution image. While this report doesn't demonstrate the working of PhRAME, it demonstrates an intermediately step, that FRAME and the phase retrieval algorithm work in tandem.

In this text we explore the case of pure Yang-Mills amplitudes in 5 spacetime dimensions for vector particles. Extending current toolsets such as the Spinor-Helicity formalism in 5D would be beneficial to the study of the various cases of super Yang-Mills and supergravity. In this text we provide an expression for the 5D BCFW shifts and test them in the 4-point setting. A method for obtaining the 5-point gluon amplitude is presented as well as a way to classify possible building blocks of the ansatz. We also provide a non-trivial expression for the 5-point case. The text begins with a short review of Spinor-Helicity formalism in 4D is given at the beginning followed by a discussion of its extension to 5D. Next, we review the pure Yang-Mills theory and modern methods of amplitude calculations. Finally we discuss our methods and results. / Vi utforskar fallet med rena Yang-Mills-amplituder i 5 rymdtidsdimensioner för vektorpartiklar. Utvidgningen av Spinor-Helicity-formalismen i 5D skulle vara fördelaktig för studiet av de olika fallen av super Yang-Mills och supergravitation. I denna avhandling ger vi ett uttryck för 5D BCFW-skiften och tillämpar dem i 4-punktsinställningen. Vi presenterar en metod för att erhålla 5-punkts gluonamplituden och ett sätt att klassificera möjliga byggstenar i ansatsen. Med hjälp av dessa utvecklar vi ett icke-trivialt uttryck för 5-punktsfallet i 5D SH-variabler. Texten börjar med en kortöversikt över Spinor-Helicity-formalismen i 4D som ges i början följt av en diskussion om dess utvidgning till 5D. Därefter granskar vi den rena Yang-Mills-teorin och moderna metoder för amplitudberäkningar och slutligen diskuterar vi våra metoder och resultat

In this work, I propose a hybrid particle simulator for charged particles. The simulator consists of a physics-informed neural network, which can handle arbitrary external electric fields with continuous coordinates by solving the Poisson equation, and a graph-based algorithm that computes the interacting forces between the particles. The simulator is then applied to a set of particles inside a square domain under the influence of some external electric field. As the system evolves in time, particles will gradually leave the domain causing the particle density of the domain to change. This work aims to find a model which describes the particle density evolution of the system.

The goal of this project was to determine the source strength of an Americium-Beryllium neutron source by irradiating metal foils of different elements. The irradiated foils were then placed on a High Purity Germanium detector and γ-decay from the decay of the neutron induced reaction products was observed and used to deduce the neutron flux. The results have been found to be in the order of magnitude of S = 2 · 105 neutrons/second, which is in fair agreement with the source strength calculated from the manufacturer’s specifications. In addition, in order to improve the reproducibility of the measurements, flexible holders have been created using 3D printers.

This work aims to plan, prepare and perform a test campaign of the Back-End Electronics(BEE) module in the phasemeter instrument on board the Laser Interferometer Space Antenna(LISA). Results from the test are analyzed to thermally characterize the BEE module as wellto evaluate how successfully an aluminum enclosure mounted on the BEE can dissipate heatloads from the BEE. In addition to the experimental tests, has a computational thermalmodel been developed in COMSOL. The experimental tests were performed in medium vacuum pressure at the Satellite TestEnvironment for Laser Applications (STELA) laboratory at Albert Einstein Institute forGravitational Physics in Hanover, Germany. Steady-state tests show that the aluminumenclosure successfully can dissipate heat-loads of 18.94 [W] from the BEE. Temperatures ofthe BEE would never exceed 55◦ C during testing which is well below the upper temperaturelimit of 75◦ C, thus resulting in a stable thermal environment. Simulations performed of theBEE model also show encouraging results. During time-dependent simulations, temperaturesof critical points from the model would never deviate more than 1.5◦ C from temperaturesof the experimental tests.

<p>Objective: The design of a prototype avalanche photodiode gamma camera and an adaptable and expandable acquisition board. To test the performance of the acquisition board a photomultiplier base camera is constructed and utilized in various configurations. The APD-based gamma camera is tested on the same acquisition board to evaluate its performance.</p> <p>Results:Spectra have been collected and analyzed utilizing four various detector/system configurations. i) a PET module, utilizing a PMT coupled to a pixilated BGO crystal with a high energy Na-22 source. ii) a single PMT extracted from a PET module akin to the one mentioned previously and coupled to NaI(T1) with a Co-57 source. iii) the same PMT coupled to a CsI(T1) crystal with a variety of sources, including Tc-99m, Ga-67 and Co37. iv) an APD coupled to a CsI(T1) crystal with a variety of sources including Tc-99m and Co-57. Images have been collected from multiple camera configurations, all by a 2 by 2 array. APD's with CsI(T!), PMT's and NaI(T1) and a PET module with PMT's on BGO</p> <p>Conclusion: These requirements have been met with the current design and the system has been tested in a controlled environment. collecting spectrum while operating a single channel and for some configurations, images were collected operating a multi-channel array. A number of steps can be taken to improve upon this prototype, The detector itself may benefit from a pixilated crystal and current APD technology. The acquisition board should be transferred to a multiple printed circuit board design allowing it to be implemented ill a black-box manner. Additionally. the current USB bridge' limits the transfer rate of data between the DSC and the' PC. as a result. alternatives should be investigated.</p> / Master of Science (MSc)

The exploding foil initiator (EFI) is a high voltage detonator used to initiate explosions. It is designed to improvesafety standards by lowering the risk of accidental detonation and in doing so allows for in-line integration in, forexample, weapon systems that minimizes their complexity and thus reduces the number of possible failures. It ishighly reliable in terms of timing and avoids that functionality of the detonator deteriorates over time, which has beena problem in earlier designs of detonators. This thesis aims to develop an understanding of each part of the initiationprocess by means of computer simulations. The proportions of the electrically conducting bridge is varied in order tofind relations that optimize the design. Success depends on the simulated pressure generated inside a hexanitrostilbene(HNS) primer.The results showed that increasing the dimensions of the bridge greatly affects the pressure produced in the primer,but its proportions were still important. Unfortunately the simulations of the electrical explosion and the accelerationof the flyer suffered from convergence issues that rendered the flyer’s velocity graphs incomplete. But even with theseshortcomings, thanks to empirical data from earlier studies that analysed EFI prototypes, it was possible to makepredictions about the success of various set ups. The information gathered in this thesis should serve as a foundationfor future development of computer models of the EFI technology that will aid the production of prototypes that meetthe specific requirements.i / Den explosiva folieinitieraren (EFI) är en högspänningsdetonator som används för att initiera explosiva förlopp. Denär designad för att förbättra säkerheten genom att sänka risken för oavsiktlig detonering och till följd av detta möjligörför in-line integrering i, till exempel, vapensystem. Detta minimerar komplexiteten av sådanna system och sänker antaletmöjliga fel som kan uppstå. Denna teknolgi är högst pålitlig när det gäller timing och undviker att detonatorns funktionförsämras över tid, vilket har varit ett problem i tidigare konstruktioner av detonatorer. Denna avhandling syftar tillatt utveckla en förståelse för varje del av initieringsprocessen genom datorsimuleringar. Proportionerna av den elektrisktledande bryggan varierades för att hitta relationer som optimerar designen. Framgången beror på det simulerade trycketsom genereras inuti en primer av det explosiva materialet hexanitrostilben (HNS).Resultaten visade att ökade dimensioner på bryggan kraftigt påverkar trycket som produceras i primern, men dessproportioner var fortfarande viktiga. Tyvärr led simuleringarna av den elektriska explosionen och accelerationen avflyern av konvergensproblem som gjorde att flyerns hastighetsgrafer blev ofullständiga. Men även med dessa brister,tack vare empiriska data från tidigare studier som analyserade EFI-prototyper, var det möjligt att göra förutsägelserom framgången för olika uppsättningar. Informationen som samlats in i denna avhandling bör tjäna som en grund förframtida utveckling av dator modeller av EFI-teknologi som kommer att underlätta produktionen av prototyper somuppfyller specifika krav.ii