Der mit flüssigem Natrium gefüllte Druckbehälter eines Präzessionsexperimentes unterliegt im Betrieb einer Vielzahl an Belastungen. Neben den aus der Rotation und Präzession resultierenden Fliehkräften und dem gyroskopischen Moment müssen ebenfalls die fertigungsbedingten Unwuchten sowie die Fluid-Struktur-Interaktion berücksichtigt werden. Darüber hinaus stellen die bei der Erwärmung bzw. Abkühlung auftretenden thermischen Spannungen eine wesentliche Beanspruchung dar. Es wird ein Algorithmus vorgestellt, der es ermöglicht, alle diese transienten und winkelabhängigen Lasten bei minimalem Rechenaufwand in den Berechnungsprozess einzubeziehen und die für den statischen und zyklischen Festigkeitsnachweis nach FKM-Richtlinie maßgeblichen Beanspruchungen zu identifizieren. Dies ermöglicht die vollflächige Berechnung des Auslastungsgrades in ANSYS Workbench.

L’instabilité elliptique peut apparaître dès qu’un écoulement présente des lignes de courant elliptiques, ce qui en fait une instabilité générique des fluides tournants. Si sa pertinence en aéronautique ne laisse plus de doute, sa prise en compte dans l’étude des écoulements géo- et astrophysiques pose de nombreuses questions qui constituent la motivation principale de ce travail théorique, numérique et expérimental. Après une introduction aux écoulements tournants, le chapitre 1 présente les trois forçages mécaniques présents aux échelles planétaires qui seront considérés dans ce travail : les marées, la précession et la libration. Un état de l’art sur les écoulements et les instabilités associés à ces forçages est alors décrit, formant le cadre de cette étude. Le chapitre 2 présente les premières simulations numériques de l’instabilité elliptique en géométrie ellipsoïdale. Ces simulations nous permettent de quantifier l’influence de différentes complexités géophysiques et d’obtenir des lois d’échelles caractérisant l’instabilité. L’interaction de l’instabilité elliptique avec les deux autres forçages mécaniques est ensuite considérée. La section 2.4 montre que la présence simultanée de marées et de libration est susceptible d’exciter une instabilité elliptique au sein des astres synchronisés. La section 2.5 développe et valide une théorie analytique sur l’interaction des marées et de la précession. Enfin, la section 2.6 démontre que l’instabilité elliptique peut se développer à partir d’écoulements convectifs ou stratifiés. Le chapitre 3 s’intéresse à la magnétohydrodynamique (MHD) de l’instabilité elliptique. De nouveaux résultats sur l’aspect inductif de l’instabilité sont obtenus et validés numériquement. La génération d’un effet dynamo associé à l’instabilité elliptique est également abordé. Une partie expérimentale liée à ce travail est ensuite décrite, basée sur un dispositif MHD. Après une étude de la dynamique non-linéaire de l’instabilité sous champ, le dispositif est modifié afin de mettre en place une dynamo synthétique. L’amplitude du champ magnétique imposé pouvant être assez assez grande pour restabiliser l’écoulement, ce dispositif permet d’étudier la saturation par l’écoulement d’une telle dynamo. Des premiers résultats en ce sens sont présentés. Le chapitre 4 utilise les résultats obtenus pour étudier la présence de l’instabilité elliptique au sein de planètes, lunes et étoiles connues. Le cas particulier de la Lune est d’abord considéré et un scénario, basé sur l’instabilité elliptique, est proposé puis évalué pour expliquer la dynamo lunaire primitive. Les astres telluriques sont ensuite considérés dans un cadre plus général, et une étude de stabilité adaptée à ce contexte montre que l’instabilité est possible sur la Terre primitive, Europe et trois exoplanètes (55CnCe, CoRoT-7b et GJ1214b). Enfin, la possible existence de l’instabilité au sein de certains systèmes extra-solaires à Jupiter chauds est considérée, montrant sa pertinence pour certains d’entre eux tel que celui de Tau-boo. / The elliptical instability is a generic instability which takes place in any rotating fluid whose streamlines are (even slightly) elliptically deformed. Its presence in an aeronautical context is well established, but its existence in geo- or astrophysical large scale flows raises many issues. This is the starting point of this theoretical, numerical and experimental work.After introducing basics of the rotating flows, chapter 1 presents the three natural planetary mechanical forcings considered in this work : tides, precession and libration. A state-of-the-art of the flows and instabilities associated with these forcings is then given, which constitutes the framework of this study.Chapter 2 presents the first numerical simulations of the elliptical instability in an ellipsoidal geometry, relevant for planets. These simulations allow to quantify the influence of different natural geophysical complexities, and to derive the scaling laws needed to bridge the gap between numerics and planetary applications. The interaction of the elliptical instability with the two other forcings is then considered. Section 2.4 shows that the simultaneous presence of tides and libration can excite an elliptical instability inside fluid layers of synchronized celestial bodies. In section 2.5, a theoretical analysis of the interaction between tides and precession is developed and validated. Finally, in section 2.6, we prove that the elliptical instability can still develop over convective or stratified flows.Chapter 3 focuses on the magnetohydrodynamics (MHD) of the elliptical instability. New results on the magnetic induction by the elliptical instability are obtained and validated numerically. The possible dynamo capability of the instability is also tackled. The experimental part of this work, based on a MHD setup, is then described. Our measurements allow to study the non-linear dynamics of the instability under an external imposed magnetic field. The experimental setup is then modified in order to obtain a synthetic dynamo. The amplitude of the imposed magnetic field being large enough to restabilize the flow, this setup allows to study the saturation by the flow of such a dynamo. First results on this point are presented. Chapter 4 uses the obtained results to study the presence of the elliptical instability in known planets, moons, and stars. The particular case of the Moon is first considered and a scenario, based on the elliptical instability, is proposed and evaluated to explain the primitive lunar dynamo. Telluric bodies are then considered in a more general context, and a stability analysis adapted to this context shows that the instability can be expected in the Early Earth, Europa and three exoplanets (55CnCe, CoRoT-7b et GJ1214b). Finally, the possible development of the instability in extra-solar Hot-Jupiters systems is considered, showing its relevance for some of them, such as the system of Tau-boo.

Magnetic resonance imaging (MRI) is an important medical imaging technique for visualizing soft tissue structures in the body. It has the advantages of being noninvasive and, unlike x-ray, does not rely on ionizing radiation for imaging. In traditional hydrogen-based MRI, the strongest measured signals are generated from the hydrogen nuclei contained in water and fat molecules.Reliable and uniform water fat separation can be used to improve medical diagnosis. In many applications the water component is the primary signal of interest, while the fat component represents a signal which can obscure the underlying pathology or other features of interest. In other applications the fat signal is the signal of interest. There currently exist many techniques for water fat separation. Dixon reconstruction techniques take multiple images acquired at select echo times with specific phase properties. Linear combinations of these images produce separate water and fat images. In MR imaging, images with high signal-to-noise ratio (SNR), that can be generated in a short time, are desired. Balanced steady-state free precession (bSSFP) MRI is a technique capable of producing images with high SNR in a short imaging time but suffers from signal voids or banding artifacts due to magnetic field inhomogeneity and susceptibly variations. These signal voids degrade image quality. Several methods have been developed to remove these banding effects. The simplest methods combine images across multiple bSSFP image acquisitions. This thesis describes a technique in water fat separation I developed which combines the advantages of bSSFP with Dixon reconstruction in order to produce robust water fat decomposition with high SNR in a short imaging time, while simultaneously reducing banding artifacts which traditionally degrade image quality. This algorithm utilizes four phased-cycled bSSFP acquisitions at specific echo times. Phase sensitive post-processing and a field map are used to prepare the data and reduce the effects of field inhomogeneities. Dixon reconstruction is then used to generate separate water and fat images.

Observations from the 1930s until the present have established the existence of dark matter with an abundance that is much larger than that of luminous matter. Because none of the known particles of nature have the correct properties to be identified as the dark matter, various exotic candidates have been proposed. The neutralino of supersymmetric theories is the most promising example. Such cold dark matter candidates, however, lead to a conflict between the standard simulations of the evolution of cosmic structure and observations. Simulations predict excessive structure formation on small scales, including density cusps at the centers of galaxies, that is not observed. This conflict still persists in early 2007, and it has not yet been convincingly resolved by attempted explanations that invoke astrophysical phenomena, which would destroy or broaden all small scale structure. We have investigated another candidate that is perhaps more exotic: Lorentz-violating dark matter, which was originally motivated by an unconventional fundamental theory, but which in this dissertation is defined as matter which has a nonzero minimum velocity. Furthermore, the present investigation evolved into the broader goal of exploring the properties of Lorentz-violating matter and the astrophysical consequences – a subject which to our knowledge has not been previously studied. Our preliminary investigations indicated that this form of matter might have less tendency to form small-scale structure. These preliminary calculations certainly established that Lorentz-violating matter which always moves at an appreciable fraction of the speed of light will bind less strongly. However, the much more thorough set of studies reported here lead to the conclusion that, although the binding energy is reduced, the small-scale structure problem is not solved by Lorentz-violating dark matter. On the other hand, when we compare the predictions of Lorentz-violating dynamics with those of classical special relativity and general relativity, we find that differences might be observable in the orbital motions of galaxies in a cluster. For example, galaxies – which are composed almost entirely of dark matter – observed to have enlarged orbits about the cluster center of mass may be an indication of Lorentz violation.

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L’Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) est une belle application de la physique et constitue sans aucun doute l’une des techniques les plus performantes d’imagerie médicale. Basée sur le phénomène de la Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) du proton contenu dans les molécules d’eau, l’IRM permet d’investiguer en coupes les tissus mous du corps, sur base de contrastes différents. La méthode est non-invasive et n’utilise pas de radiations ionisantes. En plus des données morphologiques, l’IRM permet également d’obtenir des informations fonctionnelles et physiologiques.<p>De nos jours, plus de 10 000 unités IRM existent dans le monde et des millions d’examens sont réalisés chaque année. La technique est en constant développement et le domaine de recherches est multidisciplinaire. Il concerne aussi bien les développements méthodologiques (imagerie rapide, imagerie de diffusion, etc.) que technologiques (imagerie à haut champ, systèmes de gradients à commutation rapide, etc.), le point central des recherches étant l’amélioration de la qualité des images et la diminution du temps d’acquisition. Ceci implique l'optimisation des différentes séquences IRM (séries d'impulsions radiofréquence et de gradients de champ magnétique) tenant compte des contraintes imposées par le matériel, ainsi que le développement et l'optimisation du matériel lui-même. Cette thèse est consacrée au design avancé des séquences d’impulsions et contribue donc à l'optimisation des schémas d’acquisition en IRM.<p>En particulier, le présent travail est focalisé sur la compréhension et l’amélioration d’un certain type de séquences rapides, employant des échos de gradients :les séquences Steady-State Free Precession (SSFP) et plus précisément les séquences dites balanced-SSFP. Dans ce genre de schéma d’acquisition, le système est excité rapidement et périodiquement, conduisant à l’établissement d’un état stationnaire de l’aimantation. <p>La première partie de la thèse est consacrée à une analyse approfondie des propriétés du signal dans une séquence balanced-SSFP, à la fois à l’état stationnaire et à l’état transitoire. Ensuite, de nouveaux schémas d’acquisition sont développés sur base de calculs analytiques et de simulations numériques et sont ensuite testés expérimentalement. D’une part, une manipulation de l’état stationnaire est présentée en vue de supprimer le signal de la graisse sur les images (qui peut être gênant pour le diagnostic de certaines lésions ou maladies). D’autre part, l’application d’une phase de préparation en vue d’obtenir un contraste basé sur le degré de diffusion des molécules d’eau dans les tissus est analysée en détails, afin d’améliorer la qualité d’image produite par des séquences de diffusion existantes.<p>La présente thèse constitue donc un travail de recherches théoriques et expérimentales, allant de la conception de nouveaux schémas d’acquisition à leur expérimentation sur volontaires, en passant par leur implémentation sur un imageur IRM. Ce travail a été réalisé au sein de l’Unité d’IRM – Radiologie de l’Hôpital Erasme, sous la direction de Thierry Metens, Docteur en Sciences et Physicien IRM.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Dans cette thèse, nous avons étudié la dynamique d'aimantation selon deux échelles de temps en utilisant la technique pompe-sonde magnéto-optique résolue en temps. A l'échelle de la picoseconde, la précession de l'aimantation est induite par des impulsions acoustiques dans des structures multicouches composées de deux couches ferromagnétique séparées par une couche métallique (Ni/Au/Py) avec différentes épaisseurs. La synchronisation de la précession des couches ferromagnétiques couplées a été observée. La modification de la précession de l'aimantation d'une couche de Ni est due l'interaction d'échange intercouche avec la couche Py. A l'échelle de 50fs, nous avons étudié la dynamique magnéto-optique cohérente, athermale, thermale et la relaxation des charges et des spins dans (Ni, Co et Fe) par impulsions de 11 fs dans un régime de faible perturbation. L'interaction spin-orbite et l'interaction d'échange jouent un rôle significatif dans la désaimantation ultrarapide. / In this thesis, we have investigated the magnetization dynamics at picosecond and femtosecond time scale using time resolved magneto-optical pump probe technique. At picosecond time scale, the magnetization precession is induced by ultrafast acoustic pulses in a three layered structure with two ferromagnetic layers separated by varying thickness of metallic spacer layer (Ni/Au/Py). The magnetization precession dynamics of the Ni layer is modified due to the interlayer exchange interaction with the Py layer and the synchronized precession of the coupied ferromagnetic layers has been observed. At the timescale of 50fs, coherent magneto-optical, non-thermal, thermal and relaxation dynamics of charges and spins in ferromagnetic transition metals (Ni, Co and Fe) is studied by using 11fs optical pulses in a very low perturbation regime. The spin orbit interaction and exchange interaction play a significant role in the demagnetization of the ferromagnetic metals induced by femtosecond pulses.

Dynamical effects are known to reduce the signal to noise ratio in EMCD measurements making them highly dependent on sample thickness. Precession of the electron beam has been shown to reduce these effects in ordinary crystallography. This work investigates precession of the electron beam as a method of reducing the dynamical effects in EMCD using simulations. Simulations are run on BCC Fe in two and three beam conditions. The results show significant effects on the EMCD signal. However, whether these improve the signal quality seems dependent on sample orientation and thickness range. The initial findings reported here are promising and motivate further research.

Orientador: Julio Marny Hoff da Silva / Resumo: Teorias que violam as simetrias de Lorentz são de certa forma comumente encontradas na literatura. Com o estudo dos subgrupos do grupo de Lorentz, uma pergunta fica no ar. Será preciso todo o grupo de Lorentz para descrever as simetrias do espaço-tempo ou apenas um subgrupo já seria suficiente? Se isso for possível teríamos um teoria que violaria as simetrias de Lorentz e consequentemente outras peguntas surgem. Essa teoria serve para descrever a matéria bariônica ou outro tipo de matéria? Neste trabalho usaremos os grupos da very special relativity (VSR) que são subgrupos do grupo de Lorentz e tentaremos responder essas perguntas com base em cálculos e em experimentos largamente difundidos na literatura: o experimento de Michelson-Morley e o fenômeno da precessão de Thomas. Também discutiremos algumas consequências advindas de uma teoria quântica de campos que viola as simetrias de Lorentz. / Mestre

京都大学 / 0048 / 新制・論文博士 / 博士(医学) / 乙第13133号 / 論医博第2137号 / 新制||医||1024(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 溝脇 尚志, 教授 妹尾 浩, 教授 鈴木 実 / 学位規則第4条第2項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM