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Thesis (Ph. D.)--University of Chicago, Dept. of Astronomy and Astrophysics, Jun. 2003. / Includes bibliographical references (p. 168-171). Also available on the Internet.

The thesis examines the influence of irradiation time on the photochemically induced formation of particles in surface waters. It focuses on the formation of insoluble particles and their sorption properties in relation to alternating dark and light phases.

<p>Nuclear fission energy has developed for more than five decades and become one of the most important low-carbon energy forms. The extreme environment in the advanced reactors, including high operating temperature and high neutron radiation dose, raises new challenges for structural materials. To date, no materials are immune to radiation damage. Bombardment by energetic particles displaces atoms from their original sites, leaves various forms of defect aggregates after cascade, and degrades the properties of the irradiated materials. FeCrAl alloys, known for their excellent high-temperature oxidation resistance, were developed under the accident tolerant fuel program in hope to replace the Zr cladding alloys in future reactors. The radiation response and mechanical properties of FeCrAl alloy have attracted great attention. The objective of this thesis is two-fold. First, investigate the high temperature mechanical behavior of coarse-grained FeCrAl alloys with and without irradiation from the perspective of small-scale testing. Second, develop a fine-grained FeCrAl alloy variant and evaluate its mechanical properties and radiation tolerance.</p> <p>Critical resolved shear stress of pristine and proton irradiated CG FeCrAl alloy was quantified at elevated temperatures. {112}<111> slip system exhibited higher irradiation induced hardening compared with the {110}<111> slip system. Gradient FeCrAl alloy was fabricated through surface mechanical grinding treatment. In situ pillar compression tests revealed an excellent combination of strength and deformability of ultra-fine-grained (UFG) FeCrAl alloys. The activation energy for plastic deformation of a nanolaminate (NL) FeCrAl alloy was determined through strain rate jump tests. Ex situ Fe-ion irradiation showed the interplay between dislocation loops and grain coarsening and their contributions to the mechanical properties of the irradiated UFG FeCrAl alloys. In situ Kr ion irradiation studies on the helium pre-injected NL FeCrAl and CG FeCrAl show that the helium induced swelling was effectively reduced in NL alloy due to their abundant grain boundaries serving as defect sinks. The findings in this thesis may provide innovative perspectives on the design and manufacture of novel FeCrAl alloys with outstanding mechanical properties and radiation tolerance.</p> <p><br></p>

Este trabalho narra a aplicação de uma proposta que aborda um tema de Física Moderna e Contemporânea na formação de professores dos anos iniciais do Ensino Fundamental. O tópico “matéria e radiação” foi escolhido para ser um tema estruturante, inspirado na noção de tema gerador de Paulo Freire, com o propósito de aprofundar questões da vida quotidiana, da ciência e das novas tecnologias; e também aspectos relacionados com cuidados com a saúde, visando alcançar uma aprendizagem crítica. Construímos uma sequência didática contemplando a abordagem temática freireana passando pelos três Momentos Pedagógicos, a saber: Problematização Inicial, Organização do Conhecimento e Aplicação do Conhecimento. Como material de apoio para o desenvolvimento da proposta foi elaborado um artigo sobre o tema raios X e ondas que foi utilizado de forma articulada a outras atividades descritas ao longo da dissertação. As distintas estratégias e os materiais compõem o produto educacional no formato de texto de apoio.Os resultados indicam que a sequência didática apresenta potencial para promover uma aprendizagem crítica e emancipatória, almejando a compreensão e futura transformação da realidade vivencial dos estudantes, contribuindo não apenas para a melhoria na qualidade da Educação Básica, na perspectiva de que os futuros professores façam a transposição de elementos do tema trabalhado em suas salas de aula, mas também visando uma sociedade mais justa e humanizada. / This work describes the application of a proposal to approach a theme of Modern and Contemporary Physics at the Normal School for teachers of the early years at Elementary School. The topic "matter and radiation" was chosen to be a structuring theme, inspired by the notion of the generating theme by Paulo Freire, in order to deepen the issues of everyday life, science and new technologies, as well as aspects related to health care, aiming at critical learning. We constructed a didactic sequence contemplating the Freirean thematic approach passing through the three Pedagogical Moments, namely: Problem-posing, Knowledge organization and Knowledge application. An article on X-rays and waves was prepared and used as supporting material together with other activities. All strategies and materials used throughout constitute the Educational product, presented here as Supporting text. The presented didactic sequence was shown to be powerful at promoting a critical and emancipatory learning, achieving an understanding and consequent transformation of the students’ life experience and reality. It is desired that the future teachers can adapt the elements of the topic studied to their classes, contributing to the improvement in the quality of Elementary Education and to a fair and humanized society.

Este trabalho narra a aplicação de uma proposta que aborda um tema de Física Moderna e Contemporânea na formação de professores dos anos iniciais do Ensino Fundamental. O tópico “matéria e radiação” foi escolhido para ser um tema estruturante, inspirado na noção de tema gerador de Paulo Freire, com o propósito de aprofundar questões da vida quotidiana, da ciência e das novas tecnologias; e também aspectos relacionados com cuidados com a saúde, visando alcançar uma aprendizagem crítica. Construímos uma sequência didática contemplando a abordagem temática freireana passando pelos três Momentos Pedagógicos, a saber: Problematização Inicial, Organização do Conhecimento e Aplicação do Conhecimento. Como material de apoio para o desenvolvimento da proposta foi elaborado um artigo sobre o tema raios X e ondas que foi utilizado de forma articulada a outras atividades descritas ao longo da dissertação. As distintas estratégias e os materiais compõem o produto educacional no formato de texto de apoio.Os resultados indicam que a sequência didática apresenta potencial para promover uma aprendizagem crítica e emancipatória, almejando a compreensão e futura transformação da realidade vivencial dos estudantes, contribuindo não apenas para a melhoria na qualidade da Educação Básica, na perspectiva de que os futuros professores façam a transposição de elementos do tema trabalhado em suas salas de aula, mas também visando uma sociedade mais justa e humanizada. / This work describes the application of a proposal to approach a theme of Modern and Contemporary Physics at the Normal School for teachers of the early years at Elementary School. The topic "matter and radiation" was chosen to be a structuring theme, inspired by the notion of the generating theme by Paulo Freire, in order to deepen the issues of everyday life, science and new technologies, as well as aspects related to health care, aiming at critical learning. We constructed a didactic sequence contemplating the Freirean thematic approach passing through the three Pedagogical Moments, namely: Problem-posing, Knowledge organization and Knowledge application. An article on X-rays and waves was prepared and used as supporting material together with other activities. All strategies and materials used throughout constitute the Educational product, presented here as Supporting text. The presented didactic sequence was shown to be powerful at promoting a critical and emancipatory learning, achieving an understanding and consequent transformation of the students’ life experience and reality. It is desired that the future teachers can adapt the elements of the topic studied to their classes, contributing to the improvement in the quality of Elementary Education and to a fair and humanized society.

Este trabalho narra a aplicação de uma proposta que aborda um tema de Física Moderna e Contemporânea na formação de professores dos anos iniciais do Ensino Fundamental. O tópico “matéria e radiação” foi escolhido para ser um tema estruturante, inspirado na noção de tema gerador de Paulo Freire, com o propósito de aprofundar questões da vida quotidiana, da ciência e das novas tecnologias; e também aspectos relacionados com cuidados com a saúde, visando alcançar uma aprendizagem crítica. Construímos uma sequência didática contemplando a abordagem temática freireana passando pelos três Momentos Pedagógicos, a saber: Problematização Inicial, Organização do Conhecimento e Aplicação do Conhecimento. Como material de apoio para o desenvolvimento da proposta foi elaborado um artigo sobre o tema raios X e ondas que foi utilizado de forma articulada a outras atividades descritas ao longo da dissertação. As distintas estratégias e os materiais compõem o produto educacional no formato de texto de apoio.Os resultados indicam que a sequência didática apresenta potencial para promover uma aprendizagem crítica e emancipatória, almejando a compreensão e futura transformação da realidade vivencial dos estudantes, contribuindo não apenas para a melhoria na qualidade da Educação Básica, na perspectiva de que os futuros professores façam a transposição de elementos do tema trabalhado em suas salas de aula, mas também visando uma sociedade mais justa e humanizada. / This work describes the application of a proposal to approach a theme of Modern and Contemporary Physics at the Normal School for teachers of the early years at Elementary School. The topic "matter and radiation" was chosen to be a structuring theme, inspired by the notion of the generating theme by Paulo Freire, in order to deepen the issues of everyday life, science and new technologies, as well as aspects related to health care, aiming at critical learning. We constructed a didactic sequence contemplating the Freirean thematic approach passing through the three Pedagogical Moments, namely: Problem-posing, Knowledge organization and Knowledge application. An article on X-rays and waves was prepared and used as supporting material together with other activities. All strategies and materials used throughout constitute the Educational product, presented here as Supporting text. The presented didactic sequence was shown to be powerful at promoting a critical and emancipatory learning, achieving an understanding and consequent transformation of the students’ life experience and reality. It is desired that the future teachers can adapt the elements of the topic studied to their classes, contributing to the improvement in the quality of Elementary Education and to a fair and humanized society.

Mediu-se a seção de choque de ionização da camada K de átomos de Au e Bi por impacto de elétrons com energias entre os respectivos potenciais de ionização (80 e 90 keV) e 100 keV. Filmes finos de Au e Bi, evaporados em suportes de filmes finos de C, foram posicionados numa câmara de vácuo perpendicularmente ao feixe de elétrons do sistema injetor do Mícrotron da Universidade de São Paulo, Brasil. Os raios x emitidos num ângulo de 120 graus em relação à direção do feixe de elétrons foram observados com um detetor de HPGe planar, cuja eficiência total de pico foi determinada com fontes radioativas de atividades conhecidas. Para cada energia de feixe, a seção de choque experimental de produção de raios x foi determinada com base nas áreas dos picos $K\\alpha_{2,1}$ característicos, na área do espectro de bremsstrahlung próxima ao \"tip\" e na seção de choque duplamente diferencial de produção de bremsstrahlung teórica. Valores tabelados de fluorescence yield e taxa de emissão de raios x foram empregados para converter seções de choque de produção de raios x em seções de choque de ionização. Os resultados experimentais obtidos são ligeiramente maiores do que os resultados de cálculos recentes baseados na aproximação de Bohr com ondas distorcidas. No caso do Au, os poucos resultados encontrados na literatura para energias próximas ao limiar de ionização diferem entre si quase por um fator 4 a 100 keV, e a seção de choque obtida neste trabalho se encontra próxima do valor médio desses dados. Por outro lado, este experimento fornece as primeiras medições da seção de choque de ionização da camada K do Bi para energias menores que 2 MeV. / The cross sections for the ionization of the K shells of Au and Bi atoms by electrons with energies from 100 keV down to the respective thresholds (80 and 90 keV) were measured. To this end, thin films of Au and Bi, evaporated on very thin C backings, were positioned in a vacuum chamber perpendicularly to the electron beam delivered by the the microtron injector at the Universidade de São Paulo, Brazil. The x-rays emitted at an angle of 120 degrees relative to the beam direction were observed with a planar HPGe detector, whose full-energy peak efficiency curve had been determined using radioactive sources of known activities. For each beam energy, the experimental x-ray production cross section was determined using the area of the characteristic $K\\alpha_{2,1}$ peaks, the area of the spectrum in an energy interval close to the bremsstrahlung tip and the theoretical doubly-differential bremsstrahlung cross section. Tabulated fluorescence yields and x-ray emission rates were employed to convert x-ray production to ionization cross sections. The obtained experimental values for the K shells of the studied atoms are slightly larger than that of recent calculations carried out within the distorted-wave Born approximation. In the case of Au, the few measurements reported in the literature at energies close to the threshold differ by almost a factor of 4 at 100 keV, and our cross sections lie between those older data. On the other hand, the present experiment provides the first cross section measurements for the K shell ionization of Bi below 2 MeV.

Mediu-se a seção de choque de ionização da camada K de átomos de Au e Bi por impacto de elétrons com energias entre os respectivos potenciais de ionização (80 e 90 keV) e 100 keV. Filmes finos de Au e Bi, evaporados em suportes de filmes finos de C, foram posicionados numa câmara de vácuo perpendicularmente ao feixe de elétrons do sistema injetor do Mícrotron da Universidade de São Paulo, Brasil. Os raios x emitidos num ângulo de 120 graus em relação à direção do feixe de elétrons foram observados com um detetor de HPGe planar, cuja eficiência total de pico foi determinada com fontes radioativas de atividades conhecidas. Para cada energia de feixe, a seção de choque experimental de produção de raios x foi determinada com base nas áreas dos picos $K\\alpha_{2,1}$ característicos, na área do espectro de bremsstrahlung próxima ao \"tip\" e na seção de choque duplamente diferencial de produção de bremsstrahlung teórica. Valores tabelados de fluorescence yield e taxa de emissão de raios x foram empregados para converter seções de choque de produção de raios x em seções de choque de ionização. Os resultados experimentais obtidos são ligeiramente maiores do que os resultados de cálculos recentes baseados na aproximação de Bohr com ondas distorcidas. No caso do Au, os poucos resultados encontrados na literatura para energias próximas ao limiar de ionização diferem entre si quase por um fator 4 a 100 keV, e a seção de choque obtida neste trabalho se encontra próxima do valor médio desses dados. Por outro lado, este experimento fornece as primeiras medições da seção de choque de ionização da camada K do Bi para energias menores que 2 MeV. / The cross sections for the ionization of the K shells of Au and Bi atoms by electrons with energies from 100 keV down to the respective thresholds (80 and 90 keV) were measured. To this end, thin films of Au and Bi, evaporated on very thin C backings, were positioned in a vacuum chamber perpendicularly to the electron beam delivered by the the microtron injector at the Universidade de São Paulo, Brazil. The x-rays emitted at an angle of 120 degrees relative to the beam direction were observed with a planar HPGe detector, whose full-energy peak efficiency curve had been determined using radioactive sources of known activities. For each beam energy, the experimental x-ray production cross section was determined using the area of the characteristic $K\\alpha_{2,1}$ peaks, the area of the spectrum in an energy interval close to the bremsstrahlung tip and the theoretical doubly-differential bremsstrahlung cross section. Tabulated fluorescence yields and x-ray emission rates were employed to convert x-ray production to ionization cross sections. The obtained experimental values for the K shells of the studied atoms are slightly larger than that of recent calculations carried out within the distorted-wave Born approximation. In the case of Au, the few measurements reported in the literature at energies close to the threshold differ by almost a factor of 4 at 100 keV, and our cross sections lie between those older data. On the other hand, the present experiment provides the first cross section measurements for the K shell ionization of Bi below 2 MeV.

This thesis pertains to two R&D objectives associated with deploying TMFD sensor technology for meeting AARST-NRPP metrics for Radon (Rn) in-air detection, as well as for monitoring of ultra-trace actinides in air, amidst other Rn-progeny alpha emitting radionuclides. A challenge has persisted over the past 40+ years for detecting trace actinides in air amidst a 100-1000x higher Rn-progeny background. This thesis had a primary aim for addressing this challenge, and developing and assessing for a novel technology solution. Both objectives were successfully met. Methods, designs, and experimental effects of apparatus are discussed for successful Rn and progeny detection for 1-100 pCi/L concentration levels, as well as for Rn-progeny “blind” spectroscopic detection of 10-12 μCi/cc concentrations of actinides (Pu/U/Am) in air. The resulting CTMFD based technology was compared with the state-of-art “Alpha Sentry” CAM system and found to offer superior performance in multiple categories, and ~18x improvement in time to detect (e.g. at 0.02 DAC in 3 hrs vs ~70 hrs for state-of-art) for actinides while also remaining ~100% blind to ~102x higher Rn-progeny background; and, with 1 keV energy resolution vs ~300-400 keV for Alpha Sentry.