Moderne Experimente in der Kurzzeitphysik erfordern eine hochpräzise Synchronisation der beteiligten Strahlungsquellen, um dynamische Prozesse und atomare Strukturen aufzulösen. Die Komplexität und räumliche Ausdehnung einer linearbeschleuniger-getriebenen Strahlungsquelle wie ELBE verlangt nach neuen Konzepten, um die anspruchsvollen Anforderungen zu erfüllen. Kernbestandteile der vorliegenden Arbeit sind die Konzeption, der Aufbau und die Inbetriebnahme eines gepulsten optischen Synchronisationssystems zur Verteilung eines Phasenreferenzsignals. Dieses System bildet eine wesentliche Grundvoraussetzung für wissenschaftliche Experimente mit einer Auflösung im Bereich von wenigen zehn Femtosekunden. Darüber hinaus wurde der Prototyp eines Ankunftszeitmonitors am ELBE-Beschleuniger entwickelt und charakterisiert. Mit diesem Diagnoseelement wurden erstmals Messungen der Elektronenpulsankunftszeit mit einer Auflösung von wenigen Femtosekunden am ELBE-Strahl möglich. Die implementierte Datenanalyse erlaubt einzelpulsaufgelöste Messzyklen mit bisher unerreichter spektraler Bandbreite am kontinuierlichen (CW) Elektronenstrahl. Ferner wurde eine Methode zur Datenerfassung entwickelt, die unter Verwendung der Lockin-Technik besonders rauscharme Messungen hervorbringen kann. Abschließend wurde der ELBE-Beschleuniger hinsichtlich Ankunftszeit und Energiestabilität umfassend untersucht. Dabei wurden die erweiterten Möglichkeiten, die ELBE als CW-Beschleuniger bietet, ausgeschöpft. Der Fokus lag besonders auf der spektralen Analyse der Störungen bei verschiedenen Kompressionszuständen der Elektronenpulse. Diese methodische Untersuchung wurde sowohl für den thermionischen Injektor als auch für die supraleitende Fotoelektronenquelle durchgeführt. Die präsentierten Messergebnisse ermöglichen ein erweitertes Verständnis für die wirkenden Störmechanismen während der Elektronenpulspropagation und stellen den Ausgangspunkt für systematische Verbesserungen der Strahlqualität dar. Ein beschriebener Grundlagenversuch belegt, wie der ELBE-Elektronenstrahl in Zukunft aktiv stabilisiert werden kann, um die erforderliche Zeitauflösung zu erreichen. Intrinsische Strahlinstabilitäten können dadurch signifikant reduziert werden.

Please read the abstract in the section 00front of this document. / Dissertation (MEng (Electronic Engineering))--University of Pretoria, 2006. / Electrical, Electronic and Computer Engineering / unrestricted

No description available.

L’objectif principal de cette thèse vise la compréhension et la maitrise des mécanismes physiques menant à l’excitation du mode gyrotropique de vortex magnétique par transfert de spin, et en particulier l’origine des sources de bruit affectant sa dynamique. Ce travail est effectué dans la perspective de parvenir à l’amélioration des propriétés radiofréquences de ces dispositifs appelés Spin Transfer Oscillator.En effet, ces oscillateurs ont l’avantage d’être de taille submicronique (quelques dizaines à quelques centaines de nm), d’être compatibles avec les technologies CMOS et d’être résistants aux radiations. De plus, les mécanismes d’aimantation mis en jeu leur assurent une forte dépendance de la fréquence avec le courant, i.e. une bonne accordabilité, ainsi qu’une réponse dynamique rapide i.e. une agilité élevée. Cependant, différentes questions restent en suspens quant à la possibilité d’améliorer leurs conditions d’oscillations, leur puissance et la cohérence de leurs oscillations.Un premier aspect de mon travail de thèse a été d’étudier l’influence des fluctuations thermiques sur la dynamique entretenue du mode gyrotropique du cœur de vortex. Un des résultats a été de montrer que le bruit de phase du mode gyrotropique résulte majoritairement de fluctuations de phase issues directement des fluctuations thermiques auxquelles s’ajoutent des fluctuations d’amplitude converties en fluctuations de phase. Grâce à un modèle analytique, nous avons pu mettre en évidence le rôle important joué par les non-linéarités des forces agissant sur le vortex. De plus, nous avons pu mesurer les paramètres caractéristiques de l’oscillateur, à savoir, la rapidité à changer sa fréquence mais aussi le facteur de couplage amplitude-phase.La seconde étape de mes travaux a consisté à améliorer les conditions d’obtention de signal rf. Un résultat majeur de ce travail a été l’obtention d’un signal rf puissant en absence de champ magnétique. Les puissances mesurées sont de quelques centaines de µW correspondant à des largeurs de raie faibles allant de quelques centaines de kHz à quelques MHz. Cette spécificité est rendue possible pour une structure complexe de l’oscillateur où la couche magnétique qui polarise en spin le courant a une aimantation perpendiculaire et est différente de la couche de référence pour la magnétorésistance.La troisième étape a été d’optimiser le rendement de l’oscillateur. Un des résultats marquants est que nous avons pu mesurer une puissance rf émise record s’élevant à 3.6 µW, encore jamais obtenue à température ambiante pour les oscillateurs à transfert de spin à base de vortex. Ces fortes puissances résultent du développement de nouvelles jonctions à base de FeB effectués par le groupe de S. Yuasa (AIST, Japon) pour lesquelles l’amélioration de la qualité de la jonction, nous a permis d’obtenir une magnétorésistance atteignant 125% .La faible taille de l’oscillateur a donc un coût qui se paye en termes de bruit de phase. Une solution qui permettrait de résoudre cette limitation et d’améliorer la cohérence des oscillations est la synchronisation mutuelle de plusieurs oscillateurs à transfert de spin au travers des courants rf émis par chacun. Ainsi, la dernière étape de ma thèse a été d’étudier le comportement du mode gyrotropique lorsqu’il est soumis à un courant alternatif. Un résultat important a été de montrer, grâce à une étude expérimentale appuyée sur un modèle analytique, le rôle crucial des non-linéarités et des symétries des forces de synchronisation du mode excité.Ces différents travaux nous ont fournis les outils pour mieux comprendre la dynamique du vortex magnétique et nous ont amené à mettre en place un banc de mesure original pour lequel l’oscillateur se synchronise sur lui-même. En fonction du retard avec lequel le signal émis par l’oscillateur est réinjecté, nous avons pu montrer pour la première fois que la fréquence, la puissance mais aussi la largeur de raie des oscillations peuvent être modulées. / The main goal of this thesis is the understanding of the physical mechanisms and the subsequent control of the properties at the origin of the spin transfer induced magnetic vortex gyrotropic motion in confined systems. In particular the origin of the noise affecting the dynamics has been investigated. This work has been performed with a view to improving the radiofrequency (rf) properties of the so-called Spin Transfer Oscillator (STO).The advantages of such oscillators are their sub-micron size (from few tens to hundreds of nanometres), their compatibility with CMOS technologies and their radiation hardness. Moreover, the magnetization dynamics involved permit a large tunability of frequency as a function of the applied current and a high agility i.e. a fast dynamical response. Nevertheless, several open questions exist regarding the possible optimization of the sustained oscillation conditions and the improvement of the STO power and spectral coherence.The first aspect of my work was to investigate the influence of thermal fluctuations over the sustained vortex core gyrotropic motion. One of the key results of my thesis was to show that the phase noise results from direct phase fluctuations from thermal fluctuations plus amplitude fluctuations converted to phase noise. With an analytical model, we were able to highlight the major role played by the non-linearities of the forces acting on the vortex core. In addition, we were able to measure the characteristic parameters of the oscillator, namely, the speed of frequency response to perturbations as well as the phase-amplitude coupling coefficient.The second important part of my work has been to improve the conditions for obtaining an rf signal. An important result of this work was the measurement of a powerful rf signal in the absence of a magnetic field. The measured powers are a few hundred milliwatts and correspond to low linewidths, ranging from a few hundred kilohertz to a few megahertz. The zero field behaviour was made possible due to the complex structure of the oscillator where the magnetic layer which polarizes the spin current has a perpendicular magnetization, in contrast to the in-plane polarized reference layer.The third step was to optimize the performance of the oscillator. One of the striking results of this thesis is that we measured a record rf output power, up to 3.6 µW, the largest obtained at room temperature for vortex based STOs so far. This high output power results from the development of new FeB based junctions made by the group of Pr. S. Yuasa (AIST, Japan), where the improvement of the quality of the junction allowed us to obtain a magnetoresistance up to 125%.The small size of the oscillator has a cost that is paid in terms of the phase noise. One possible solution that would solve this limitation and enhance the coherence of the oscillations is via mutual synchronization of several STOs through rf currents emitted by each oscillator. Thus, the last stage of my thesis was to study the behaviour of gyrotropic motion when subjected to an alternating current. An important result was to show, through an experimental study in conjunction with an analytical model, the crucial role of the non-linearities and symmetries of the synchronization forces.These various studies have provided us the tools to better understand the dynamics of magnetic vortex and led us to develop an original tester for which the oscillator synchronizes itself with its own rf signal. Depending on the delay at which the oscillator is fed back, we showed for the first time that the frequency, the power and also the linewidth of the oscillations can be modulated.

Cette thèse s'intéresse à la migration cellulaire d'une population composée de deux espèces qui interagissent par le biais de signaux chimiques. Ces signaux chimiques auxquels sont soumis les deux espèces sont de nature différente. Ils sont soit intérieur (produit par les deux espèces) ou bien extérieur (apporté par le milieu et consommé par les deux espèces). On observe le phénomène de synchronisation et de désynchronisation lors de la migration d'une population composée de deux espèces différentes d'E.Coli. Séparément, les bactéries rouges d'E.Coli se déplacent deux fois plus vite que les bactéries vertes. Cependant dans le cas d'une population mixte composée de rouges et de vertes, les bactéries rouges et vertes se déplacent ensemble ou séparément en fonction de la proportion de la bactérie la plus rapide rouge dans la population.Cette observation expérimentale est interprétée par un modèle macroscopique parabolique de chimiotactisme à deux espèces pour lequel l'existence et la non-existence des ondes de concentration sont prouvées. Ce modèle macroscopique parabolique à deux espèces est construit à partir des modèles microscopiques qui traduisent le mouvement individuel des cellules.Ce phénomène de synchronisation et de désynchronisation est aussi présent dans la dynamique des masses de dirac des deux espèces après l'explosion des solutions classiques dans un modèle d'agrégation à deux espèces avec une seule substance chimique.Nous proposons aussi dans cette thèse une méthode pour obtenir des schémas numériques préservant à la fois l'équilibre et l'asymptotique. Cette méthode est testée aux modèles cinétiques de chimiotactisme et de transfert radiatif. / This thesis is concerned about cellular motion of a population composed of two species in interaction through chemical cues. The chemical cues to which the two species are subject are of different kind.They can be internal (produced by the two species) or external (present in the meduim and consommed by the two species). Synchronising and non-synchronising effects are observed during the migration of the population formed by two different strains of E.Coli.Although separately, red bacteria E.Coli travel twice as fast as green bacteria E.Coli, put together, they travel or split depending on the percentage of the faster bacteria in the population. This experimental result is explained by a two-species parabolic macroscopic chemotaxis model for which the existence and non-existence of traveling pulses are showed. The parabolic macroscopic model is derived from microscopic models which describe the individual motion of cells. The synchronising and non-synchronising effect is also encountered in dynamics of the two-species dirac masses after blow-up of classical solutions in a two-species model for aggregation. A method to design both well-balanced and asymptotic preserving schemes is proposed. This method is tested to chemotaxis and radiative transport kinetic models.

Cette thèse porte sur l’optimisation d’opérations dans un terminal maritime pétrolier en vue d’assister les opérateurs de supervision. L’objectif est de fournir des solutions candidates pour la sélection d’alignements (chemins) de pipelines et pour l’ordonnancement d’opérations de transfert de pétrole et de maintenance de vannes. La principale difficulté de ce travail est la gestion d’un réseau à ressources limitées et conflictuelles. La prise de décision doit être réalisée en fonction des disponibilités des dispositifs, de la capacité opérative du réseau, d’aspects financiers (pénalités) liés au service, et d’activités de maintenance planifiées au préalable. L’optimisation est abordée par des approches tropicales du fait que ces techniques appréhendent de manière concise et intuitive les phénomènes de synchronisation. Les propositions développées ici commencent par des modèles d’optimisation algébriques mono-objectif et se complexifient, lors de l’intégration de nouvelles variabilités, jusqu’à la proposition de modèles d’optimisation multi-objectif hybrides par approches d’intelligence artificielle et algébriques. Dans un premier temps, un modèle d’optimisation mono-objectif non linéaire est proposé en algèbre (max,+) pour minimiser les pénalités, intégrant des phénomènes de nature différente dans une contrainte générique unique. Dans un deuxième temps, la linéarisation est résolue par une priorisation des opérations en conflit. Dans ce contexte, deux critères de linéarisation sont considérés : le premier concernant les pénalités potentielles pour les clients, et le deuxième concernant la criticité des opérations. Le modèle (max,+) non linéaire minimisant les pénalités est étendu pour la prise en compte de la recherche d’alignements et de la minimisation des retards des opérations de maintenance. Pour appréhender la dimension multi-objectif, une approche hybride d’algorithmes génétiques et des systèmes (max,+) linéaires est ensuite discutée. Enfin, dans un cadre plus formel, un nouveau produit synchrone exploitant les phénomènes de parallélisme au plus tôt est défini pour des automates tropicaux pour minimiser le makespan. Les propositions sont validées par des données industrielles recueillies auprès de l’entreprise pétrolière PDVSA et du fournisseur de solutions de supervision Thales Group. Les principales contributions à la recherche relèvent de la considération des approches tropicales dans la résolution de la problématique d’optimisation conduisant à des modèles concis et potentiellement linéaires, la proposition d’une approche hybride d’algorithmes génétiques et systèmes (max,+) linéaires exploitant les avantages de recherche distribuée des approches de l’intelligence artificielle avec les modèles concis issus de l’algèbre (max,+), et de la définition d’un nouveau produit synchrone d’automates tropicaux par une exploitation des phénomènes de parallélisme pour un comportement au plus tôt. / This thesis addresses operations optimization in an oil seaport with the fundamental purpose of assisting supervision operators. The objective is to provide candidate solutions for pipeline alignment (path) selection and for scheduling of oil transfer operations, as well as maintenance operations, considering that the system has limited and conflicting resources. Informed decision making should consider operations scheduling and alignment selection based on : devices availability, operative capacity of the network, financial aspects (penalties) due to late service, and a predefined maintenance schedule. The optimization problem is addressed by tropical approaches given their potential for yielding concise and intuitive representations when modeling synchronization phenomena. The proposals developed herein start by algebraic mono-objective optimization models. They subsequently become more complex, as new aspects are included, leading to the formulation of hybrid multi-objective optimization models based on artificial intelligence approaches as well as (max,+)-linear system theory. Firstly, a mono-objective optimization model is proposed in (max,+) algebra for penalty minimization. This model integrates different nature phenomena into one single constraint. It is nonlinear, considers predefined alignments for transfer operations and is validated through an optimization solver (LINGO). Secondly, linearization of such model is introduced for prioritization of conflicting operations. Within this context, 2 criteria are addressed: potential penalties for clients and, on the other hand, operations criticality. The nonlinear (max,+) model minimizing penalties is extended in order to consider alignment search and delay minimization for maintenance operations. In order to address the multi-objective nature of the problem, an approach based on genetic algorithms and (max,+)-linear system theory is proposed. Finally, in a more formal framework, a new synchronous product for tropical automata exploiting parallelism phenomena at the earliest is defined in order to minimize the makespan. The proposed models and methods herein have been validated by industrial data gathered from the oil company PDVSA and from the supervision solutions provider Thales Group. The main contributions of this research are, firstly, the application of tropical approaches to this specific optimization problem, yielding concise and potentially linear models. Secondly, the proposal of a hybrid approach based on genetic algorithms and (max,+)-linear systems, which exploits the advantages of the distributed search of artificial intelligence approaches and the conciseness of the models stemming from (max,+) algebra. The final contribution focuses on the definition of the alphabet for a new synchronous product of tropical automata.

In this study 272 beef heifers were studied from just prior to their first breeding season (15 October 2003), through their second breeding season and until just after they had weaned their first calves in March 2005. The study consisted of two main parts: in the first part, heifers were randomly allocated to either a synchronised TEST group or an unsynchronised CONTROL group. The TEST group received artificial insemination (AI) for 6 days followed by prostaglandin F2á (PGF) treatment on day 6 (PGF/6) and further AI for a total of 50 days, which was followed after a 6 day break by a 42 day bull breeding season. The CONTROL group were bred for the same period without PGF treatment. Synchronisation resulted in a reduction in days to first insemination (P < 0.01) and days to calving (P = 0.04). No significant difference could be demonstrated in pregnancy rate to the 50 day AI season (60.0% vs. 51.8%, TEST and CONTROL groups respectively, P = 0.18), final pregnancy rate (82.2% vs. 83.2%, P = 0.87) or pregnancy rate to the subsequent breeding season (96.0% vs. 95.0%, P = 1.00). A significant increase in mean weaning mass of the calves due to synchronisation could not be demonstrated (207.0 kg vs. 201.4 kg, TEST and CONTROL groups respectively, P = 0.32). However, data from this study were used to calculate the benefit:cost ratio, and a value of 2.8 was reached, representing the return on investment for the synchronisation protocol under these circumstances. It was concluded from this study that a PGF/6 protocol may lead to a change in the total mass of calves weaned by changing days to calving and thus weaning mass, birth mass of calves, weaning rate and/or the ratio of male:female calves born. It was further concluded that a practical way to predict the cost effectiveness of an oestrus synchronisation protocol is to determine the ratio between the total cost of the programme and the price of weaner calves per kg live mass. This ratio represents the minimum increase in mean weaning mass that has to be achieved for the programme to be cost effective if no increase in weaning rate is achieved. In the second part of this study, reproductive tract scoring (RTS) was performed on the same group of heifers one day before the onset of their first breeding season. The effect of RTS on several reproduction and production outcomes was tested, and the association of RTS with the outcomes was compared to the associations of other input variables such as mass, age, body condition score (BCS) and Kleiber ratio using multiple or univariable linear or logistic regression. RTS was associated with pregnancy rate to the 50 day AI season (P < 0.01), days to calving (r = 0.28, P < 0.01), calf weaning mass (r = 0.22, P < 0.01) and pregnancy rate to the subsequent breeding season (P < 0.01). These associations were mostly independent of associations with mass, age and BCS before the onset of the first breeding season. RTS was a better predictor of fertility than was Kleiber ratio, and similar in its prediction of calf weaning mass. It was concluded from this study that RTS is a unique predictor of heifer fertility, compares well with (but is independent of) other traits used as a predictor of production outcomes and is likely to be a good predictor of life production of the cow. / Dissertation (MSc (Veterinary Sciences))--University of Pretoria, 2006. / Production Animal Studies / unrestricted

Thesis (PhD (Electrical Engineering))--Cape Peninsula University of Technology, 2019 / Energy systems based on fossil fuel have demonstrated their abilities to permit economic development. However, with the fast exhaustion of this energy source, the expansion of the world energy demand and concerns over global warming, new energy systems dependent on renewable and other sustainable energy are gaining more interests. It is a fact that future development in the energy sector is founded on the utilisation of renewable and sustainable energy sources. These energy sources can enable the world to meet the double targets of diminishing greenhouse gas emissions and ensuring reliable and cost-effective energy supply. Fuel cells are one of the advanced clean energy technologies to substitute power generation systems based on fossil fuel. They are viewed as reliable and efficient technologies to operate either tied or non-tied to the grid to power applications ranging from domestic, commercial to industrial. Multiple fuel cell stacks can be associated in series and parallel to obtain a fuel cell system with high power up to megawatts. The connection of megawatts fuel cell systems to a utility grid requires that the power condition unit serving as the interface between the fuel cell plant and the grid operates accordingly. Different power conditioning unit topologies can be adopted, this study considers a multilevel inverter. Multilevel inverters are getting more popularity and attractiveness as compared to conventional inverters in high voltage and high-power applications. These inverters are suitable for harmonic mitigation in high-power applications whereby switching devices are unable to function at high switching frequencies. For a given application, the choice of appropriate multilevel topology and its control scheme are not defined and depend on various engineering compromises, however, the most developed multilevel inverter topologies include the Diode Clamped, the Flying Capacitor and the Cascade Full Bridge inverters. On the other hand, a multilevel inverter can be either a three or a five, or a nine level, however, this research focuses on the three-level diode clamped inverters. The aim of this thesis is to model and control a three-level diode clamped inverter for the grid connection of a megawatt fuel cell stack. Besides the grid, the system consists of a 1.54 MW operating at 1400 V DC proton exchange membrane fuel cell stack, a 1.26 MW three-level diode clamped inverter with a nominal voltage of 600 V and an LCL filter which is designed to reduce harmonics and meet the standards such as IEEE 519 and IEC 61000-3-6. The inverter control scheme comprises voltage and current regulators to provide a good power factor and satisfy synchronisation requirements with the grid. The frequency and phase are synchronised with those of the grid through a phase locked loop. The modelling and simulation are performed using Matlab/Simulink. The results show good performance of the developed system with a low total harmonic distortion of about 0.35% for the voltage and 0.19% for the current.

Le concept d'objet actif est un modèle de calcul puissant utilisé pour définir des systèmes distribués et concurrents. Dans ce travail, nous étudions un modèle d'objet actif sans type futur explicite et avec 'attente par nécessité', une technique qui déclenche une synchronisation sur la valeur retournée par une invocation lorsque celle-ci est strictement nécessaires. Bien que la concurrence élevée combinée à un haut niveau de transparence conduise à de bonnes performances, elles rendent le système plus propice à des problèmes comme les deadlocks. C'est la raison qui nous a conduit à étudier l'analyse de deadlocks dans ce modèle d'objets actifs. Le développement de notre analyse de les deadloks est divisé en deux travaux principaux. Dans le premier travail, nous nous concentrons sur la synchronisation implicite sur la disponibilité d'une certaine valeur. De cette façon, nous pouvons analyser la synchronisation des flux de données inhérente aux langues qui permettent une attente par nécessité. Dans le deuxième travail, nous présentons une technique d'analyse statique basée sur des effets et des types comportementaux pour dériver des modèles de synchronisation d'objets actifs et confirmant l'absence de deadlock dans ce contexte. Notre système d'effets trace l'accès aux champs d'objet, ce qui nous permet de calculer des types comportementaux qui expriment des modèles de synchronisation de manière précise. En conséquence, nous pouvons vérifier automatiquement l'absence de blocages dans des programmes basés sur des objets actifs avec des synchronisations d'attente par nécessité et des objets actifs dotés d’un état interne. / The active object concept is a powerful computational model for defining distributed and concurrent systems. This model has recently gained prominence, largely thanks to its simplicity and its abstraction level. In this work we study an active object model with no explicit future type and wait-by-necessity synchronisations, a lightweight technique that synchronises invocations when the corresponding values are strictly needed. Although high concurrency combined with a high level of transparency leads to good performances, they also make the system more prone to problems such as deadlocks. This is the reason that led us to study deadlock analysis in this active objects model.The development of our deadlock analysis is divided in two main works. In the first work we focus on the implicit synchronisation on the availability of some value. This way we are able to analyse the data-flow synchronisation inherent to languages that feature wait-by-necessity. In the second work we present a static analysis technique based on effects and behavioural types for deriving synchronisation patterns of stateful active objects and verifying the absence of deadlocks in this context. Our effect system traces the access to object fields, thus allowing us to compute behavioural types that express synchronisation patterns in a precise way. As a consequence we can automatically verify the absence of deadlocks in active object based programs with wait-by-necessity synchronisations and stateful active objects.

Die Arbeit behandelt die Integrations- und Synchronisationsmöglichkeiten heterogener LDAP-Schemas. Es werden Entwürfe für Standards und kommerzielle Ansätze gezeigt. Der Schwerpunkt wird besonders auf Konfliktlösungen, Passwortsynchroniastion und Mapping gelegt. Es wird im Rahmen der Arbeit ein Ansatz für die verteilte Synchronisation heterogener Schemas entworfen und auf Basis von OpenLDAP implementiert.