The primary purpose of this study is to model the water vapor flow produced by a comet impact on the Moon using the Direct Simulation Monte Carlo (DSMC) method. Toward that end, our DSMC solver was modified in order to model the cometary water from the time of impact until it is either destroyed due to escape or photodestruction processes or captured inside one of the lunar polar cold traps. In order to model the complex flow induced by a comet impact, a 3D spherical parallel version of the DSMC method was implemented. The DSMC solver was also modified to take as input the solution from the SOVA hydrocode for the impact event at a fixed interface. An unsteady multi-domain approach and a collision limiting scheme were also added to the previous implementation in order to follow the water from the continuum regions near the point of impact to the much later rarefied atmospheric flow around the Moon. The present implementation was tested on a simple unsteady hemispherical expansion flow into a vacuum. For these simulations, the data at the interface were provided by a 1D analytical model instead of the SOVA solution. Good results were obtained downstream of the interface for density, temperature and radial velocity. Freezing of the vibrational modes was also observed in the transitional regime as the flow became collisionless. The 45° oblique impact of a 1 km radius ice sphere at 30 km/s was simulated up to several months after impact. Most of the water crosses the interface under 5 s moving mostly directly downstream of the interface. Most of the water escapes the gravity well of the Moon within the first few hours after impact. For such a comet impact, only ~3% of the comet mass remains on the Moon after impact. As the Moon rotates, the molecules begin to migrate until they are destroyed or captured in a cold trap. Of the 3% of the water remaining on the Moon after impact, only a small fraction, ~0.14% of the comet mass, actually reaches the cold traps; nearly all of the rest is photo-destroyed. Based on the surface area of the cold traps used in the present simulations, ~1 mm of ice would have accumulated in the polar cold traps after such an impact. Estimates for the total mass of water accumulated in the polar cold traps over one billion years are consistent with recent observations. / text

La modélisation des processus à l'équilibre et hors de l'équilibre observés expérimentalement dans les composés à transition de spin est indispensable à la compréhension des mécanismes de transition existants chez ces matériaux bistables, très prometteurs pour de futures applications dans le stockage informatique. Les mesures suivant le changement d'état moléculaire (magnétiques, optiques) ont été reproduites avec succès à l'aide de diverses modèles, en particulier les modèles de type Ising. En revanche, le changement de phase structurale, observé par diffraction des rayons X ou neutrons, accompagnant le changement d'état de spin, ne peut être simulé avec ces modèles. L'objectif de ce travail est de réconcilier les deux types de mesures : magnétiques, optiques et la diffraction. Un nouveau modèle de spin a dû être introduit, dans lequel sont pris en compte de manière explicite les variables de réseau. Le modèle a été étudié analytiquement dans le cas unidimensionnel et numériquement dans le cas bidimensionnel par simulation Monte Carlo des processus à l’équilibre et hors équilibre. Le modèle retrouve d’une part les résultats des modèles de type Ising et d’autre part la contraction ou la dilatation du réseau à la transition de spin. Afin de comparer avec les mesures de diffraction, la mise en conditions expérimentales a été simulée à l'aide du modèle anharmonique couplé avec un programme (DISCUS) pour calculer l'intensité diffractée. Les clichés de diffraction ont été reproduits avec succès dans les différents cas observés expérimentalement. Les conditions d'apparition de la coexistence des pics de Bragg HS et BS sont analysées. La notion de "domaines de spin" est alors complétée par l'introduction "des domaines de spin moléculaires" (clusters de molécules) et "des domaines de spin structuraux". / Modelisation of Equilibrium and non equilibrium processes experimentally observed in spin crossover compounds is essential for a better understanding of mechanisms of the transition existing in those bistable solids which are good candidates for future industrial applications in computing data storage. Measurements following the molecular spin state change (magnetic, optical…) have been successfully reproduced, using various models, in particular Ising-like models. However, structural phase changes, occurring during the spin state change and only accessible with X-ray or neutron diffraction experiments, can’t be reproduce with Ising-like models. The aim of this work is to interpret both kinds of measures: magnetic and diffraction. We have also introduced a new microscopic spin model in which lattice degrees of freedom have been explicitly taken into account. This anharmonic model has been solved analytically in the one dimensional case and numerically in higher dimensions using Monte Carlo simulation of equilibrium and non equilibrium processes. This model retrieves most of results or Ising-like models and simulates lattice expansion or contraction during the spin transition. We have coupled this anharmonic model with a soft called DISCUS, in order to simulate diffraction experimental conditions and to calculate the intensity diffracted by the lattice. Diffraction patterns have been reproduced in the different cases (thermal transition, thermal relaxation, photoexcitation…) observed experimentally. Conditions for the observation of the coexistence of HS and LS Bragg peak are discussed and analyzed. The concept of “like spin domains” (LSD) is then defined more precisely by introducing the concept of “molecular like spin domains” (MLSD) and structural like spin domains” (SLSD).

Ce travail de thèse a pour but de proposer des potentiels d'interaction et des méthodologies pour prédire, au travers de simulations Monte Carlo, les équilibres et propriétés de phases de systèmes oxygénés rencontrés dans les procédés de conversion de la biomasse. Le potentiel AUA4 a ainsi été étendu aux alcools, éthers, cétones, aldéhydes et esters carboxyliques. Une attention particulière a été portée à la transférabilité de ce champ de forces, afin de pouvoir simuler de manière prédictive un grand nombre de molécules oxygénées. Différentes propriétés d'équilibre de corps purs sont correctement prédites (masses volumiques, pressions de saturation, enthalpies de vaporisation, propriétés critiques, tensions de surface, structure de la phase liquide). De nombreux mélanges ont également été simulés dans le pseudo-ensemble point de bulle, qui a été étendu aux molécules polaires dans le cadre de ce travail. Les résultats de simulation de mélanges complexes comme des bioessences ont été validés par l'acquisition de nouvelles mesures expérimentales. Enfin, une nouvelle méthodologie pour le calcul des interactions électrostatiques intramoléculaires a été mise au point dans ce travail pour la simulation de molécules oxygénées multifonctionnelles (polyols, éthers de glycol, composés aromatiques oxygénés). L'utilisation de cette méthode, qui permet d'éviter l'emploi de paramètres empiriques additionnels, conduit à des résultats très encourageants, ce qui laisse entrevoir de nombreuses perspectives pour la prédiction de propriétés de mélanges industriels complexes.

Thesis (Ph. D.)--University of Hong Kong, 2007. / Title proper from title frame. Also available in printed format.

Master-Arbeit Univ. St. Gallen, 2008.

Les protocoles de traitement du cancer par Radiothérapie Conformationnelle par Modulation d'Intensité (RCMI) ciblent avec une précision de plus en plus grande la tumeur. Pour cela, ils nécessitent des informations anatomiques précises du patient juste avant le traitement, qui peuvent d'être obtenues à l'aide de systèmes d'imagerie embarqués sur l'accélérateur linéaire médical délivrant le faisceau de traitement. Ces systèmes, composés d'un tube à rayons X et d'un détecteur 2D planaire, sont appelés kV-Cone Beam CT (kV-CBCT). Aujourd'hui, leur usage est très fortement répandu dans le cadre des traitements par RCMI. Cependant, ces examens kV-CBCT sont responsables d'une dose de rayonnements ionisants additionnelle qui est loin d'être négligeable et pouvant d'être à l'origine de l'apparition d'effets secondaires, tels que des cancers radio-induits chez les patients traités. Au cours de cette thèse, un simulateur basé sur la méthode de Monte-Carlo a été développé permettant ainsi d'estimer avec précision les doses délivrées aux organes lors des examens d'imagerie kV-CBCT. Cet outil a ensuite été utilisé afin d'étudier différentes stratégies de prise en compte clinique de ces doses additionnelles. L'étude présentée dans ce manuscrit propose notamment une méthode rapide d'estimation des niveaux de doses délivrés aux organes prenant en compte la morphologie de chaque patient. Cette stratégie a été développée à partir d'une cohorte de 50 patients incluant 40 enfants et 10 adultes. Ces travaux ont été réalisés en collaboration avec l'unité de physique médicale du Centre Eugène Marquis à Rennes qui a fourni les données cliniques nécessaires à l'étude. / Protocols for cancer treatment using intensity-modulated radiation therapy (IMRT) allow to target the tumor with an increased precision. They require accurate anatomical information of the patient just before the treatment, which can be obtained using on-board imaging systems mounted on the medical linear accelerator delivering the treatment beam. These systems, composed of an X-ray tube and a 2D planar detector, are called kV-Cone Beam CT (kV-CBCT). Nowadays, they are widely used in the context of IMRT treatments. However, these kV-CBCT examinations are also responsible for an additional dose of ionizing radiations which is far to be negligible and could be the cause for secondary effects, such as radiation-induced second cancers for treated patients. During this PhD work, a simulator based on the Monte Carlo method was developed in order to calculate accurately the doses delivered to organs during kV-CBCT examinations. Then, this tool was used to study several strategies to take in account for the imaging additional doses in clinical environment. The study reported here includes, in particular, a fast and personalized method to estimate the doses delivered to organs. This strategy was developed using a cohort of 50 patients including 40 children and 10 adults. This work has been done in collaboration with the medical physics unit of the Eugène Marquis medical center in Rennes, which has collected the clinical data used for this study.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit ist das am Institut für Kern- und Teilchenphysik der Technischen Universität Dresden entwickelte Monte-Carlo-Strahlungstransportprogramm AMOS für Photonen und Elektronen um einen neuartigen Transportalgorithmus für Neutronen erweitert worden. Für die Modellierung der Wechselwirkungsprozesse werden evaluierte Wirkungsquerschnittsdaten im ENDF-Format verwendet, welche mit einer eigens dafür entwickelten Anwendung für eine effiziente Simulation aufbereitet worden sind. Für eine schnelle Simulation mit hoher Genauigkeit werden die Wirkungsquerschnitte über eine empirisch bestimmte hochaufgelöste Gruppenstruktur gemittelt. Die differentiellen Wirkungsquerschnitte werden für den Transportalgorithmus ins Laborsystem transformiert und linear interpoliert. Das erarbeitete Neutronentransportmodul ist anhand mehrerer Beispielrechnungen getestet und verifiziert worden. Im Vergleich mit vorhandenen Strahlungstransportprogrammen erreicht es bei gleicher Genauigkeit eine deutlich höhere Geschwindigkeit. Sowohl das Programm zur Aufbereitung der Daten als auch der Transportalgorithmus sind im Rahmen dieser Arbeit konzipiert und implementiert worden. Die gute Übereinstimmung der Ergebnisse zeigt, dass das entwickelte Programmsystem eine vollwertige Alternative zu den vorhandenen Lösungen darstellt.

L'atténuation des photons est un phénomène qui affecte directement et de façon profonde la qualité et l'information quantitative obtenue d'une image en Tomographie d'Emission par Positrons (TEP). De sévères artefacts compliquant l'interprétation visuelle ainsi que de profondes erreurs d'exactitudes sont présents lors de l'évaluation quantitative des images TEP, biaisant la vérification de la corrélation entre les concentrations réelles et mesurées.L' atténuation est due aux effets photoélectrique et Compton pour l'image de transmission (30 keV - 140 keV), et majoritairement à l'effet Compton pour l'image d'émission (511 keV). La communauté en médecine nucléaire adhère largement au fait que la correction d'atténuation constitue une étape cruciale pour l'obtention d'images sans artefacts et quantitativement exactes. Pour corriger les images d'émission TEP pour l'atténué, l'approche proposée consiste concrètement à segmenter une image de transmission à l'aide d'algorithmes de segmentation: K-means (KM), Fuzzy C-means (FCM), Espérance-Maximisation (EM), et EM après une transformation en ondelettes (OEM). KM est un algorithme non supervisé qui partitionne les pixels de l'image en agrégats tels que chaque agrégat de la partition soit défini par ses objets et son centroïde. FCM est un algorithme de classification non-supervisée qui introduit la notion d'ensemble flou dans la définition des agrégats, et chaque pixel de l'image appartient à chaque agrégat avec un certain degré, et tous les agrégats sont caractérisés par leur centre de gravité.L'algorithme EM est une méthode d'estimation permettant de déterminer les paramètres du maximum de vraisemblance d'un mélange de distributions avec comme paramètres du modèle à estimer la moyenne, la covariance et le poids du mélange correspondant à chaque agrégat. Les ondelettes forment un outil pour la décomposition du signal en une suite de signaux dits d'approximation de résolution décroissante suivi d'une suite de rectifications appelées détails.L' image à laquelle a été appliquée les ondelettes est segmentée par EM. La correction d'atténuation nécessite la conversion des intensités des images de transmission segmentées en coefficients d'atténuation à 511 keV. Des facteurs de correction d' atténuation (FCA) pour chaque ligne de réponse sont alors obtenus, lesquels représentent le rapport entre les photons émis et transmis. Ensuite il s'agit de multiplier le sinogramme, formé par l'ensemble des lignes de réponses, des FCA par le sinogramme de l'image d'émission pour avoir le sinogramme corrigé pour l'atténuation, qui est par la suite reconstruit pour générer l'image d'émission TEP corrigée. Nous avons démontré l'utilité de nos méthodes proposées dans la segmentation d'images médicales en les appliquant à la segmentation des images du cerveau, du thorax et de l'abdomen humains. Des quatre processus de segmentation, la décomposition par les ondelettes de Haar suivie de l'Espérance-Maximisation (OEM) semble donner un meilleur résultat en termes de contraste et de résolution. Les segmentations nous ont permis une réduction claire de la propagation du bruit des images de transmission dans les images d'émission, permettant une amélioration de la détection des lésions, et améliorant les diagnostics en médecine nucléaire.

La cinétique des premiers stades de précipitation dans les alliages Mg-RE a été étudiée par sonde atomique tomographique et par Microscopie électronique en transmission. La formation et la croissance des précipités β′′ ordonnés et cohérents, depuis la solution solide HCP a été étudiée à 150◦C pour l'alliage binaire Mg-2.6%pds Nd et pour l'alliage ternaire Mg-2.6%pds Y-2.7%pds Nd. Dans l'alliage binaire, les précipités β′′ forment des disques prismatiques de plan d'habitat { 10-10 }. Leur croissance a lieu dans les directions [0001] et [11-20], leur épaisseur n'évoluant pas de façon significative. L'étude de la cinétique dans l'alliage ternaire a montré que l'ajout d'yttrium ralentit fortement la cinétique. Seuls des amas de solutés riches aplatis ont été observés aux temps très longs. Ce travail de thèse contribue également à la détermination du diagramme de phase Mg-Nd en précisant la solubilité à haute température du Nd dans Mg. En parallèle aux études expérimentales, des simulations de la cinétique de formation de la phase D019 à partir d'une solution solide HCP ont été réalisées dans un alliage A-5.5%at B grâce à la méthode Monte-Carlo cinétique. Nous nous sommes focalisés sur l'influence de la mobilité atomique sur le chemin cinétique. Cette mobilité est contrôlée par le paramètre d'asymétrie u. Il a été montré que u n'influence que l'ordre à courte distance dans les premières sphères de coordination pendant les tout premiers stades de décomposition. La cinétique globale est indépendante de la valeur de u. La coalescence des précipités D019 se produit par un mécanisme d'évaporation-condensation quel que soit la valeur de u, et est d'écrite par la loi de coalescence de Lifshitz-Slyozov-Wagner.

English The thesis explores the topic of cost planning of Public-Private-Partnership (PPP) projects in the Czech Republic, especially with respect to institutional settings and road infrastructure. First, the PPP concept is introduced from a theoretical perspective and compared to traditional public procurement. Then the financing of PPP projects is discussed in the context of project finance and the European PPP market. The main part of the thesis focuses on public procurement of road infrastructure and the advantages of the PPP organizational structure. Initially, flaws of the procurement institutions are identified and a number of solutions suggested. The solutions cover four main areas: improvement of procurement laws, better qualifications of public officials, strategic planning of needed roads and asset management perspective on the existing infrastructure. The question whether Czech institutions are hindering the potential of PPP projects is answered positively. Follows a thorough empirical analysis of a World Bank PPP model for highways through a Monte Carlo simulation. A particular case of R35 motorway is evaluated as a PPP project and key drivers of public and private NPV are identified and compared across three different scenarios. Heavyweight traffic intensity, its toll revenue and...