In factories handling fissile materials, criticality accidents can occur. The CAAS-3S system produced by Mirion Technologies includes a range of equipment to detect these accidents and alert employees to evacuate the facility and protect their health. The system consists of four types of plastic scintillation detectors. To determine the potential locations of the detectors and to ensure that the system detects all criticality accidents, Mirion Technologies is conducting positioning studies. These studies simulate criticality accidents using the Monte Carlo based code MCNP. Mirion Technologies would like to develop an MCNP model of these probes to build a response function to predict the experimental stress of the probes. Furthermore, during a criticality accident, the ambient temperature may increase significantly and the system must be able to detect an accident during a temperature rise without generating a false alarm. The CAAS-3S system includes a temperature correction. This master thesis has demonstrated that the temperature correction was able to trigger the alarm without generating false alarms for temperatures up to 70°C. MCNP models of the four probes of the system have been designed. It appeared that the energy rate deposited in the gamma scintillator calculated numerically by MCNP allowed to predict the experimental voltage during irradiation under photon radiation. In the case of neutron irradiation it has been proven that the reaction rate (n,alpha) on lithium contained in the scintillation matrix allows to predict the experimental voltage without having to simulate the alpha particles, thus reducing the calculation time. Correlation coefficients based on experimental results and numerical simulations have been determined for several incident particle energies in order to create a probe response function. / I fabriker som hanterar klyvbart material kan kriticitetsolyckor inträffa. CAAS-3S-systemet som tillverkas av Mirion Technologies innehåller en rad olika utrustningar för att upptäcka dessa olyckor och varna de anställda så att de kan evakuera anläggningen och skydda sin hälsa. Systemet består av fyra typer av plastsintillationsdetektorer. För att fastställa de potentiella platserna för detektorerna och för att se till att systemet upptäcker alla kriticitetsolyckor genomför Mirion Technologies positioneringsstudier. I dessa studier simuleras kritiska olyckor med hjälp av den Monte Carlo-baserade koden MCNP. Mirion Technologies skulle vilja utveckla en MCNP-modell av dessa sonder för att bygga upp en responsfunktion för att förutsäga den experimentella belastningen på sonderna. Under en kritisk olycka kan dessutom omgivningstemperaturen öka avsevärt och systemet måste kunna upptäcka en olycka under en temperaturökning utan att generera ett falsklarm. CAAS-3S-systemet innehåller en temperaturkorrigering. I detta examensarbete har det visats att temperaturkorrigeringen kunde utlösa larmet utan att generera falska larm för temperaturer upp till 70 °C. MCNP-modeller av systemets fyra prober har utformats. Det visade sig att den energihastighet som deponeras i gammascintillatorn, som beräknats numeriskt med MCNP, gjorde det möjligt att förutsäga den experimentella spänningen under bestrålning med fotonstrålning. Vid neutronbestrålning gör reaktionshastigheten (n,alfa) på litium i scintillationsmatrisen det möjligt att förutsäga den experimentella spänningen utan att simulera alfapartiklarna, vilket minskar beräkningstiden. Korrelationskoefficienter baserade på experimentella resultat och numeriska simuleringar har bestämts för flera energier av infallande partiklar för att skapa en sonderesponsfunktion.

Calcium ions are one of the most versatile signalling molecules. They are essential tothe proper functioning of various cellular processes in many different types of cells.The calcium signals have been studied in the past using ratiometric dyes like Fura-2.We showed that the genetically encoded calcium indicator GCaMP6m displays highersignal to noise ratio than Fura Red and therefore used it to study the calcium cytosolicconcentration in MDCK II cells. We use fluorescence microscopy to record and Pythonto analyse calcium signals in individual cells. Cellpose was used for automating thesegmentation. The cells were treated with ouabain, a cardiotonic steroid shown toincrease the intercellular communication between cells through gap junctions. Thecells were also transfected with connexins 43. We showed that ouabain does nothave an impact on the number of calcium peaks. We observed higher correlationsin the calcium between adjaçent transfected cells, but the results are not statisticallysignificant. We also observed clearly defined oscillations in one low confluencerecording with a period of around two minutes. / Kalciumjonen är en av de mest mångsidiga signalmolekylerna. De är nödvändiga förfunktionen av diverse cellulära processer i mångaolika typer av celler. I projektet studerades den cytosoliska kalciumkoncentrationeni MDCK II-celler. Fluorescensmikroskopi användes för att registrera, och Python föratt analysera, kalciumsignaler i enskilda celler. Cellpose användes för att automatiserasegmenteringen. Cellerna behandlades med ouabain, en kardiotonisk steroid somvisat sig öka den intercellulära kommunikationen mellan celler genom ”gap junctions”.Cellerna transfekterades också med connexin-43. Det påvisades att ouabain intehar någon inverkan på antalet kalciumtoppar. Högre korrelationer observeradesi kalcium mellan intilliggande celler som transfekterats, men resultaten är intestatistiskt relevanta. Tydligt definierade oscillationer observerades i en inspelning medlåg konfluens i en period på cirka två minuter. Slutligen visades att GCaMP6m har etthögre signal-brusförhållande än Fura Red.

Structural biology has become an important part of researching various diseases and drug development. In this thesis, I provide details on how I worked with approaches to structural characterization of a heteromeric GABA(A)R. These pentameric ligand gated ion channels take part in regulating inhibition of action potentials in nerve cells by allowing the passage of Cl- ions when bound by gamma-aminobutyric acid (GABA). They are formed by the assembly of five subunits which can be of various different types, denoted by greek letters and a number. Much is still unknown about how GABA and several other ligands bind to these ion channels and how that impacts function. Obtaining a structure of these proteins can aid in closing those knowledge gaps. It is reasonable to screen the proteins you have before you study their structures by Cryo-EM in order to get the best result, a methodology for which is described here. I have followed this methodology to screen two heteromeric GABA$_A$R that we wish to determine the structure of, alpha 5 beta 3 and rho 1 gamma 2. Neither of the combinations of genes we used to express these proteins proved to produce the desired fully assembled heteromeric protein. In the case of alpha 5 beta 3, we only witnessed building blocks, with no fully assembled channels. In rho 1 gamma 2, we instead only witnessed fully formed homomers of the rho 1 subunit. These findings then exclude the gene constructs used from further structural study, and the methodology described will inform the next steps to be taken. / Strukturbiologi har blivit en viktig del av forskningen kring många sjukdomar samt utveckling av läkemedel. I denna uppsats delger jag hur jag arbetat med metoder för strukturell karakterisering av en heteromerisk GABA(A)R. Dessa pentameriska ligandstyrda jonkanaler deltar i regleringen av hämning av aktionspotentialer i nervceller genom att tillåta passagen av Cl- joner när gamma-aminosmörsyra (GABA) binder. Dessa består av fem subenheter som kan vara en av flera olika typer, vilka anges med en grekisk bokstav och en siffra. Mycket om hur GABA och andra ligander binder till dessa jonkanaler och hur det påverkar dess funktion är fortfarande okänt. Att hitta en struktur av dessa proteiner kan hjälpa oss att stänga kunskapsgapen. Det är klokt att undersöka om genen man ska använda för att uttrycka det sökta proteinet ger det man söker innan man sen börjar studera strukturen. Jag har beskrivit en metodologi för detta och följt den för två heteromeriska proteiner, alpha 5 beta 3 och rho 1 gamma 2. Ingen av kombinationerna av gener vi använt för att uttrycka dessa proteiner har producerat de sökta, fullt ihoppbyggda proteinerna. I fallet för alpha 5 \beta 3 så ser vi endast byggstenar och inga kompletta proteiner, och för rho 1 gamma 2 så ser vi endast homomeriska proteiner av rho 1. Dessa slutsatser exkluderar de genkonstruktioner vi använt från vidare strukturella studier, och stegen som bör tas härnäst beskrivs av den använda metodologin.

Anderson localization occurs when an otherwise conductive solid becomes insulatingdue to a sufficiently large degree of disorder in the medium. The electron band energy(as a function of disorder) at which this transition between extended and localizedelectron states occur is called the mobility edge (ME) and is energy-dependent only in3-dimensional systems. In lower dimensional systems, energy-independent ME (allstates localized or all extended) has been demonstrated by replacing disorder withquasi-periodic potential. However, recent theoretical findings indicate that neitherdisorder nor quasi-periodic potential is necessary for a material to exhibit electronlocalization and existence of energy-dependent pseudo ME at finite system size.In this thesis work, we use light in coupled silicon nitride waveguides to simulatesingle-particle transport of a solid-state medium and investigate the coexistence ofdelocalized and localized states in disorder-free photonic lattices of finite systemsize. This was achieved by implementing a simulated linearly increasing electricpotential on even-numbered sites by varying the refractive index of the wave guide(ch. 3). Through our experimental setup, we successfully achieved a coexistence oflocalized and delocalized states, where the degree of localization varies depending onthe strength of the applied electric field.The findings have implications for the field of quantum technology, whereunderstanding and controlling quantum states is crucial. The ability to achievelocalization in the absence of disorder opens new possibilities for designing andengineering photonic devices for quantum information processing tasks. / Anderson-lokalisering uppstår när ett annars ledande fast material blir isolerande pågrund av en tillräckligt stor grad av oordning i mediet. Elektronbandsenergin (som enfunktion av oordning) vid vilken denna övergång mellan förlängda och lokaliseradeelektrontillstånd sker kallas mobilitetskanten (ME) och är energiberoende endasti 3-dimensionella system. I lägre dimensionella system har energioberoende ME(alla tillstånd lokaliserade eller alla förlängda) påvisats genom att ersätta oordningmed kvasi-periodisk spänning. Nya teoretiska fynd indikerar dock att varkenoordning eller kvasi-periodisk spänning är nödvändig för att ett material ska uppvisaelektronlokalisering och förekomsten av energiberoende pseudo-ME för system avfinita storlekar.I detta examensarbete använder vi ljus i kopplade vågledare av kiselnitrid föratt simulera transport av en partikel i ett fast tillståndsmedium och undersökersamexistensen av icke-lokaliserade och lokaliserade tillstånd i finita system utanoordning med fotoniska gitter. Detta uppnåddes genom att implementera ensimulerad linjärt ökande elektrisk potential på varje jämnt numrerat gitterläge platsgenom att öka vågledarbredderna och noll elektrisk spänning på varje udda. Genomvårt experimentella upplägg lyckades vi uppnå lokaliserade och förlängda tillstånd, därgraden av lokaliseringen varierade beroende på styrkan av det tillämpade elektriskafältet.Fynden har implikationer för kvantteknologi, där förståelse och kontroll avkvanttillstånd är avgörande. Förmågan att uppnå lokalisering i frånvaro avoordning öppnar nya möjligheter för att designa och konstruera fotoniska enheter förkvantinformationsprocesser.

Metamaterials are artificially designed materials with desired electromagneticresponses for advanced wave manipulation. Their key constituent is often somenoble metal, thanks to its well localized plasmonic effects with highextinction cross section. In this project, a metamaterial based onmetal-insulator-metal (MIM) structure is investigated to create a compactplanar reflector which mimics the function of a parabolic mirror. In such ametamaterial, each MIM unit is essentially a sub-wavelength resonator whichexhibits magnetic-dipole resonance. To achieve focusing effect, phase shift onreflected wave by each MIM unit upon a plane-wave incidence is calculatedrigorously through finite-element method. By carefully selecting unitgeometries and thereby introducing a phase gradient along the reflector plane,one can control propagation direction of reflected wave at each reflectorposition. The principle can be explained in terms of either ray-optics theoryor generalized Snell’s law. As a particular demonstration, we have designed inthe thesis a planar reflector consisting of eleven MIM units with a totaldevice width of 5.5 µm. FEM simulation showed that the reflector focuses lightat 1.2 µm wavelength with a nominal focus length of 6 µm. Such compactmetamaterial devices can be potentially fabricated on chips for sensing andtelecom applications, circumventing many inconveniences of includingconventional lenses in an optical system. / Metamaterial är artificiellt konstruerade material med vissa önskadeelektromagnetiska egenskaper, vilket kan utnyttjas för avancerad styrning avelektromagetisk vågutbredning. Metamaterialet som undersöks i denna rapportär baserad på en metall-isolator-metall (MIM) struktur, denna strukturkommer användas för konstruktion av en platt parabolisk reflektor. Vilket isin tur består av en serie MIM-strukturer med varierande storlekar. VarjeMIM-struktur är i princip en resonator med en storleksordning mycket mindreän våglängden och ger upphov till en magnetisk resonans. För att sedan uppnåfokus genomförs en rigorös beräkning av fasen med hjälp av finita elementmetoden, varpå man kan beräkna fas och amplitud från strukturen efterreflektion från en plan våg. Därefter kan man välja ut de geometrierna somkrävs för att styra riktningen av vågpropagationen med en fasgradient.Fysikaliska principerna kan förklaras genom stråloptik eller med hjälp avgeneraliserade Snell's lag. I denna rapport presenteras en design av en planreflektor med elva MIM strukturer där den totala storleken är 5.5 µm. FEMsimulering visade att reflektorn fokuserade ljuset vid våglängden 1.2 µm medden nominella fokallängden 6 µm. Dessa kompakta metamaterial kan eventuellttillverkas på chip för detektering och telekom, vilket löser problemen medatt inkludera konventionella linser i optiska system.

Density functional theory (DFT) calculations of polyethylene (PE) HVDC cable insulation have been performed for systems containing four different chemical impurities: acetophenone, cumene, $\alpha$-methyl styrene and $\alpha$-cumyl alcohol. Systems were generated by molecular dynamics (MD) equilibration at four different temperatures relevant for cable insulation applications: 277 K, 293 K, 343 K and 363 K. With the goal of gaining better measure of variations in hole and electron traps energies, four initial configurations were also stochastically generated at each temperature, which yielded four different final configurations after equilibration. The counterpoise correction scheme was implemented for DFT calculations, by distributing ghost atoms thought any empty pockets of space in between the PE chains. The PBE functional was selected for DFT simulations. The resulting band gaps were in agreement with those of earlier GGA-based studies, and thus lower by 3 eV than empirical band gaps. For all impurities, the first HOMO state and the first two LUMO states were generally located on the impurity molecule, forming one hole trap and two electron traps, but certain configurations generated increased electron trap numbers, or eliminated hole traps. No dependence could be derived between temperature and trap depth for either electron or hole traps. Mean electron trap energies were largely in agreement with results from earlier studies, they were deepest for acetophenone, and they varied by as much as 0.6 eV between different configurations. Hole traps are universally shallow and vary by up to 0.7 eV between configurations, and are similar in depth for all impurities. Results suggest that electron trap depths correlate with the presence of molecular features such as oxygen atoms and conjugated double bonds. The dependence of trap depth on the spatial configuration of the impurity molecule suggests that results could be improved by more precise quantum mechanical treatment of the dynamics of the impurity. / Täthetsfunktionalteori (DFT) har använts för beräkningar av isolering till HVDC kablar som består av polyeten innehållande fyra olika kemiska orenheter: acetofenon, kumen, alfa-metylstyren och alfa-kumylalkohol. System att studera genererades genom molekylärdynamisk ekvilibrering vid fyra olika temperaturer relevanta för tillämning till kabelisolering: 277 K, 293 K, 343 K och 363 K. För att få ett mått på de variationer som existerar i energierna på hål- och elektronfällor genererades stokastiskt fyra initialkonfigurationer vid varje temperatur, vilket fyra olika konfigurationer efter relaxering. Motviktskorrigering implementerades för DFT-beräkningar, genom att fördela "spökatomer" i de tomrum som bildas mellan PE-kedjorna i den amorfa fasen. PBE-funktionalen användes för DFT-simuleringar. De resulterande bandgapen stämde överens med tidigare GGA-baserade studier, och var därmed runt 3 eV smalare än empiriskt uppmätta bandgap. För alla orenheter var det första HOMO-tillståndet och de två första LUMO-tillstånden i allmänhet placerade på orenheten, vilket resulterade i en hålfälla och två elektronfällor, men vissa konfigurationer gav upphov till fler elektronfällor, eller eliminerade hålfällorna. Inget samband kunde härledas mellan temperaturen och djupet på fällorna för vare sig elektron- eller hålfällor. Medelvärdet på elektronfällornas energier överensstämde till stor del med resultat från tidigare studier, energierna var högst för acetofenon, och de varierade med så mycket som 0,6 eV mellan olika konfigurationer. Hålfällorna var genomgående grunda, varierade med upp till 0,7 eV mellan olika konfigurationer, och hade likartat djup för alla orenheter. Resultaten indikerar att variationerna elektronfällornas medeldjup uppstår på grund av orenheternas olika molekylära uppbyggnad: förekomst av syreatomer och konjugerade dubbelbindningar i orenheterna leder till djupare elektronfällor. Det faktum att djupet på elektron- och hålfällor varierar mellan olika rumsliga konfigurationer av av orenheten och polyetenstrukturen ger en antydan om att resultaten kan komma att förbättras om dynamiken hos orenheten simuleras med mer exakta kvantmekanisk metoder.

This thesis discusses the development of MANGO, a tool created to model normal-conducting magnets which were installed in the 1970s in the experimental areas at CERN, and store their analysis. MANGO formulates an answer to two problems faced by the physicists of the Beam Department when they model a beam line: first, how to produce new magnetic field maps and, second, how to easily access existing ones? It contains a multi-use package that offers an automated process to produce magnetic field maps from finite-element models of magnets. In addition, the package can visualise the field density or the flux lines of a magnet, and can benchmark a model and automatically store the solutions in a database, while tailoring its content to the level of expertise in electromagnetism and finite-elements modelling of the users. To development of the tool starts by modelling the different types of the normal-conducting magnets using two-dimensional finite element modelling (Opera-2D). After the successful development of one finite element model, it is benchmarked to justify its use in the creation of magnetic field maps. To address the second challenge and avoid any duplication of work, MANGO integrates a Git repository with submodules, where the finite-element models, the magnetic field maps and the documentation are stored. / I detta examensarbete diskuteras utvecklingen av MANGO, ett verktyg som skapats för att modellera normalkonduktiva elektromagneter, som installerades på 1970-talet i CERN:s experimentområden, och lagra deras analys. Mer specifikt formulerar MANGO ett svar på två problem som fysiker vid Beam Department står inför när de modellerar en partikelstrållinje. Hur skapar man nya magnetfältskartor och, hur får man enkelt tillgång till nuvarande magnetfältskartor? Det innehåller ett programbibliotek med flera användningsområden, som skapar nya magnetfältskartor från nuvarande magnetmodeller, som skapas av programbibliotek självt. Med den programbibliotek kan man visualisera en magnets fältdensitet eller flödeslinjer, benchmarka modellen och automatiskt lagra magnetlösningar och numeriska simuleringar i databasen, utöver att modellera magneter, och samtidigt ge möjlghet för anpassning av innehållet till användarens kunskapsnivå och färdigheter. För att utveckla MANGO börjar författaren med att modellera de olika typerna av normalkonduktiva elektromagneter med hjälp av tvådimensionell finit elementmodellering (Opera-2D). Efter den framgångsrika utvecklingen av en finit elementmodell, fortsätter författaren med benchmarking av modell för att motivera dess användning inom skapandet av magnetfältskartor. För att besvara det andra problemet integrerar MANGO ett Git-databas där finita elementmodellerna, magnetfältskartorna och dokumentationen lagras, för att undvika dubbelarbete. Git databas har undermoduler för att kunna skapa olika åtkomster per användarnivå.

This thesis explores and evaluates the temperature measuring capabilities of a phase-sensitive optical time-domain reflectometer (φ-OTDR), which exploits Rayleigh backscattering in normal single mode optical fibers. The device is constructed and its setup explained, and a protocol for making temperature measurements with it is developed. Performance tests are made and the device is shown to achieve fully distributed temperature measurements on fibers hundreds of meters in length with a spatial resolution of 1 m and a temperature resolution of 0.1 K. In addition, the capabilities of the device to measure normal strain in the measurement fiber are tested using the same approach, albeit with less success. The device is capable of very precise measurements, making it very sensitive to the environmental conditions around the measuring fiber but also susceptible to disturbances. Some discussion is had on how to avoid or deal with these disturbances. Furthermore, the technique is shown to be able to run in conjunction with other φ-OTDR measurement techniques from the same device simultaneously. / Det här examensarbetet utforskar och utvärderar förmågorna att mäta temperatur hos en fas-känslig optisk tidsdomän-reflektometer (φ-OTDR), som utnyttjar bakåtriktad Rayleigh-spridning i vanliga optiska singelmodfibrer. Anordningen konstrueras och dess komponentstruktur förklaras, och ett protokoll tas fram för att utföra mätningar med den. Prestandatester utförs och anordningen visas kapabel att göra fullt distribuerade temperaturmätningar längs hundratals meter långa fibrer, med en rymdsupplösning på 1 m och en temperaturupplösning på 0.1 K. Dessutom testas förmågan att mäta normaltöjning hos testfibern med samma metod, dock med mindre framgång. Anordningen är väldigt känslig för förhållandena i omgivningen runt mätningsfibern, vilket gör den kapabel till mätningar med mycket hög precision, men också mottaglig för störningar. Lite diskussion hålls kring hur dessa störningar kan undvikas eller hanteras. Vidare visas att mätningstekniken kan köras samtidigt som andra φ-OTDR-baserade tekniker från samma anordning.