Made available in DSpace on 2014-10-09T12:43:06Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:05:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 06125.pdf: 6631284 bytes, checksum: 0d7cb7ea79949cb8c3121b13b630793a (MD5) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

The 14Be nucleus is a good candidate for having a halo structure. When a three- body model is used to calculate the properties of this nucleus, it relies on a knowledge of the potentials involved and hence on the structure of the underlying two-body subsystem 13Be. Previuosly published calculations showed that, in order to describe 13Be and 14Be simultaneously, 13Be had to be either bound, or have a p-shell ground state, which is not consistent with the experimental data. In this thesis 13Be and 14Be are described as one or two neutrons outside a deformed 12Be core. The idea of the method is that deformation of the core couples the neutron motion with core excitations. The core is treated as a rigid rotor here, and for the neutron-core interaction we used a deformed Woods-Saxon potential. We explore the potential parameters compatible with the known properties of 12Be, 13Be and 14Be. The three-body model for 14Be used a hyperspherical expansion including core degrees of freedom. Compared to the previous works, we find that both 14Be and 13Be are described simultaneously if the 12Be core has large positive quadrupole deformation. The resulting three-body model wave function was used in calculations of reaction observables. The reaction cross section of 14Be on a carbon target at 850 MeV/A was calculated in a four-body Glauber model, after the formalism was extended to include core degrees of freedom. The calculated reaction cross section agrees with the experiment. One-neutron knockout reactions of the Borromean nuclei 6He, 11Li and 14Be are discussed. The integrated cross sections for stripping and diffraction processes are calculated in the four-body Glauber model including core excited components in the wave function for 14Be. The neutron-core relative energy distributions within 5He, 10Li and 13Be following one-neutron removal, are calculated by a spectator model in the eikonal limit. The integrated cross sections and energy distributions for 6He are in agreement with the experiment. The results for 11Li and 14Be breakup demonstrated that the further investigation of the reaction model is needed.

La hadronthérapie est une méthode de radiothérapie utilisant des ions (ici le carbone) comme faisceau plutôt que des rayons X plus conventionnels pour le traitement des cancers. Étant donné le parcours spécifique des ions dans la matière, ils permettent de traiter des tumeurs profondes dans des zones délicates telles que le cerveau par exemple. Ceci est complémentaire à tout ce qui existe depuis des dizaines d’années (intervention chirurgicale, rayons X, chimiothérapie). Deux futurs centres de traitement et de recherche (ARCHADE à Caen et ETOILE à Lyon) seront opérationnels en France à partir de 2018 en ce qui concerne ARCHADE afin de profiter des avancées récentes et de poursuivre les recherches sur cette méthode. La perte d’énergie des ions carbone dans la matière suit la loi de Bethe-Bloch, le maximum de dépôt d’énergie se situant dans une zone restreinte appelée « pic de Bragg ». En modulant la position et l’énergie du faisceau, il est possible d’irradier l’ensemble du volume de la tumeur. Cependant, les réactions nucléaires de l’ion carbone dans les tissus entrainent la production de fragments plus légers (H, He, Li etc.) qui déposent leur énergie au-delà du pic de Bragg. Les modèles implémentés dans les codes de simulation couramment utilisés en hadronthérapie (FLUKA, GEANT4 etc.) sont incapables de reproduire en même temps les distributions angulaires des fragments générés ainsi que les distributions en énergie. Le fait de ne pas reproduire fidèlement ce phénomène de fragmentation nuit à la précision des systèmes de planification de traitement utilisés cliniquement. En effet, une mauvaise estimation du processus de fragmentation entraine un biais dans le calcul de la dose déposée dans les cellules saines en arrière du pic de Bragg. Ainsi, afin de mieux contraindre les modèles, deux expériences de mesure de sections efficaces de fragmentation du carbone ont été menées. La première en mai 2011 avec un faisceau à 95MeV/n au GANIL à CAEN avec les collaborateurs du LPC Caen et la seconde en août 2011 avec un faisceau à 400 MeV/n au GSI à Darmstadt, avec la collaboration FIRST. L’expérience E600 étudie la fragmentation des ions du faisceau de carbone à 95 MeV/n dans différentes cibles minces (Au, C, , Ti etc.) correspondant aux différents constituants élémentaires du corps humain. Les différents fragments sont détectés à l’aide de cinq télescopes. Chacun d’eux est constitué de 3 étages (2 détecteurs silicium et un scintillateur CsI) afin de faire des mesures de perte d’énergie et d’énergie totale permettant une identification par la méthode du ΔE-E. Ces télescopes étaient disposés sur des raquettes pilotées à distance afin de pouvoir modifier leur position angulaire par rapport à la position de la cible. Ainsi, les taux de production des différents fragments permettent de remonter aux sections efficaces de fragmentation doublement différentielles (en énergie et en angle). [...] / The hadrontherapy is a radiotherapy method using ions (carbon ions here) instead of the more conventional X-rays for cancer treatment. Deep radioresistant tumour areas, as brain carcinoma for example, can be treated thanks to the specific dosedeposition at the end of the ion path. This is an additional method to older classic ones (surgery, X-rays, chemotherapy). Two hadrontherapy centres for treatment and research are planned in France from 2018 (ARCHADE) in order to benefit from the newest progress and to keep improving this method. Carbon ions energy loss in the matter follows the Bethe-Bloch law. The maximum of energy depth is located in a limited area called “Bragg peak”. By adjusting the beam position and energy, the whole volume of the tumor can be irradiated. Nevertheless, nuclear reactions of carbon ion in tissues generate the production of lighter fragments (H, He, Li etc.) that deposit their energy beyond the Bragg peak. Models implemented in hadrontherapy simulation codes (FLUKA, GEANT4 etc.) cannot reproduce angular distributions of the lighter fragments and energy distributions at the same time. These poor estimations affect the treatment planning systems accuracy that are clinically used.Indeed, a bad estimation of fragmentation process induces a bias in the dose calculation concerning healthy cells beyond the Bragg peak. In order to better constraint models, two experiments based on fragmentation cross-sections measurements have been performed. The first one in may 2011 with a beam at 95 MeV/u (GANIL) in collaboration with the LPC Caen and the second one in august 2011 with a beam at 400 MeV/u (GSI) with the FIRST collaboration. E600 experiment is devoted to the study of carbon ions fragmentation at 95 MeV/u in several thin targets (Au, C, , Ti etc.) corresponding to the basic building blocks of human body. Five telescopes are designed for the fragments detection. Each one is a three-stage detector (2 silicon detectors and one CsI scintillator) that allows energy loss and total energy measurements for the ΔE-E identification method.Telescopes were disposed two by two in the reaction chamber with a remote control of the angular position. From the production rate measurements, the double differential fragmentation cross-sections (energy and angle) can be computed.From the experimental data for + reaction at 95 MeV/u on a 250 μm thick carbon target, all cross-sections were deduced.FIRST experiment uses a very different set-up. It is composed of: a beam monitoring, a vertex detector (CMOS), a calorimeter(KENTROS), a magnet (ALADIN), MUSIC (3 ionization chambers and 4 proportional counters) and a TOF-wall. Generated particles trajectory is reconstructed thanks to the vertex detector + TOF-wall for all fragments emitted with an angle lower than 5° and thanks to the vertex detector + KENTROS for higher angles. In the first case, the ALADIN magnet deflects the trajectory of the particles (MUSIC detector ran out). One 8 mm thick target has been used here. Preliminary results concerning production rates of the different charges, angular distributions and reconstruction efficiencies have been obtained. Heavier fragments mass identification is quite difficult because of the non-working MUSIC detector; it degrades the fragments momentumaccuracy.[...]

Standardmäßig erfolgt die Datenaufbereitung der Neutronenwirkungsquerschnitte für Reaktorkernrechnungen mit 2D-Zellcodes. Ziel dieser Arbeit war es, einen 3D-Zellcode zu entwickeln, mit diesem Code 3D-Effekte zu untersuchen und die Notwendigkeit einer 3D-Datenaufbereitung der Neutronenwirkungsquerschnitte zu bewerten. Zur Berechnung des Neutronentransports wurde die Methode der Erststoßwahrscheinlichkeiten, die mit der Ray-Tracing-Methode berechnet werden, gewählt. Die mathematischen Algorithmen wurden in den 2D/3D-Zellcode TransRay umgesetzt. Für den Geometrieteil des Programms wurde das Geometriemodul eines Monte-Carlo-Codes genutzt. Das Ray-Tracing in 3D wurde auf Grund der hohen Rechenzeiten parallelisiert. Das Programm TransRay wurde an 2D-Testaufgaben verifiziert. Für einen Druckwasser-Referenzreaktor wurden folgende 3D-Probleme untersucht: Ein teilweise eingetauchter Regelstab und Void (Vakuum oder Dampf) um einen Brennstab als Modell einer Dampfblase. Alle Probleme wurden zum Vergleich auch mit den Programmen HELIOS (2D) und MCNP (3D) nachgerechnet. Die Abhängigkeit des Multiplikationsfaktors und der gemittelten Zweigruppenquerschnitte von der Eintauchtiefe des Regelstabes bzw. von der Höhe der Dampfblase wurden untersucht. Die 3D berechneten Zweigruppenquerschnitte wurden mit drei üblichen Näherungen verglichen: Lineare Interpolation, Interpolation mit Flusswichtung und Homogenisierung. Am 3D-Problem des Regelstabes zeigte sich, dass die Interpolation mit Flusswichtung eine gute Näherung ist. Demnach ist hier eine 3D-Datenaufbereitung nicht notwendig. Beim Testfall des einzelnen Brennstabs, der von Void umgeben ist, erwiesen sich die drei Näherungen für die Zweigruppenquerschnitte als unzureichend. Demnach ist eine 3D-Datenaufbereitung notwendig. Die einzelne Brennstabzelle mit Void kann als der Grenzfall eines Reaktors angesehen werden, in dem sich eine Phasengrenzfläche herausgebildet hat.

Standardmäßig erfolgt die Datenaufbereitung der Neutronenwirkungsquerschnitte für Reaktorkernrechnungen mit 2D-Zellcodes. Ziel dieser Arbeit war es, einen 3D-Zellcode zu entwickeln, mit diesem Code 3D-Effekte zu untersuchen und die Notwendigkeit einer 3D-Datenaufbereitung der Neutronenwirkungsquerschnitte zu bewerten. Zur Berechnung des Neutronentransports wurde die Methode der Erststoßwahrscheinlichkeiten, die mit der Ray-Tracing-Methode berechnet werden, gewählt. Die mathematischen Algorithmen wurden in den 2D/3D-Zellcode TransRay umgesetzt. Für den Geometrieteil des Programms wurde das Geometriemodul eines Monte-Carlo-Codes genutzt. Das Ray-Tracing wurde auf Grund der hohen Rechenzeiten parallelisiert. Das Programm TransRay wurde an 2D-Testaufgaben verifiziert. Für einen Druckwasser-Referenzreaktor wurden folgende 3D-Probleme untersucht: Ein teilweise eingetauchter Regelstab und Void (bzw. Moderator mit geringerer Dichte) um einen Brennstab als Modell einer Dampfblase. Alle Probleme wurden zum Vergleich auch mit den Programmen HELIOS (2D) und MCNP (3D) nachgerechnet. Die Abhängigkeit des Multiplikationsfaktors und der gemittelten Zweigruppenquerschnitte von der Eintauchtiefe des Regelstabes bzw. von der Höhe der Dampfblase wurden untersucht. Die 3D berechneten Zweigruppenquerschnitte wurden mit drei üblichen Näherungen verglichen: linearer Interpolation, Interpolation mit Flusswichtung und Homogenisierung. Am 3D-Problem des Regelstabes zeigte sich, dass die Interpolation mit Flusswichtung eine gute Näherung ist. Demnach ist hier eine 3D-Datenaufbereitung nicht notwendig. Beim Testfall des einzelnen Brennstabs, der von Void (bzw. Moderator geringerer Dichte) umgeben ist, erwiesen sich die drei Näherungen für die Zweigruppenquerschnitte als unzureichend. Demnach ist eine 3D-Datenaufbereitung notwendig. Die einzelne Brennstabzelle mit Void kann als der Grenzfall eines Reaktors angesehen werden, in dem sich eine Phasengrenzfläche herausgebildet hat.

Le but principal de la collaboration GBAR est de mesurer le comportement d'atomes d'antihydrogène sous l'effet de la gravité terrestre. Ceci est fait en mesurant la chute libre classique d'atomes d'antihydrogène, qui est un test direct du principe d'équivalence faible pour l'antimatière. La première étape de l'expérience est de produire des ions d'antihydrogène et de les amener dans un piège de Paul, où ils peuvent être refroidis à une température de l'ordre du μK en utilisant la technique du refroidissement sympathique avec des ions Be⁺ eux-mêmes mis dans leur état fondamental par la technique Raman à bande latérale. Une température de l'ordre du μK correspond à une vitesse de la particule de l'ordre de 1 m/s. Une fois cette vitesse atteinte, l'ion antihydrogène peut être neutralisé et commence sa chute. Ceci permet une précision de 1 % sur la mesure de l’accélération gravitationnelle g pour l’antimatière avec environ 1500 événements. Cependant, pour mesurer la chute libre, il faut d'abord produire l'ion antihydrogène. Celui-ci est formé dans les réactions d'échange de charge entre des antiprotons et des antihydrogènes avec du positronium. Positronium et atomes d'antihydrogène peut se trouver soit à l’état fondamental, soit dans un état excité. Une étude expérimentale de la mesure de la section efficace de ces deux réactions est décrite dans cette thèse. La production de l'atome d'antihydrogène ainsi que de l'ion se passe à l’intérieur d'une cavité. La formation d'un antihydrogène ion lors d'une interaction entre faisceaux requiert environ 5x10⁶ antiprotons/paquet et quelques 10¹¹ Ps/cm⁻³ de densité de positronium à l’intérieur d'une cavité. Celle-ci est produite par un faisceau contenant 5x10¹⁰ positrons par paquet. La production de faisceaux aussi intenses avec les propriétés requises est en soi un challenge. Le développement de la source de positrons de GBAR est décrite. Celle-ci est basée sur un accélérateur linéaire à électrons de 9 MeV. Le faisceau d’électrons est incident sur une cible de tungstène où les positrons sont créés par rayonnement de freinage (gammas) et création de paires. Une partie des positrons ainsi créés diffusent à nouveau dans un modérateur de tungstène en réduisant leur énergie à environ 3 eV. Ces particules sont re-accélérées à une énergie d'environ 53 eV. Aujourd'hui, le flux mesuré de positrons est au niveau de 6x10⁷ e⁺/s, soit quelques fois. Puis la thèse comporte une courte description des préparatifs pour les faisceaux d'antiprotons ou de protons, terminée par un chapitre sur le taux de production attendu d'atomes et d'ions d'antihydrogène. En aval de la réaction, les faisceaux d'antiprotons, d'atomes et d'ions d'antihydrogène sont guidés vers leur système de détection. Ceux-ci ont été conçus de façon à permettre la détection d'un à plusieurs milliers d'atomes d'antihydrogène, un seul ion antihydrogène et tous les 5x10⁶ antiprotons. Ceci est particulièrement difficile parce que l'annihilation des antiprotons crée beaucoup de particules secondaires qui peuvent perturber la mesure d'un atome ou ion. La majeure partie de la thèse consiste en la description des bruits de fond attendus pour la détection des atomes et ions d'antihydrogène. De plus, le système de détection permet de mesurer les sections efficaces pour les réactions symétriques de production d'atomes et d'ions hydrogèene par échange de charge entre protons et positronium. La partie production d’antihydrogène ions de l’expérience a été complètement installée au CERN en 2018. Les premiers tests avec des antiprotons provenant du décélérateur ELENA ont été effectués. Actuellement, l’expérience est testée avec des positrons et des protons, de façon à former des atomes et ions hydrogène. Une optimisation de la production de ces ions de matière aidera à se préparer pour la prochaine période de faisceau d'antiprotons en 2021. / The main goal of the GBAR collaboration is to measure the Gravitational Behaviour of Antihydrogen at Rest. It is done by measuring the classical free fall of neutral antihydrogen, which is a direct test of the weak equivalence principle for antimatter. The first step of the experiment is to produce the antihydrogen ion and catch it in a Paul trap, where it can be cooled to μK temperature using ground state Raman sideband sympathetic cooling. The μK temperature corresponds to particle velocity in the order of 1 m/s. Once such velocity is reached, the antihydrogen ion can be neutralised and starts to fall. This allows reaching 1 % precision on the measurement of the gravitational acceleration g for antimatter with about 1500 events. Later, it would be possible to reach 10⁻⁵ - 10⁻⁶ precision by measuring the gravitational quantum states of cold antihydrogen. However, in order to measure the free fall, firstly the antihydrogen ion has to be produced. It is formed in the charge exchange reactions between antiproton/antihydrogen and positronium. Positronium and antihydrogen atoms can be either in a ground state or in an excited state. An experimental study of the cross section measurement for these two reactions is described in the presented thesis. The antihydrogen atom and ion production takes place in a cavity. The formation of one antihydrogen ion in one beam crossing requires about 5x10⁶ antiprotons/bunch and a few 10¹¹ Ps/cm⁻³ positronium density inside the cavity, which is produced with a beam containing 5x10¹⁰ positrons per bunch. The production of such intense beams with required properties is a challenging task. First, the development of the positron source is described. The GBAR positron source is based on a 9 MeV linear electron accelerator. The relatively low energy was chosen to avoid activation of the environment. The electron beam is incident on a tungsten target where positrons are created from Bremsstrahlung radiation (gammas) through the pair creation process. Some of the created positrons undergo a further diffusion in the tungsten moderator reducing their energy to about 3 eV. The particles are re-accelerated to about 53 eV energy and are adiabatically transported to the next stage of the experiment. Presently, the measured positron flux is at the level of 6x10⁷ e⁺/s, which is a few times higher than intensities reached with radioactive sources. Then, the thesis features a short description of the antiproton/proton beam preparations, finalised with a chapter about the expected antihydrogen atom and ion production yield. After the reaction, antiproton, antihydrogen atom, and ion beams are guided to the detection system. It is made to allow for detection from 1 to a few thousand antihydrogen atoms, a single antihydrogen ion and all 5x10⁶ antiprotons. It is especially challenging because antiproton annihilation creates a lot of secondary particles which may disturb measurements of single antihydrogen atoms and ions. The main part of the Thesis is the description of the expected background for the antihydrogen atom and ion detection. Additionally, the detection system allows measuring the cross sections for the symmetric reactions of a hydrogen atom and ion production through charge exchange between protons and positronium. The antihydrogen ion production part of the experiment was fully installed at CERN in 2018. The first tests with antiprotons from the ELENA decelerator were done. Currently, the experiment is being commissioned with positrons and protons, in order to perform the hydrogen atom and ion formation. The optimisation of the ion production with matter will help to be fully prepared for the next antiproton beam time in 2021.

Cet exposé est scindé en deux grandes parties. Dans la première, nous estimons des constantes photo-physiques du saphir dopé au titane à partir d'un modèle analytique simple exploitant une théorie de Huang-Rhys pour la détermination du profil spectral des bandes simples et une hypothèse réaliste de superposition de ces dernières. Nous déterminons une formule pour l'indice de réfraction total du Ti:saphir en fonction de la concentration de dopant. Dans une seconde partie, nous évaluons, selon la vérification d'un concept, la capacité de laser sana inversion de populations pour un cristal dopé possédant une basse symétrie. Nous appuyons notre démonstration en établissant une condition de seuil généralisée d'effet laser. Ce concept pourrait être une rupture technologique dans le domaine des grands cristaux dopés et n'a pas encore été investigué par la communauté. / This presentation is split into two main parts. In the first, we estimate photo-physical constants of titanium doped sapphire from a simple analytical model using a Huang-Rhys theory for the determination of the spectral profile of simple bands and from a realistic hypothesis of superposition of the latter. We define a formula for the total refractive index of Ti:sapphire as a function of dopant concentration. In a second part, we evaluate, according to the verification of a concept, the laser capability without population inversion for a doped crystal with low symmetry. We support our demonstration by establishing a generalized laser threshold condition. This concept would be a technological breakthrough in the field of large doped crystals and has not yet been investigated by the community.

abstract: One strategic objective of the National Aeronautics and Space Administration (NASA) is to find life on distant worlds. Current and future missions either space telescopes or Earth-based observatories are frequently used to collect information through the detection of photons from exoplanet atmospheres. The primary challenge is to fully understand the nature of these exo-atmospheres. To this end, atmospheric modeling and sophisticated data analysis techniques are playing a key role in understanding the emission and transmission spectra of exoplanet atmospheres. Of critical importance to the interpretation of such data are the opacities (or absorption cross-sections) of key molecules and atoms. During my Doctor of Philosophy years, the central focus of my projects was assessing and leveraging these opacity data. I executed this task with three separate projects: 1) laboratory spectroscopic measurement of the infrared spectra of CH4 in H2 perturbing gas in order to extract pressure-broadening and pressure-shifts that are required to accurately model the chemical composition of exoplanet atmospheres; 2) computing the H2O opacity data using ab initio line list for pressure and temperature ranges of 10^-6–300 bar and 400–1500 K, and then utilizing these H2O data in radiative transfer models to generate transmission and emission exoplanetary spectra; and 3) assessing the impact of line positions in different H2O opacities on the interpretation of ground-based observational exoplanetary data through the cross-correlation technique. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Chemistry 2019

Modern theories of authoritarianism have stressed the importance of threat to the expression of authoritarian attitudes and intolerance. Arguably, authoritarian tendencies may have increased during COVID-19 pandemic, a major threat to life and security. One issue arising when comparing mean scores is that of measurement invariance. Meaningful comparisons are only possible, if latent constructs are similar between groups and/or across time. This prerequisite is rarely ever tested in research on authoritarianism. In this study, we aim to analyze the short scale for authoritarianism KSA-3 by investigating its measurement invariance on two levels (three first-order and one second-order factors) and latent mean changes using two German representative samples (N = 4,905). Specifically, we look at differences before and during the pandemic (2017 vs. 2020). While measurement invariance holds across both levels in all conditions, we find a decrease in latent means in 2020, contrary to expectations and established theories. Moreover, latent means differ with regard to gender, education, and east–west Germany. We conclude that analyses of latent means and measurement invariance instead of mean comparisons with composites should become the standard. Future studies should focus on threat as a moderator between authoritarianism and intolerance, and on possible interactions with context variables.

The purpose of this master’s thesis was to investigate if suspension of heavy objectsis possible in the glulam arches at Stockholm Central Station. The main goal was todetermine the arches’ load carrying capacity’s utility ratio, in order to give knowledgeif additional loading can be added.The study included a thorough investigation of available blueprints and calculationreports established during and after the process of design and erection of the arches.In addition, an on-site-inventory was made to confirm and verify the studied material.A method to approximate semi-probabilistic material strength-properties, based onold deterministic material strength properties, was used.When the material had been summarized concluding geometrical attributes, loads, andmaterial properties a calculation model of the arch was developed. The global geometrydescribing the arch’s shape mathematically was established through measures onblueprints and analytical calculations in Mathcad. A finite element method (FEM) wasthen used to calculate reaction- and internal forces and buckling modes taking accountfor 2nd order effects. Once calculation of intrenal forces had been made, the structuralcapacity was checked analytically according to Eurocode’s failure criterion.The results showed that the arches do not fulfill required carrying capacity forEurocode’s symmetric- and non-symmetric distributed snow load. The failurecriterion not fulfilled were simultaneously bending and compression, lateral torsionalbuckling and simultaneously tension perpendicular to grain and shear.It is therefore concluded that suspension of heavy objects is not suitable with thepresent condition of the arch. In order to realize suspension, it is suggested thatreinforcement measures have to be conducted. It is also suggested that shear andiiiflexural carbon fiber reinforced polymer (CFRP) reinforcement would be a suitablemethod of enhancing the strength and stiffness of the arches, without disrupting theiraesthetics and integrity.