La cellule solaire à porteurs chauds est un dispositif à haut rendement de conversion qui permettrait de réduire significativement le coût de l’énergie qu’il génère. Ces cellules fonctionnent avec des électrons et des trous en non-équilibre thermique avec le réseau cristallin du materiau grâce à la réduction des pertes d’énergie des porteurs, nécessitant le développement de contacts électriques sélectifs en énergie des porteurs en non-équilibre. La conception des contacts sélectifs nécessite une bonne connaissance des propriétés des porteurs dans le matériau considéré. Une méthode permettant de séparer les propriétés de chaque porteur par l’analyse de spectres de photoluminescence du matériau est proposée. Disposant de mesures de photoluminescence résolues spatialement, une seconde méthode a été développée pour approcher les coefficients de transport de chaque porteur dans le matériau : ces coefficients sont mesurés en une seule fois, par une méthode optique sans contacts. Ensuite le fonctionnement des contacts sélectifs est détaillé, démontrant la difficulté d’une stabilité électrique du système en courant continu, contrairement aux dispositifs photovoltaïques classiques. Quelques pistes de fabrication expérimentales avec des molécules et des boîtes quantiques colloïdales ont également été étudiées. Enfin, en combinant les résultats de ces travaux sur le semiconducteur photosensible et sur les contacts, un modèle de simulation a été développé. Il intègre les principaux mécanismes de pertes des porteurs, résultant ainsi en une généralisation de différents modèles précédemment étudiés dans la littérature. Un lien entre le dispositif étudié et les machines thermiques est proposé. / The hot carrier solar cell is a high conversion yield device that could enable to significantly reduce thecost of the energy it generates. Unlike classical photovoltaic devices, these cells work with electronsand holes in thermal non-equilibrium with the lattice of the material, due to the reduction of thelosses by thermalization. This specific feature require the development of energy selective contacts fornon-equilibrium carriers. The design of energy selective contacts require a good knowledge of the carrier properties in the considered material. A method enabling to separate the properties of each carrier with the analysis of photoluminescence spectra of the material is proposed. Having spatially resolved photoluminescence measurements, a second method has been developed to estimate the transport coefficients of each carrier in the material: these coefficients are measured with a one-probe optical contactless technique. Then the working principle of the energy selective contacts is studied, showing thereby the challenge of a direct current electrical stability of the system, unlike classical photovoltaïc devices. Some experimental manufacturing with molecules and colloidal quantum dots have also been studied. Last, combining the obtained results on the semiconductor and on the contacts, a modeling tool breaking the symmetry between carriers has been developed. The model takes two principal loss mechanisms of the carrier into account, leading thereby to a generalization of different models previously studied in the literature. More global thermodynamic aspects also show the link between the studied device and the heat engines.

La modélisation d'expériences de fusion par confinement inertiel fait intervenir des équations cinétiques dont la discrétisation peut être très coûteuse. La recherche de modèles simplifiés permet de réduire la taille et donc la complexité de ces systèmes. La justification mathématique de ces modèles simplifiés devient alors un enjeu central. Dans ce travail nous étudions plusieurs modèles réduits pour l'équation du transfert radiatif dans différents contextes, tant du point de vue théorique que du point de vue numérique. En particulier nous étudions l'équation du transfert radiatif relativiste dans le régime de diffusion hors équilibre, et nous montrons la convergence de la solution de cette équation vers la solution d'une équation de drift diffusion, dans laquelle les effets Doppler sont modélisés par un terme de transport en fréquence. Cette équation de transport est discrétisée par une nouvelle classe de schémas "bien équilibrés" (well-balanced), pour lesquels nous montrons que ces nouveaux schémas sont consistants lorsque la vitesse d'onde tends vers zero, par opposition aux schémas de type Greenberg-Leroux. Nous étudions également de nouveaux modèles réduits pour le scattering Compton (collision inélastique photon-électron). Une hiérarchie d'équations cinétiques non linéaires généralisant l'équation de Kompaneets pour des distributions anisotropes sont dérivées et leurs propriétés étudiées. Les modèles aux moments de type P_1 et M_1 sont dérivés à partir de l'une de ces équations, et nous montrons que la prise en compte de l'anisotropie du rayonnement peut modifier le phénomène de condensation de Bose expliqué par Caflisch et Levermore. Ce manuscrit se termine avec les comptes rendus de deux projets. Le premier est une preuve technique de la convergence uniforme du schéma de Gosse-Toscani sur maillages non structurés. Ce schéma est "asymptotic preserving", au sens ou il préserve au niveau discret la limite de diffusion pour l'équation de la chaleur hyperbolique, et cette preuve de convergence uniforme sur maillage non structurés en 2D est originale. Le second concerne la dérivation d'un modèle cinétique pour le Bremsstrahlung électron-ion qui préserve la limite thermique. / The modeling of inertial confinement experiments involves kinetic equations whose discretization can become very costly. The research of reduced models allows to decrease the size and the complexity of these systems. The mathematical justification of such reduced models becomes an important issue. In this work we study several reduced models for the transfer equation in several contexts, from the theoretical and numerical point of view. In particular we study the relativistic transfer equation in the non-equilibrium diffusion regime, and we prove the convergence of the solution of this equation to the solution of a drift diffusion equation, in which the Doppler effects are modeled by a frequency transport term. This transport equation is discretized by a new class of well-balanced schemes, and we show that these schemes are consistant as the wave velocity tends to zero, by opposition to the Greenberg-Leroux type schemes. We also study several original reduced models for the Compton scattering (inelastic electron-photon collision). A hierarchy of nonlinear kinetic equations generalizing the Kompaneets equation for anisotropic distributions are derived and their properties are studied. The M_1 and P_1 angular moments models are derived from one of these equations, and we show that the anisotropic part of a radiation beam can modify the Bose condensation phenomena observed by caflisch and Levermore. This work ends with the reports of two side projects. The first one is a technical proof of the uniform convergence of the Gosse-Toscani scheme on unstructured meshes. This scheme is asymptotic preserving, since it preserves at the discrete level the diffusion limit of the hyperbolic heat equation, and this proof on unstructured meshes in 2D is original. The second one is devoted to the derivation of a kinetic model for the electron-ion Bremsstrahlung that preserves the thermal limit.

Die Arbeit beschäftigt sich mit der Umsetzung von Open Access und ihrer Determinanten in einer der vier großen deutschen außeruniversitären Forschungsorganisationen – der Max-Planck-Gesellschaft (MPG). Es wird dafür untersucht, welche Open-Access-bezogenen Services an Bibliotheken ausgewählter Max-Planck-Institute konkret angeboten werden und geplant sind sowie welche Faktoren bei der lokalen Umsetzung von Open Access befördernd wirken, welche Bedarfe existieren und welche Potentiale sich für die Bibliotheken daraus ergeben. Zudem wird eruiert, welche Faktoren die Arbeit der Institutsbibliotheken dabei beeinflussen und welche Handlungsspielräume sich hierbei ergeben. Die Analyse wird durch die Betrachtung der übergeordneten Open-Access-Strategie der MPG und der Aufgabenverteilung innerhalb ihrer Informationsversorgungsstruktur in einen größeren Kontext eingebettet. Dazu wurden leitfadengestützte ExpertInneninterviews mit zehn VertreterInnen von Max-Planck-Institutsbibliotheken geführt, in denen Informationen und Einschätzungen zu den genannten Themenkomplexen abgefragt wurden. Die konkrete Umsetzung von Open Access erfolgt in den befragten Bibliotheken auf unterschiedliche, stark an die lokalen Bedingungen und individuellen Bedürfnisse der Zielgruppe angepasste Weise. Dabei wird diese Arbeit, neben weiteren Faktoren, stark durch das persönlichkeitszentrierte Funktionsprinzip der MPG und die Publikationskulturen der jeweiligen Fachdisziplinen beeinflusst. Trotz identifizierter Bedarfe zeigt sich, dass die MPG ihrer selbstgesetzten Aufgabe, eine starke Triebkraft bei der Transformation des wissenschaftlichen Publikationssystems hin zu vollständigem Open Access zu sein, mit großen Bemühungen nachgeht. Die InformationsspezialistInnen an den Instituten spielen dabei eine essenzielle Rolle.:1 Einleitung 2 Einordnung - Untersuchungsgegenstand, Forschungsstand und Kontext Open Access 2.1 Begründung des Untersuchungsgegenstandes und Forschungsstand 2.2 Open Access - Entwicklung und aktueller Stand 2.2.1 Allgemein und international 2.2.2 Deutschland 2.2.3 Außeruniversitäre Forschungsorganisationen und Open Access 3 Die Max-Planck-Gesellschaft und Open Access 3.1 Die Max-Planck-Gesellschaft - Kurzer Überblick 3.2 Open-Access in der Max-Planck-Gesellschaft 3.3 Umsetzung von Open Access in der Max-Planck-Gesellschaft 3.4 Resultierende Fragestellungen für die Untersuchung 4 Bibliotheken und die Umsetzung von Open Access 4.1 Einordnung der Rolle von Bibliotheken bei der Umsetzung 4.2 Aufgaben und Services von Bibliotheken für die Umsetzung 4.3 Abzufragende Services in den Interviews 5 Methodik und Vorgehen 5.1 Untersuchungsdesign 5.2 Leitfadengestützte ExpertInneninterviews 5.3 Auswertung der Interviews – inhaltlich-strukturierende qualitative Inhaltsanalyse 5.4 Überprüfung der Studiengüte 6 Ergebnisse der Befragung 6.1 Fallzusammenfassungen 6.2 Determinanten für die Umsetzung von Open Access an den Instituten 6.3 Umsetzung von Open Access durch die Institutsbibliotheken 6.4 Umsetzung von Open Access im Gesamtkontext der Max-Planck-Gesellschaft 7 Diskussion und Zusammenfassung 7.1 Zu den Determinanten fur die Umsetzung von Open Access an den Instituten – Handlungsspielraume für die Bibliotheken 7.2 Zur Umsetzung von Open Access durch die Institutsbibliotheken – Potentiale für die Bibliotheksservices 7.3 Zur Umsetzung von Open Access im Gesamtkontext der Max-Planck-Gesellschaft 7.4 Befördernde Faktoren und konkrete Bedarfe 8 Fazit

The intrusion of chlorides and carbon dioxide into a reinforced concrete (RC) structure can initiate corrosion of the reinforcing steel, which, due to its expansive nature, can damage the structure and adversely affects its serviceability and safety. Corrosion will initiate if at the steel surface the concrete free chloride concentration exceeds a defined limit, or its pH falls below a critical level. Hence, determination of the time to reaching these critical limits is key to the assessment of RC structures durability and service life. Due to the ionic nature of the chlorides and the bicarbonate anion (HCO3-) formed by the CO2 in the multi-ionic pore solution, the transport of both species is driven by Fickian diffusion combined with electromigration and ionic activity, which can be mathematically expressed by the Nernst-Planck-Poisson (NPP) equations. For a complete representation of the phenomenon, however, the NPP equations must be supplemented by the relevant chemical equilibrium equations to ensure chemical balance among the various species within the concrete pore solution. The combination of NPP with the chemical equilibrium equations is often termed the NPP reactive transport model. In this study, such a model is developed, coded into the MATLAB platform, validated by available experimental data, and applied to analyze the time-dependent concrete carbonation and the movement of chlorides in carbonated and non-carbonated concrete. The results of these analyses can be used to predict the time to corrosion initiation. The transient one-dimensional governing equations of NPP are numerically solved using the Galerkin’s finite element formulation in space and the backward (implicit) Euler scheme in the time domain. The associated system of chemical equilibrium equations accounts for the key homogeneous and heterogeneous chemical reactions that take place in the concrete during carbonation and chlorides transport. At each stage of the analysis, the effects of these reactions on the changes in the pore solution chemical composition, pH, cement chloride binding capacity, concrete porosity, and the hydrated cement solids volumetric ratio are determined. The study demonstrates that given accurate input data, the presently developed NPP reactive transport model can accurately simulate the complex transport processes of chlorides and CO2 in concrete as a reactive porous medium, and the ensuing physical and chemical changes that occur due to the reaction of these species with the pore solution and the other cement hydration products. This conclusion is supported by the good agreement between results of the current analyses with the corresponding available experimental data from physical tests involving carbonation, and chloride diffusion in non-carbonated and carbonated concrete. / Thesis / Doctor of Philosophy (PhD)

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A time-delayed response of individual living organisms to information exchanged within flocks or swarms leads to the emergence of complex collective behaviors. A recent experimental setup by (Khadka et al 2018 Nat. Commun. 9 3864), employing synthetic microswimmers, allows to emulate and study such behavior in a controlled way, in the lab. Motivated by these experiments, we study a system of N Brownian particles interacting via a retarded harmonic interaction. For N 3 , we characterize its collective behavior analytically, by solving the pertinent stochastic delay-differential equations, and for N>3 by Brownian dynamics simulations. The particles form molecule-like non-equilibrium structures which become unstable with increasing number of particles, delay time, and interaction strength. We evaluate the entropy and information fluxes maintaining these structures and, to quantitatively characterize their stability, develop an approximate time-dependent transition-state theory to characterize transitions between different isomers of the molecules. For completeness, we include a comprehensive discussion of the analytical solution procedure for systems of linear stochastic delay differential equations in finite dimension, and new results for covariance and time-correlation matrices

Dem nationalsozialistschen Unrechtsstaat fielen zahlreiche Menschen zum Opfer, an denen Menschenversuche durchgeführt wurden. Zu ihnen zählen auch jene, an deren Hirngewebeproben in den Kaiser-Wilhelm-Instituten geforscht wurde. Diese Gewebeproben verblieben oft auch nach 1945 in Institutssammlungen und wurden zum Teil weiter für Forschung und Lehre verwendet. Das Forschungsprojekt zielt darauf ab, die verbliebenen Präparate zu erfassen, die Opfer zu identifizieren und wo immer möglich ihre Lebensgeschichte zu rekonstruieren. Ein zentrales Ergebnis des Projektes wird eine Datenbank mit Daten zur Biografie der Opfer, zum Weg der Gewebeproben durch die Institutionen und zu den entsprechenden Archivquellen sein. Diese Datenbank wird hier vorgestellt.

В работе изучается динамическая восприимчивость феррожидкости, которая моделируется системой взаимодействующих подвижных магнитных частиц. Предполагается, что система находится в постоянном и переменном магнитном полях, направленных параллельно друг другу. / In this work, we study the dynamic susceptibility of a ferrofluid, which is modeled by an system of interacting moving magnetic particles. It is assumed that the system is in a constant and an alternating magnetic field, directed parallel to each other.

Ce mémoire s'inscrit à l'intérieur d'une réflexion systématique et critique portant sur le concept de réalité, à partir des recherches de Planck, Bohr et Heisenberg qui permirent le développement de la physique quantique; celle-là même qui allait bouleverser les fondements scientifiques acquis, sur lesquels reposait notre connaissance du monde. Cependant, la quête pour la connaissance du réel, par le biais de la physique quantique, en tant que langage sur le réel, pose le problème de ce qu'il conviendrait de nommer la réalité, vue à partir d'un langage mathématique essentiellement abstrait. Le problème de l'"accessibilité" au réel, par le biais de telles constructions mentales, est en fait une question de légitimité de l'investigation théorique dans la quête du réel et ce, en tant qu'organisation spécifique d'un langage beaucoup plus vaste sur lequel elle revient constamment s'appuyer, celle de sa raison même de penser le monde existant, de le pressentir à travers la multiplicité de ses manifestations.

This study focusses on modelling important aspects of the evolution of pulsar wind nebulae using two different approaches. The first uses a hydrodynamic model to simulate the morphological evolution of a spherically-symmetric composite supernova remnant that is expanding into a homogeneous interstellar medium. In order to extend this model, a magnetic field is included in a kinematic fashion, implying that the reaction of the fluid on the magnetic field is taken into account, while neglecting any counter-reaction of the field on the fluid. This approach is valid provided that the ratio of electromagnetic to particle energy in the nebula is small, or equivalently, for a large plasma β environment. This model therefore allows one to not only calculate the evolution of the convection velocity but also, for example, the evolution of the average magnetic field. The second part of this study focusses on calculating the evolution of the energy spectra of the particles in the nebula using a number of particle evolution models. The first of these is a spatially independent temporal evolution model, similar to the models that can be found in the literature. While spatially independent models are useful, a large part of this study is devoted to developing spatially dependent models based on the Fokker-Planck transport equation. Two such models are developed, the first being a spherically-symmetric model that includes the processes of convection, diffusion, adiabatic losses, as well as the non-thermal energy loss processes of synchrotron radiation and inverse Compton scattering. As the magnetic field geometry can lead to the additional transport process of drift, the previous model is extended to an axisymmetric geometry, thereby allowing one to also include this process. / PhD (Space Physics), North-West University, Potchefstroom Campus, 2014