Solid-state Marx based two-switch voltage modulator for the On-Line Isotope Mass Separator accelerator at the European Organization for Nuclear Research

A new circuit topology is proposed to replace the actual pulse transformer and thyratron based resonant modulator that supplies the 60 kV target potential for the ion acceleration of the On-Line Isotope Mass Separator accelerator, the stability of which is critical for the mass resolution downstream separator, at the European Organization for Nuclear Research. The improved modulator uses two solid-state switches working together, each one based on the Marx generator concept, operating as series and parallel switches, reducing the stress on the series stacked semiconductors, and also as auxiliary pulse generator in order to fulfill the target requirements. Preliminary results of a 10 kV prototype, using 1200 V insulated gate bipolar transistors and capacitors in the solid-state Marx circuits, ten stages each, with an electrical equivalent circuit of the target, are presented, demonstrating both the improved voltage stability and pulse flexibility potential wanted for this new modulator.

Repetitive Solid State Pulse Modulator Based on a DC Voltage Multiplier

A newly developed solid-state repetitive high-voltage (HV) pulse modulator topology created from the mature concept of the d.c. voltage multiplier (VM) is described. The proposed circuit is based in a voltage multiplier type circuit, where a number of d.c. capacitors share a common connection with different voltage rating in each one. Hence, besides the standard VM rectifier and coupling diodes, two solid-state on/off switches are used, in each stage, to switch from the typical charging VM mode to a pulse mode with the d.c. capacitors connected in series with the load. Due to the on/off semiconductor configuration, in half-bridge structures, the maximum voltage blocked by each one is the d.c. capacitor voltage in each stage. A 2 kV prototype is described and the results are compared with PSPICE simulations.

Estudo da lixiviação de um concentrado de zinco

Neste trabalho estudou-se a lixiviação em meio sulfúrico do zinco e outros metais de valor de um concentrado zinco, tendo-se realizado ensaios de lixiviação à pressão atmosférica e em autoclave. Nos estudos de lixiviação utilizou-se o ião férrico (sulfato férrico) como agente oxidante e avaliaram-se os efeitos de diversas variáveis como a razão sólido/líquido, concentração do ião Fe (III), temperatura, a pressão de oxigénio e a presença de enxofre elementar na eficiência da lixiviação. Os ensaios de lixiviação em autoclave sob pressão de oxigénio foram realizados para verificar o efeito da manutenção da quantidade de Fe (III) na lixívia, por oxidação do Fe(II) com oxigénio. Os resultados obtidos mostraram que à pressão atmosférica para uma razão sólido/líquido de 5% foi possível lixiviar no máximo 59% de zinco e 22% de cobre com solução de 0,25 M de Fe2(SO4)3 e 0,50 M de H2SO4 em 2 horas a 60ºC e com uma razão sólido/líquido de 5% foi possível lixiviar no máximo 65% de zinco e 23% de cobre com uma solução de 0,5 M de Fe2(SO4)3 e 0,25 M de H2SO4 em 2 horas a 80ºC. Efectuar a lixiviação do concentrado de zinco sobre pressão de oxigénio permitiu aumentar a cinética da reacção de lixiviação, tendo sido possível lixiviar 97% de zinco e 48% do cobre em 2 horas de lixiviação com uma solução de 0,25 M Fe2(SO4)3 e 0,5 M H2SO4 a 95 ºC e a 6 bar de pressão de oxigénio (à entrada do reactor) com uma razão sólido/líquido de 5%. Utilizando razão sólido/líquido de 10 % foi possível lixiviar 93% de zinco e 54% do cobre com uma solução de 0,50 M Fe2(SO4)3 e 1,25 M H2SO4 a 95 ºC e a 6 bar de pressão de oxigénio, e para uma razão sólido/líquido de 20 % foi possível lixiviar 84% de zinco e 39% do cobre com uma solução de 0,11 M Fe2(SO4)3 e 2,00 M H2SO4 a 95 ºC e a 10 bar de pressão. As análises de difracção de Raios X efectuados aos resíduos de lixiviação revelaram que o enxofre era maioritariamente oxidado a enxofre elementar. Assim, para um dos ensaios de lixiviação em autoclave, verificou-se que a remoção com tetracloreto de carbono do enxofre elementar formado num primeiro andar de lixiviação (s/l=20%, 0,11 M Fe2(SO4)3 e 2,00 M H2SO4 a 95 ºC e a 10 bar de pressão) permitia aumentar a percentagem de zinco no segundo andar de 42 para 68%. Por último, o estudo do efeito da temperatura permitiu calcular como base nas velocidades iniciais do zinco a energia de activação para a lixiviação do zinco que foi de 39 ± 1.40 kJ/mol para a lixiviação em autoclave e de 38 ± 1.40 kJ/mol para a lixiviação à pressão atmosférica, o que é indicativo do controlo reaccional.

Lesões músculo-esqueléticas ligadas ao trabalho (LMELT) nos cantoneiros de limpeza/recolha de resíduos urbanos

Mestrado em Segurança e Higiene no TRabalho.

Solid-State Bipolar Marx Generator with Voltage Droop Compensation

This paper addresses the voltage droop compensation associated with long pulses generated by solid-stated based high-voltage Marx topologies. In particular a novel design scheme for voltage droop compensation in solid-state based bipolar Marx generators, using low-cost circuitry design and control, is described. The compensation consists of adding one auxiliary PWM stage to the existing Marx stages, without changing the modularity and topology of the circuit, which controls the output voltage and a LC filter that smoothes the voltage droop in both the positive and negative output pulses. Simulation results are presented for 5 stages Marx circuit using 1 kV per stage, with 1 kHz repetition rate and 10% duty cycle.

Solid-State Bipolar Marx Converter with Output Transformer and Energy Recovery

The purpose of this paper is to present and discuss a general HV topology of the solid-state Marx modulator, for unipolar or bipolar generation connected with a step-up transformer to increase the output voltage applied to a resistive load. Due to the use of an output transformer, discussion about the reset of the transformer is made to guarantee zero average voltage applied to the primary. It is also discussed the transformer magnetizing energy recovering back to the energy storage capacitors. Simulation results for a circuit that generates 100 kV pulses using 1000 V semiconductors are presented and discussed regarding the voltage and current stress on the semiconductors and result obtained.

Solid State Marx Modulator with Blumlein Stack for Bipolar Pulse Generation

Sub-nanosecond bipolar high voltage pulses are a very important tool for food processing, medical treatment, waste water and exhaust gas processing. A Hybrid Modulator for sub-microsecond bipolar pulse generation, comprising an unipolar solid-state Marx generator connected to a load through a stack Blumlein system that produces bipolar pulses and further multiplies the pulse voltage amplitude, is presented. Experimental results from an assembled prototype show the generation of 1000 V amplitude bipolar pulses with 100 ns of pulse width and 1 kHz repetition rate.

Study on the use of MgAl hydrotalcites as solid heterogeneous catalysts for biodiesel production

This paper, reports experimental work on the use of new heterogeneous solid basic catalysts for biodiesel production: double oxides of Mg and Al, produced by calcination, at high temperature, of MgAl lamellar structures, the hydrotalcites (HT). The most suitable catalyst system studied are hydrotalcite Mg:Al 2:1 calcinated at 507 degrees C and 700 degrees C, leading to higher values of FAME also in the second reaction stage. One of the prepared catalysts resulted in 97.1% Fatty acids methyl esters (FAME) in the 1st reaction step, 92.2% FAME in the 2nd reaction step and 34% FAME in the 3rd reaction step. The biodiesel obtained in the transesterification reaction showed composition and quality parameters within the limits specified by the European Standard EN 14214. 2.5% wt catalyst/oil and a molar ratio methanol:oil of 9:1 or 12:1 at 60 -65 degrees C and 4 h of reaction time are the best operating conditions achieved in this study. This study showed the potential of Mg/Al hydrotalcites as heterogeneous catalysts for biodiesel production. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Validação da eficácia dos procedimentos de limpeza, no equipamento de fabrico e embalagem, na indústria farmacêutica

Na indústria farmacêutica, a limpeza dos equipamentos e superfícies é muito importante no processo de fabrico/embalagem dos produtos farmacêuticos. Possíveis resíduos contaminantes devem ser removidos dos equipamentos e das superfícies envolvidas no processo. De acordo com as Boas Práticas de Fabrico (GMP), os procedimentos de limpeza e os métodos analíticos usados para determinar as quantidades de resíduos devem ser validados. O método analítico combinado com o método de amostragem utilizado na colheita de amostras deve ser sujeito a um ensaio de “recovery”. Neste trabalho apresenta-se uma estratégia inovadora para a validação de limpeza de formas farmacêuticas semi-sólidas. Propõe-se o uso de um método de amostragem que consiste na colheita direta de amostra após o seu fabrico, sendo a análise de resíduos feita directamente nesta amostra. Os produtos escolhidos para a avaliação da estratégia foram dois medicamentos dermatológicos, apresentados na forma de pomada e produzidos numa unidade de fabrico de vários produtos, pela Schering Plough Farma/ Merck Sharp & Dohme (Cacém, Portugal). Como métodos analíticos para a quantificação dos resíduos, utilizaram-se métodos validados por via espectrofotométrica (HPLC), usados na análise do produto acabado. A validação de limpeza foi avaliada através da análise de uma quantidade conhecida de pomada (produto B (*)), usando o método de análise da pomada fabricada anteriormente (produto A (*)), de modo a verificar-se a existência ou não de agente de limpeza e substâncias ativas deixadas após a limpeza do produto A, e vice-versa. As concentrações residuais das substâncias ativas e do agente de limpeza encontradas após a limpeza foram nulas, ou seja, inferiores ao limite de deteção (LOD), sendo que o critério de aceitação da limpeza utilizado foi de 6,4 x 10-4 mg/g para a substância ativa 1 (*); 1,0 x 10-2 mg/g para a substância ativa 2 (*); 1,0 x 10-3 mg/g para a substância ativa 3 (*) e de 10 ppm para o agente de limpeza. No ensaio de “recovery”, obtiveram-se resultados acima de 70% para todas as substâncias ativas e para o agente de limpeza nas duas pomadas. Antes de se proceder a este ensaio de “recovery”, houve a necessidade de ajustar as condições cromatográficas dos métodos analíticos de ambos os produtos e do agente de limpeza, por forma a obter-se valores da conformidade do sistema (fator de tailling e de resolução) de acordo com as especificações. A precisão dos resultados, reportada como desvio padrão relativo (RSD), deu abaixo de 2,0%, excepto nos ensaios que envolvem a substância ativa 3, cuja especificação é inferior a 10,0%. Os resultados obtidos demonstraram que os procedimentos de limpeza usados na unidade de fabrico em causa são eficazes, eliminando assim a existência de contaminação cruzada.

Síntese e caracterização de redes metalo-orgânicas de fármacos

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química e Biológica

Multilevel high-voltage pulse generation based on a new modular solid-state switch

This paper describes a modular solid-state switching cell derived from the Marx generator concept to be used in topologies for generating multilevel unipolar and bipolar high-voltage (HV) pulses into resistive loads. The switching modular cell comprises two ON/OFF semiconductors, a diode, and a capacitor. This cell can be stacked, being the capacitors charged in series and their voltages balanced in parallel. To balance each capacitor voltage without needing any parameter measurement, a vector decision diode algorithm is used in each cell to drive the two switches. Simulation and experimental results, for generating multilevel unipolar and bipolar HV pulses into resistive loads are presented.

Solid-State bipolar Marx modulator modeling

A mathematical model that simulates the operation of a solid-state bipolar Marx modulator topology, including the influence of parasitic capacitances is presented and discussed as a tool to analyze the circuit behavior and to assist the design engineer to select the semiconductor components and to enhance the operating performance. Simulations show good agreement with experimental results, considering a four stage circuit assembled with 1200 V isolated gate bipolar transistors and diodes, operating at 1000 V dc input voltage and 1-kHz frequency, giving 4 kV and 10-mu s output pulses into several resistive loads. Results show that parasitic capacitances between Marx cells to ground can significantly load the solid-state switches, adding new operating circuit conditions.

Solid-state sensory properties of Calix-Poly(Phenylene Ethynylene)s toward nitroaromatic explosives

This study is primarily focused in establishing the solid-state sensory abilities of several luminescent polymeric calix[4]arene-based materials toward selected nitroaromatic compounds (NACs), creating the foundations for their future application as high performance materials for detection of high explosives. The phenylene ethynylene-type polymers possessing bis-calix[4]arene scaffolds in their core were designed to take advantage of the known recognition abilities of calixarene compounds toward neutral guests, particularly in solid-state, therefore providing enhanced sensitivity and selectivity in the sensing of a given analyte. It was found that all the calix[4]arene-poly(para-phenylene ethynylene)s here reported displayed high sensitivities toward the detection of nitrobenzene, 2,4-dinitrotoluene and 2,4,6-trinitrotoluene (TNT). Particularly effective and significant was the response of the films (25-60 nm of thickness) upon exposure to TNT vapor (10 ppb): over 50% of fluorescence quenching was achieved in only 10 s. In contrast, a model polymer lacking the calixarene units showed only reduced quenching activity for the same set of analytes, clearly highlighting the relevance of the macrocyclics in promoting the signaling of the transduction event. The films exhibited high photostability (less than 0.5% loss of fluorescence intensity up to 15 min of continuous irradiation) and the fluorescence quenching sensitivity could be fully recovered after exposure of the quenched films to saturated vapors of hydrazine (the initial fluorescence intensities were usually recovered within 2-5 min of exposure to hydrazine).

Marx-Type solid-state bipolar modulator topologies: Performance comparison

The operation of generalized Marx-type solid-state bipolar modulators is discussed and compared with simplified Marx-derived circuits, to evaluate their capability to deal with various load conditions. A comparative analysis on the number of switches per cell, fiber optic trigger count, losses, and switch hold-off voltages has been made. A circuit topology is obtained as a compromise in terms of operating performance, trigger simplicity, and switching losses. A five-stage laboratory prototype of this circuit has been assembled using 1200 V insulated gate bipolar transistors (IGBTs) and diodes, operating with 1000 V dc input voltage and 1 kHz frequency, giving 5 kV bipolar pulses, with 2.5 mu s pulse width and 5 mu s relaxation time into resistive, capacitive, and inductive loads.

Modeling of a solid-state bipolar blumlein generator for N stages

This paper models an n-stage stacked Blumlein generator for bipolar pulses for various load conditions. Calculation of the voltage amplitudes in time domain at the load and between stages is described for an n-stage generator. For this, the reflection and transmission coefficients are mathematically modeled where impedance discontinuity occurs (i.e., at the junctions between two transmission lines). The mathematical model developed is assessed by comparing simulation results to experimental data from a two-stage Blumlein solid-state prototype.