Pressure field along the axis of a high-power klystron amplifier

The pressure field in a high-power klystron amplifier is investigated to scale the ionic vacuum pump used to maintain the ultra high-vacuum in the device in order to increase its life-time. The investigation is conducted using an 1.3 GHz, 100 A - 240 keV high-power klystron with five reentrant coaxial cavities, assembled in a cylindrical drift tube 1.2 m long. The diffusion equation is solved to the regime molecular flow to obtain the pressure profile along the axis of the klystron drift tube. The model, solved by both analytical and numerical procedures, is able to determine the pressure values in steady-state case. This work considers the specific conductance and all important gas sources, as in the degassing of the drift tube and cavities walls, cathode, and collector. For the drift tube degassing rate equals to q(deg) = 2x10(-12) (-)mbar.L.s(-1) cm(-2) (degassing rate per unit area), to cavities q(cavity) = 3x10(-13) mbar.L.s(-1)cm(-2), to the cathode q(cathode) = 6x10(-9)_mbar.L.s(-1) and to the collector q(collector) = 6x10(-9) mbar.L.s(-1), it was found that a 10 L.s(-1) ionic vacuum pump connected in the output waveguide wall is suitable. In this case, the pressure obtained in the cathode is p(cathode) = 6.3x10(-9) mbar, in the collector p(collector) = 2.7x10(-9) mbar, and in the output waveguide p = 2.1x10(-9) mbar. Although only the steady-state case is analyzed, some aspects that may be relevant in a transient situation, for instance, when the beam hits the drift tube walls, producing a gas burst, is also commented.

Role of oxygen vacancies in the magnetic and dielectric properties of the high-dielectric-constant system CaCu3Ti4O12: An electron-spin resonance study

We report experiments of electron spin resonance (ESR) of Cu2+ in polycrystalline samples of CaCu3Ti4O12 post-annealed in different atmospheres. After being synthesized by solid state reaction, pellets of CaCu3Ti4O12 were annealed for 24 h at 1000 degrees C under air, Ar or O-2. Our temperature dependent ESR data revealed for all samples nearly temperature independent g value (2.15(1)) and linewidth for T > T-N approximate to 25 K. However, the values of ESR linewidth are strongly affected by the oxygen content in the sample. For instance, argon post-annealed samples show a much larger linewidth than the O-2 or air post-annealed samples. We attribute this broadening to an increase of the dipolar homogeneous broadening of the Cu2+ ESR lines due to the presence of oxygen vacancies which induce an S=1/2 spin inside the TiO6 octahedra. Correlation between a systematic dependence of the ESR linewidth on the oxygen content and the high dielectric constant of these materials is addressed. Also, ESR, magnetic susceptibility, and specific heat data for a single crystal of CaCu3Ti4O12 and for polycrystals of CdCu3Ti4O12 are reported.

INFLUENCE OF HIGH MICROWAVE DIELECTRIC-CONSTANTS ON THE LINESHAPE OF CONDUCTION-ELECTRON SPIN-RESONANCE

Some synthetic metals show in addition to good conductivity, high microwave dielectric constants. In this work, it is shown how conduction-electron spin resonance(CESR) lineshape can be affected by these high constants. The conditions for avoiding these effects in the CESR measurements are discussed as well as a method for extracting microwave dielectric constants from CESR lines. (C) 1995 Academic Press, Inc.

Design studies of the magnetic properties of structural materials affecting the magnetic field of high-homogeneity superconducting magnets

Austenitic stainless steel presents phase changes caused by heat treatment and welding processes. Because it represents a problem in the design of high-homogeneity magnets, we have been studying the magnetic properties of Ti alloys for their use instead of stainless steel as structural material for superconducting magnet construction. In this work, we present the comparative study of the influence of magnetic properties of steel and Ti alloys on the magnetic-field homogeneity of a superconducting coil through numerical calculation using the measured magnetic properties. © 2001 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Mean-field model of jet formation in a collapsing Bose-Einstein condensate

We perform a systematic numerical study, based on the time-dependent Gross-Pitaevskii equation, of jet formation in collapsing and exploding Bose-Einstein condensates as in the experiment by Donley et al (2001 Nature 412 295). In the actual experiment, via a Feshbach resonance, the scattering length of atomic interaction was suddenly changed from positive to negative on a pre-formed condensate. Consequently, the condensate collapsed and ejected atoms via explosion. On disruption of the collapse by suddenly changing the scattering length to zero, a radial jet of atoms was formed in the experiment. We present a satisfactory account of jet formation under the experimental conditions and also make predictions beyond experimental conditions which can be verified in future experiments.

Pressure field in the cathode-anode region of a high-power klystron amplifier

The pressure field of a high-power klystron amplifier in the cathode and anode region was investigated. The investigation was performed using a 1.3 GHz, 100 A and 240 kV high-power klystron with five reentrant coaxial cavities, assembled in cylindrical drift tube 1.2 m long. The diffusion equation in mathematical model was also solved by using a 3-D finite element method code, in order to obtain pressure profile in region of interest. The results show that density profile of molecules between cathode-anode region was determined, where cathode pressure is approximately 10% higher than anode pressure.

Search for a narrow, spin-2 resonance decaying to a pair of Z bosons in the qq̄ℓ+ℓ- final state

Results are presented from a search for a narrow, spin-2 resonance decaying into a pair of Z bosons, with one Z-boson decaying into leptons (e+e- or μ+μ-) and the other into jets. An example of such a resonance is the Kaluza-Klein graviton, GKK, predicted in Randall-Sundrum models. The analysis is based on a 4.9 fb-1 sample of proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 7 TeV, collected with the CMS detector at the LHC. Kinematic and topological properties including decay angular distributions are used to discriminate between signal and background. No evidence for a resonance is observed, and upper limits on the production cross sections times branching fractions are set. In two models that predict Z-boson spin correlations in graviton decays, graviton masses are excluded lower than a value which varies between 610 and 945 GeV, depending on the model and the strength of the graviton couplings. © 2012 CERN.

Spherical, cylindrical and tetrahedral symmetries; hydrogenic states at high magnetic field in Si:P

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Structural properties of cerium doped siloxane-PMMA hybrid coatings with high anticorrosive performance

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Flattening of the resonance spectrum of hadrons from κ-deformed Poincaré algebra

Recently Lukierski et al. [1] defined a κ-deformed Poincaré algebra which is characterized by having the energy-momentum and angular momentum sub-algebras not deformed. Further Biedenharn et al. [2] showed that on gauging the κ-deformed electron with the electromagnetic field, one can set a limit on the allowed value of the deformation parameter ∈ ≡ 1/κ < 1 fm. We show that one gets Regge like angular excitations, J, of the mesons, non-strange and strange baryons, with a value of ∈ ∼ 0.082 fm and predict a flattening with J of the corresponding trajectories. The Regge fit improves on including deformation, particularly for the baryon spectrum.

High-throughput non-destructive nuclear magnetic resonance method to measure intramuscular fat content in beef

High intake of saturated fat from meats has been associated with cardiovascular disease, cancer, diabetes, and others diseases. In this paper, we are introducing a simple, high-throughput, and non-destructive low-resolution nuclear magnetic resonance method that has the potential to analyze the intramuscular fat content (IMF) in more than 1,000 beef portions per hour. The results can be used in nutritional fact labels, replacing the currently used average value. The method is based on longitudinal (T(1)) and transverse (T(2)) relaxation time information obtained by a continuous wave-free precession (CWFP) sequence. CWFP yields a higher correlation coefficient (r=0.9) than the conventional Carr-Purcell-Meiboom- Gill (CPMG) method (r=-0.25) for IMF in beef and is just as fast and a simpler pulse sequence than CPMG. The method can also be applied to other meat products.

OXYGEN ABUNDANCES IN LOW- AND HIGH-alpha FIELD HALO STARS AND THE DISCOVERY OF TWO FIELD STARS BORN IN GLOBULAR CLUSTERS

Oxygen abundances of 67 dwarf stars in the metallicity range -1.6 < [Fe/H] < -0.4 are derived from a non-LTE analysis of the 777 nm O I triplet lines. These stars have precise atmospheric parameters measured by Nissen and Schuster, who find that they separate into three groups based on their kinematics and alpha-element (Mg, Si, Ca, Ti) abundances: thick disk, high-alpha halo, and low-alpha halo. We find the oxygen abundance trends of thick-disk and high-alpha halo stars very similar. The low-alpha stars show a larger star-to-star scatter in [O/Fe] at a given [Fe/H] and have systematically lower oxygen abundances compared to the other two groups. Thus, we find the behavior of oxygen abundances in these groups of stars similar to that of the a elements. We use previously published oxygen abundance data of disk and very metal-poor halo stars to present an overall view (-2.3 < [Fe/H] < +0.3) of oxygen abundance trends of stars in the solar neighborhood. Two field halo dwarf stars stand out in their O and Na abundances. Both G53-41 and G150-40 have very low oxygen and very high sodium abundances, which are key signatures of the abundance anomalies observed in globular cluster (GC) stars. Therefore, they are likely field halo stars born in GCs. If true, we estimate that at least 3% +/- 2% of the local field metal-poor star population was born in GCs.

Microstructure of epitaxial thin films of the ferromagnetic shape memory alloy Ni 2 MnGa

Gegenstand dieser Arbeit ist die Präparation und die ausführliche Charakterisierung epitaktischer Dünnschicht-Proben der Heusler Verbindung Ni2MnGa. Diese intermetallische Verbindung zeigt einen magnetischen Formgedächtnis-Effekt (MFG), der sowohl im Bezug auf mögliche Anwendungen, als auch im Kontext der Grundlagenforschung äußerst interessant ist. In Einkristallen nahe der Stöchiometrie Ni2MnGa wurden riesige magnetfeldinduzierte Dehnungen von bis zu 10 % nachgewiesen. Der zugrundeliegende Mechanismus basiert auf einer Umverteilung von kristallographischen Zwillings-Varianten, die eine tetragonale oder orthorhombische Symmetrie besitzen. Unter dem Einfluss des Magnetfeldes bewegen sich die Zwillingsgrenzen durch den Kristall, was eine makroskopische Formänderung mit sich bringt. Die somit erzeugten reversiblen Längenänderungen können mit hoher Frequenz geschaltet werden, was Ni2MnGa zu einem vielversprechenden Aktuatorwerkstoff macht. rnDa der Effekt auf einem intrinsischen Prozess beruht, eignen sich Bauteile aus MFG Legierungen zur Integration in Mikrosystemen (z.B. im Bereich der Mikrofluidik). rnrnBislang konnten große magnetfeldinduzierte Dehnungen nur für Einkristalle und Polykristalle mit hoher Porosität („foams") nachgewiesen werden. Um den Effekt für Anwendungen nutzbar zu machen, werden allerdings Konzepte zur Miniaturisierung benötigt. Eine Möglichkeit bieten epitaktische dünne Filme, die im Rahmen dieser Arbeit hergestellt und untersucht werden sollen. Im Fokus stehen dabei die Optimierung der Herstellungsparameter, sowie die Präparation von freitragenden Schichten. Zudem werden verschiedene Konzepte zur Herstellung freistehender Mikrostrukturen erprobt. Mittels Röntgendiffraktometrie konnte die komplizierte Kristallstruktur für verschiedene Wachstumsrichtungen verstanden und die genaue Verteilung der Zwillingsvarianten aufgedeckt werden. In Verbindung mit Mikroskopie-Methoden konnte so die Zwillingsstruktur auf verschiedenen Längenskalen geklärt werden. Die Ergebnisse erklären das Ausbleiben des MFG Effekts in den Proben mit (100) Orientierung. Andererseits wurde für Schichten mit (110) Wachstum eine vielversprechende Mikrostruktur entdeckt, die einen guten Ausgangspunkt für weitere Untersuchungen bietet.rnDurch die spezielle Geometrie der Proben war es möglich, Spektroskopie-Experimente in Transmission durchzuführen. Die Ergebnisse stellen den ersten experimentellen Nachweis der Änderungen in der elektronischen Struktur einer metallischen Verbindung während des martensitischen Phasenübergangs dar. Durch Messen des magnetischen Zirkulardichroismus in der Röntgenabsorption konnten quantitative Aussagen über die magnetischen Momente von Ni und Mn getroffen werden. Die Methode erlaubt überdies die Beiträge von Spin- und Bahn-Moment separat zu bestimmen. Durch winkelabhängige Messungen gelang es, die mikroskopische Ursache der magnetischen Anisotropie aufzuklären. Diese Ergebnisse tragen wesentlich zum Verständnis der komplexen magnetischen und strukturellen Eigenschaften von Ni2MnGa bei.rn

Near-field mediated enhancement effects on plasmonic nanostructures

In dieser Arbeit wird eine detaillierte Untersuchung und Charakterisierung der Zwei-Photonen-induzierten Fluoreszenzverstärkung von organischen Farbstoffen auf plasmonischen Nanostrukturen vorgestellt. Diese Fluoreszenzverstärkung ist insbesondere für hochaufgelöste Fluoreszenzmikroskopie und Einzelmolekülspektroskopie von großer Bedeutung. Durch die Zwei-Photonen-Anregung resultiert eine Begrenzung des Absorptionsprozesses auf das fokale Volumen. In Kombination mit dem elektrischen Nahfeld der Nanostrukturen als Anregungsquelle entsteht eine noch stärkere Verringerung des Anregungsvolumens auf eine Größe unterhalb der Beugungsgrenze. Dies erlaubt die selektive Messung ausgewählter Farbstoffe. Durch die Herstellung der Nanopartikel mittels Kolloidlithografie wird eine definierte, reproduzierbare Geometrie erhalten. Polymermultischichten dienen als Abstandshalter, um die Farbstoffe an einer exakten Distanz zum Metall zu positionieren. Durch die kovalente Anbindung des Farbstoffs an die oberste Schicht wird eine gleichmäßige Verteilung des Farbstoffs in geringer Konzentration erhalten. rnEs wird eine Verstärkung der Fluoreszenz um den Faktor 30 für Farbstoffe auf Goldellipsen detektiert, verglichen mit Farbstoffen außerhalb des Nahfelds. Sichelförmige Nanostrukturen erzeugen eine Verstärkung von 120. Dies belegt, dass das Ausmaß der Fluoreszenzverstärkung entscheidend von der Stärke des elektrischen Nahfelds der Nanostruktur abhängt. Auch das Material der Nanostruktur ist hierbei von Bedeutung. So erzeugen Silberellipsen eine 1,5-fach höhere Fluoreszenzverstärkung als identische Goldellipsen. Distanzabhängige Fluoreszenzmessungen zeigen, dass die Zwei-Photonen-angeregte Fluoreszenzverstärkung an strukturspezifischen Abständen zum Metall maximiert wird. Elliptische Strukturen zeigen ein Maximum bei einem Abstand von 8 nm zum Metall, wohingegen bei sichelförmigen Nanostrukturen die höchste Fluoreszenzintensität bei 12 nm gemessen wird. Bei kleineren Abständen unterliegt der Farbstoff einem starken Löschprozess, sogenanntes Quenching. Dieses konkurriert mit dem Verstärkungsprozess, wodurch es zu einer geringen Nettoverstärkung kommt. Hat die untersuchte Struktur Dimensionen größer als das Auflösungsvermögen des Mikroskops, ist eine direkte Visualisierung des elektrischen Nahfelds der Nanostruktur möglich. rnrnEin weiterer Fokus dieser Arbeit lag auf der Herstellung neuartiger Nanostrukturen durch kolloidlithografische Methoden. Gestapelte Dimere sichelförmiger Nanostrukturen mit exakter vertikaler Ausrichtung und einem Separationsabstand von etwa 10 nm wurden hergestellt. Die räumliche Nähe der beiden Strukturen führt zu einem Kopplungsprozess, der neue optische Resonanzen hervorruft. Diese können als Superpositionen der Plasmonenmoden der einzelnen Sicheln beschrieben werden. Ein Hybridisierungsmodell wird angewandt, um die spektralen Unterschiede zu erklären. Computersimulationen belegen die zugrunde liegende Theorie und erweitern das Modell um experimentell nicht aufgelöste Resonanzen. rnWeiterhin wird ein neuer Herstellungsprozess für sichelförmige Nanostrukturen vorgestellt, der eine präzise Formanpassung ermöglicht. Hierdurch kann die Lage der Plasmonenresonanz exakt justiert werden. Korrelationen der geometrischen Daten mit den Resonanzwellenlängen tragen zum grundlegenden Verständnis der Plasmonenresonanzen bei. Die vorgestellten Resultate wurden mittels Computersimulationen verifiziert. Der Fabrikationsprozess erlaubt die Herstellung von Dimeren sichelförmiger Nanostrukturen in einer Ebene. Durch die räumliche Nähe überlappen die elektrischen Nahfelder, wodurch es zu kopplungs-induzierten Shifts der Plasmonenresonanzen kommt. Der Unterschied zu theoretisch berechneten ungekoppelten Nanosicheln kann auch bei den gegenüberliegenden sichelförmigen Nanostrukturen mit Hilfe des Plasmonenhybridisierungsmodells erklärt werden.