Superconductivity in Th(3)Ni(5)C(5)

The existence of a new metallic carbide of composition Th(3)Ni(5)C(5) was reported in the literature in 1991. This compound is a new orthorhombic prototype structure. In this work we report a reinvestigation of the synthesis of this material and we find that the Th(3)Ni(5)C(5) compound is a new bulk superconducting material. Despite the high concentration of Ni in this compound, we find bulk superconductivity with superconducting critical temperature of T(c) = 5.0 K and an upper critical field of mu(o)H(c2) = 5.8 T. Details of the superconducting state with specific heat, magnetization, and resistivity measurements are discussed.

Flux Pinning Optimization of MgB(2) Bulk Samples Prepared Using High-Energy Ball Milling and Addition of TaB(2)

MgB(2) is considered to be an important conductor for applications. Optimizing flux pinning in these conductors can improve their critical currents. Doping can influence flux pinning efficiency and grain connectivity, and also affect the resistivity, upper critical field and critical temperature. This study was designed to attempt the doping of MgB(2) on the Mg sites with metal-diborides using high-energy ball milling. MgB(2) samples were prepared by milling pre-reacted MgB(2) and TaB(2) powders using a Spex 8000M mill with WC jars and balls in a nitrogen-filled glove box. The mixing concentration in (Mg(1-x)Ta(x))B(2) was up to x = 0.10. Samples were removed from the WC jars after milling times up to 4000 minutes and formed into pellets using cold isostatic pressing. The pellets were heat treated in a hot isostatic press (HIP) at 1000 degrees C under a pressure of 30 kpsi for 24 hours. The influence that milling time and TaB(2) addition had on the microstructure and the resulting superconducting properties of TaB(2)-added MgB(2) is discussed. Improvement J(c) of at high magnetic fields and of pinning could be obtained in milled samples with added TaB(2) The sample with added 5at.% TaB(2) and milled for 300 minutes showed values of J(c) similar to 7 x 10(5) A/cm(2) and F(p) similar to 14 GN/m(3) at 2T, 4.2 K. The milled and TaB(2)-mixed samples showed higher values of mu(0)H(irr) than the unmilled-unmixed sample.

Adsorption hysteresis and criticality in regular mesoporous materials

In the present work, various theories predicting the critical diameter for the absence of capillary condensation and hysteresis are applied to experimental adsorption isotherms of vapors on regular mesoporous materials. Among the various theories studied, the tensile strength approximation proposed by the authors was found to be the most successful. Reversibility of nitrogen adsorption at 77.4 K was studied on pure MCM-41 of various pore sizes, as well as mixtures of pure MCM-41 samples in a 1:1 ratio. The results of PSD and hysteresis on MCM-41 mixtures are close to that expected from studies of the pure materials. The estimates of hysteresis critical temperature and diameter of MCM-41, HMS, FSM and KIT materials are also provided.

The essential work of fracture through the wall of uPVC pipe

The specific essential work of fracture, w(e), has been measured for a relatively thick walled uPVC pipe as a function of position through the wall of the pipe. w(e) was highest at the surface of the pipe and decreased significantly at the centre of the pipe wall. The variation in w(e) through the wall of the pipe correlated with the processing level of the uPVC material as measured by the critical temperature, T-c. The variability in the measured values of w(e) was substantially higher in the centre of the pipe where the processing levels were lower. This was likely to be a result of the variability in the microstructure of the material where poor processing had introduced regions of poor fusion of primary PVC particles. (C) 2002 Kluwer Academic Publishers.

Phase diagrams of particles with dissimilar patches: X-junctions and Y-junctions

We use Wertheim's first-order perturbation theory to investigate the phase behaviour and the structure of coexisting fluid phases for a model of patchy particles with dissimilar patches (two patches of type A and f(B) patches of type B). A patch of type alpha = {A, B} can bond to a patch of type beta = {A, B} in a volume nu(alpha beta), thereby decreasing the internal energy by epsilon(alpha beta). We analyse the range of model parameters where AB bonds, or Y-junctions, are energetically disfavoured (epsilon(AB) < epsilon(AA)/2) but entropically favoured (nu(AB) >> nu(alpha alpha)), and BB bonds, or X-junctions, are energetically favoured (epsilon(BB) > 0). We show that, for low values of epsilon(BB)/epsilon(AA), the phase diagram has three different regions: (i) close to the critical temperature a low-density liquid composed of long chains and rich in Y-junctions coexists with a vapour of chains; (ii) at intermediate temperatures there is coexistence between a vapour of short chains and a liquid of very long chains with X-and Y-junctions; (iii) at low temperatures an ideal gas coexists with a high-density liquid with all possible AA and BB bonds formed. It is also shown that in region (i) the liquid binodal is reentrant (its density decreases with decreasing temperature) for the lower values of epsilon(BB)/epsilon(AA). The existence of these three regions is a consequence of the competition between the formation of X- and Y-junctions: X-junctions are energetically favoured and thus dominate at low temperatures, whereas Y-junctions are entropically favoured and dominate at higher temperatures.

VO2 thin films and nanoparticles for energy-saving applications in architectural elements

Vanadium dioxide (VO2) is a promising material with large interest in construction industry and architecture, due to its thermochromic properties. This material may be used to create "smart" coatings that result in improvements in the buildings energy efficiency, by reducing heat exchanges and, consequently, the need for acclimatization. In this work, VO2 thin films and coatings were produced and tested in laboratory, to apply in architectural elements, such as glass, rooftop tiles and exterior paints. Thin films were produced by RF magnetron sputtering and VO2 nanoparticles were obtained through hydrothermal synthesis, aiming to create "smart" windows and tiles, respectively. These coatings have demonstrated the capability to modulate the transmittance of infrared radiation by around 20%. The VO2 nanoparticle coatings were successfully applied on ceramic tiles. The critical temperature was reduced to around 40ºC by tungsten doping. Ultimately, two identical house models were built, in order to test the VO2 coatings, in real atmospheric conditions during one of the hottest months of the year, in Portugal – August.

Rényi entropy and the thermodynamic stability of black holes

Thermodynamic stability of black holes, described by the Rényi formula as equilibrium compatible entropy function, is investigated. It is shown that within this approach, asymptotically flat, Schwarzschild black holes can be in stable equilibrium with thermal radiation at a fixed temperature. This implies that the canonical ensemble exists just like in anti-de Sitter space, and nonextensive effects can stabilize the black holes in a very similar way as it is done by the gravitational potential of an anti-de Sitter space. Furthermore, it is also shown that a Hawking–Page-like black hole phase transition occurs at a critical temperature which depends on the q-parameter of the Rényi formula.

Liquid-gas phase transition in nuclear matter from realistic many-body approaches

The existence of a liquid-gas phase transition for hot nuclear systems at subsaturation densities is a well-established prediction of finite-temperature nuclear many-body theory. In this paper, we discuss for the first time the properties of such a phase transition for homogeneous nuclear matter within the self-consistent Green's function approach. We find a substantial decrease of the critical temperature with respect to the Brueckner-Hartree-Fock approximation. Even within the same approximation, the use of two different realistic nucleon-nucleon interactions gives rise to large differences in the properties of the critical point.

Interfacial growth in driven diffusive systems

We have studied the growth of interfaces in driven diffusive systems well below the critical temperature by means of Monte Carlo simulations. We consider the region beyond the linear regime and of large values of the external field which has not been explored before. The simulations support the existence of interfacial traveling waves when asymmetry is introduced in the model, a result previously predicted by a linear-stability analysis. Furthermore, the generalization of the Gibbs-Thomson relation is discussed. The results provide evidence that the external field is a stabilizing effect which can be considered as effectively increasing the surface tension.

Liquid-liquid phase transition for soft-core attractive potential

Using event-driven molecular dynamics simulations, we study a three-dimensional one-component system of spherical particles interacting via a discontinuous potential combining a repulsive square soft core and an attractive square well. In the case of a narrow attractive well, it has been shown that this potential has two metastable gas-liquid critical points. Here we systematically investigate how the changes of the parameters of this potential affect the phase diagram of the system. We find a broad range of potential parameters for which the system has both a gas-liquid critical point C1 and a liquid-liquid critical point C2. For the liquid-gas critical point we find that the derivatives of the critical temperature and pressure, with respect to the parameters of the potential, have the same signs: they are positive for increasing width of the attractive well and negative for increasing width and repulsive energy of the soft core. This result resembles the behavior of the liquid-gas critical point for standard liquids. In contrast, for the liquid-liquid critical point the critical pressure decreases as the critical temperature increases. As a consequence, the liquid-liquid critical point exists at positive pressures only in a finite range of parameters. We present a modified van der Waals equation which qualitatively reproduces the behavior of both critical points within some range of parameters, and gives us insight on the mechanisms ruling the dependence of the two critical points on the potential¿s parameters. The soft-core potential studied here resembles model potentials used for colloids, proteins, and potentials that have been related to liquid metals, raising an interesting possibility that a liquid-liquid phase transition may be present in some systems where it has not yet been observed.

Damage spreading transition in glasses: A probe for the ruggedness of the configurational landscape

We consider damage spreading transitions in the framework of mode-coupling theory. This theory describes relaxation processes in glasses in the mean-field approximation which are known to be characterized by the presence of an exponentially large number of metastable states. For systems evolving under identical but arbitrarily correlated noises, we demonstrate that there exists a critical temperature T0 which separates two different dynamical regimes depending on whether damage spreads or not in the asymptotic long-time limit. This transition exists for generic noise correlations such that the zero damage solution is stable at high temperatures, being minimal for maximal noise correlations. Although this dynamical transition depends on the type of noise correlations, we show that the asymptotic damage has the good properties of a dynamical order parameter, such as (i) independence of the initial damage; (ii) independence of the class of initial condition; and (iii) stability of the transition in the presence of asymmetric interactions which violate detailed balance. For maximally correlated noises we suggest that damage spreading occurs due to the presence of a divergent number of saddle points (as well as metastable states) in the thermodynamic limit consequence of the ruggedness of the free-energy landscape which characterizes the glassy state. These results are then compared to extensive numerical simulations of a mean-field glass model (the Bernasconi model) with Monte Carlo heat-bath dynamics. The freedom of choosing arbitrary noise correlations for Langevin dynamics makes damage spreading an interesting tool to probe the ruggedness of the configurational landscape.

Jäähdytykseen ja täyssuolanpoistoon perustuva lauhteen puhdistus soodakattilalaitoksella

Tämän diplomityön oleellisempana tavoitteena oli tutkia ioninvaihtohartsien pitkäaikaista toiminnallista lämpötilakestävyyttä kirjallisuustutkimuksin ja kuormituskokein. Lisaksi työssä optimoitiin taloudellisesti ja teknisesti paras kytkentävaihtoehto soodakattilan lauhteenpuhdistuslaitokselle. Tässä diplomityössä selvitettiin myös soodakattilan ulospuhallusveden sisältämien veden jälkiannostelukemikaalien ja epäpuhtauksien vaikutusta ioninvaihtohartsien vanhenemiseen.; Ioninvaihtohartsien lämpötilakestävyyteen liittyvät koeajot suoritettiin Stora Enso Laminating Papers Oy Kotkan tehtaalla. Koeajoja varten oli erikseen suunniteltu koeajolaitteisto, jossa lauhdenäytettä puhdistettiin patruunasuotimella ja sekavaihtimella. Sekavaihtimessa käytettiin vahvoja anioni- ja kationihartseja. Koeajoja oli yhteensä neljäkappaletta ja niissä tutkittiin hartsien lämpötilakestävyyttä ja anionihartsin silikaatti-vuodon riippuvuutta lämpötilasta. Lämpötilakestävyyskoeajoissa käytetyt hartsit lähetettiin Rohm and Haasille analysoitavaksi. Lopulta koeajojen tuloksia verrattiin kirjallisuudessa esitettyihin aikaisempiin tutkimuksiin. Lauhteenpuhdistuslaitoksen kytkentävaihtoehtojen optimoinnissa käytettiin apuna Kotkan ja UPM-Kymmene Oyj Pietarsaaren tehtaiden kokemuksia. Kytkentävaihtoehtojen energiataseet laskettiin kuudelle eri laitokselle, joiden syöttöveden virtaukset olivat 37 -180 kg/s. Lisaksi selvitettiin kytkentävaihtoehtojen investointikustannukset ja kertakäyttöhartsien vuotuiset kustannukset laitokselle, jossa syöttöveden virtaus oli 67 kg/s. Ulospuhalluksen talteenottojärjestelmän energiataseet laskettiin kuudelle eri laitokselle, joiden syöttöveden virtaukset olivat 37 - 180 kg/s. Laskelmien lähtökohtana käytettiin kunkin soodakattilan ulospuhallusveden määriä, jotka selvitettiin tehdasvierailujen yhteydessä. Ulospuhallusveden epäpuhtauksien ja jälkiannostelukemikaalien pitoisuudet arvioitiin kattilaveden perusteella. Aikaisempien kokemusten perusteella arvioitiin, että ulospuhallusvesi johdettaisiin lisäveden valmistukseen ennen suolanpoistosarjoja. loninvaihtohartsien kuormituskokeiden ja kirjallisuustutkimusten perusteella oli selkeästi nähtävissä, että etenkin anionihartsin kapasiteetti heikkeni nopeasti lämpötilan ollessa yli 60 °C. Kationihartsin suolanpoistolle kriittinen lämpötilaraja on 100 °C.Lisäksi yli 60 °C:ssa anionihartsi ei pysty poistamaan silikaattia lauhteesta. Seuraavaksi on esitelty lauhteenpuhdistuslaitoksen optimikytkentävaihtoehdot sekä vanhoille että uusille laitoksille. Vanhalle laitokselle, jossa lauhteet on puhdistettu aikaisemmin mekaanisella suotimella ja lisäveden puhdistuksessa on käytetty sekavaihdinta, paras kytkentävaihto on erilliset sekavaihtimet lauhteelle ja lisävedelle. Uudelle ja vanhalle laitokselle, jossa lauhteet on puhdistettu aikaisemmin mekaanisella suotimella ja lisäveden puhdistuksessa ei ole käytetty sekavaihdinta, paras kytkentävaihto on yhteiset sekavaihtimet lauhteelle ja lisävedelle. Lauhteen puhdistuksessa käytetyt sekavaihtimen toimintalämpötila on 45 °C molemmissa kytkentävaihtoehdoissa. Kertakäyttöhartsien käyttö osoittautui suuressa mittakaavassa kannattamattomaksi. Tämä asia tarvinnee kuitenkin jatkotutkimuksia. Ulospuhallusveden talteenotolla saadaan energiasäästöä 6-53 k¤/a riippuenlaitoksesta. Etenkin soodakattilalaitoksissa, joissa soodakattila ja vedenkäsittelylaitos sijaitsevat lähellä toisiaan, kannattaa ulospuhallusvesi johtaa lisäveden valmistukseen. Jos edellä mainittujen laitosten etäisyydet kasvavat, saattavat ulospuhallusjärjestelmän investointi-kustannukset nousta kohtuuttoman suureksi. Tämä työ osoitti myös, että ulospuhallusveden epäpuhtauksilla ei ole merkittävää vaikutusta kemiallisesti puhdistetun veden laatuun ennen suolanpoistolaitosta ja ioninvaihtohartsien vanhenemiseen.

Todennäköisyyspohjaisen paloanalyysimenetelmän kehittäminen ydinvoimalaitoksella

Diplomityössä on tutustuttu ydinvoimalaitosten paloriskejä käsittelevään todennäköisyyspohjaiseen turvallisuusanalyysiin. Tavoitteena on ollut Olkiluoto 1 ja 2 laitosyksiköiden paloanalyysimenetelmän kehittäminen. Työssä esitetään paloanalyysin pääpiirteet, kaksi erilaista palotaajuuksien estimointimenetelmää sekä palojen leviämisen arviointimenetelmiä. Palotaajuuksien estimointimenetelmistä keskitytään Berryn menetelmän sekä NUREG/CR-6850-palotaajuuslaskentamenetelmän tarkasteluun. Palon leviämisen arvioinnissa on esitetty kolmen erilaisen virtausteknisen laskentatyökalun perusteet sekä palon leviämistodennäköisyyksiä arvioivan Probabilistic Fire Simulator (PFS) -ohjelman käyttöä. Työn aikana on laskettu molemmilla palotaajuuden estimointimenetelmillä palotaajuuksia eri tyyppisille huonetiloille. Berryn menetelmän palotaajuudet olivat pääosin alhaisempia kuin NUREG/CR-6850-menetelmällä lasketut palotaajuudet. Palon leviämistarkastelussa on tutkittu ydinvoimalaitoksen relehuoneen tulipaloa. PFS:n avulla laskettujen leviämistodennäköisyyksien arvoja on vertailtu TVO:n paloanalyysissa käytettyihin kvalitatiivisiin peittokertoimiin. Palon leviämistodennäköisyys eri osajärjestelmien välillä todettiin suuresti riippuvan analyysissaoletetuista vaurioitumislämpötiloista. Tutkittuja menetelmiä hyödyntäen diplomityössä kehitettiin paloanalyysimenetelmäkuvaus. Menetelmäkuvauksessa huonetilojen paloriskit kartoitetaan aluksi Berryn menetelmällä. Näin kaikille laitoksen huonetiloille saadaan arvioitua palotaajuus sekä paloalkutapahtumaluokkien sydänvauriotaajuus. Seuraavaksi suoritetaan valintamenettely, jossa valitut kriteerit täyttäville huonetiloille tehdään tarkentava palotaajuuslaskenta. Tarkentava palotaajuuslaskenta perustuu NUREG/CR-6850-menetelmän mukaisesti huonetilojen realistisiin syttymislähteisiin. Kriittisimpien huonetilojen osalta palon leviämisen arviointiin on tarkoitus hyödyntää numeerista simulointia.

Alikriittisen veden käyttö kromatografisessa erotuksessa

Alikriittisellä vedellä tarkoitetaan paineistettua vettä, joka on kriittisen lämpötilansa (374 °C) alapuolella nestemäisessä tilassa. Veden tiheys pienenee lämpötilan kasvaessa Veden liuotinominaisuuksia voidaan säädellä lämpötilan avulla. Veden pintajännitys, viskositeetti, tiheys ja polaarisuus pienenevät lämpötilan kasvaessa, ja alikriittisen veden aineominaisuudet muuttuvat lähemmäksi orgaanista liuotinta. Alikriittisen veden dielektrisyysvakion aleneminen johtuu pääasiassa lämpötilan vaikutuksesta ja vain vähän paineen vaikutuksesta. Alikriittistä vettä on käytetty liuottimena uutossa, mutta nyt myös alikriittinen kromatografia on kehittymässä oleva erotusmenetelmä. Työn kokeellisessa osassa kehitettiin kromatografinen laitteisto alikriittiselle vedelle, jolla tutkittiin sokerialkoholien ja sokerien kromatografista erotusta alikriittisen veden avulla. Lisäksi tutkittiin sokerialkoholien, sokereiden ja stationäärifaasien termistä kestävyyttä. Tutkittavina komponentteina olivat sorbitoli, mannitoli, ksylitoli, arabinoosi, mannoosi, ksyloosi, maltoosi ja ramnoosi. Stationäärifaaseina käytettiin makrohuokoista funktionalisoimatonta polystyreenidivinyylibentseenikopolymeeriä, sekä vahvoja ja heikkoja divinyylibentseenillä ristisilloitettuja kationinvaihtohartseja, jotka olivat joko Na+- tai Ca2+-ionimuodoissa. Veden lämpötilan nostaminen vaikuttaa sekä kromatografisen stationäärifaasin tilavuusmuutoksiin että näytekomponenttien ominaisuuksiin. Vahvoilla kationinvaihtimilla havaittiin termisten tilavuusmuutosten riippuvan ionimuodosta: Na+-muotoiset hartsit turpoavat ja Ca2+-muotoiset kutistuvat lämpötilan noustessa. Heikot kationinvaihtimet kutistuvat molemmissa ionimuodoissa, mutta Ca2+-muoto kutistuu Na+-muotoa voimakkaammin. Näytekomponenteista sokerialkoholien havaittiin kestävän paremmin korkeita lämpötiloja kuin sokerien. Sokerialkoholeista kestävimmäksi havaittiin ksylitoli ja sokereista ramnoosi. Tutkittavien komponenttien piikkien havaittiin kapenevan, häntimisen vähenevän, ja piikkien eluoituvan aikaisemmin riippuen käytettävästä stationäärifaasista. Ca2+-muotoisen vahvan kationinvaihtimen kompleksinmuodostuskyky heikkeni lämpötilan kasvaessa. Näytekomponenttien erotus ei kuitenkaan parantunut lämpötilan noustessa tutkituilla stationäärifaaseilla.

The role of intramolecular barriers on the glass transition of polymers: computer simulations versus mode coupling theory

We present computer simulations of a simple bead-spring model for polymer melts with intramolecular barriers. By systematically tuning the strength of the barriers, we investigate their role on the glass transition. Dynamic observables are analyzed within the framework of the mode coupling theory (MCT). Critical nonergodicity parameters, critical temperatures, and dynamic exponents are obtained from consistent fits of simulation data to MCT asymptotic laws. The so-obtained MCT λ-exponent increases from standard values for fully flexible chains to values close to the upper limit for stiff chains. In analogy with systems exhibiting higher-order MCT transitions, we suggest that the observed large λ-values arise form the interplay between two distinct mechanisms for dynamic arrest: general packing effects and polymer-specific intramolecular barriers. We compare simulation results with numerical solutions of the MCT equations for polymer systems, within the polymer reference interaction site model (PRISM) for static correlations. We verify that the approximations introduced by the PRISM are fulfilled by simulations, with the same quality for all the range of investigated barrier strength. The numerical solutions reproduce the qualitative trends of simulations for the dependence of the nonergodicity parameters and critical temperatures on the barrier strength. In particular, the increase in the barrier strength at fixed density increases the localization length and the critical temperature. However the qualitative agreement between theory and simulation breaks in the limit of stiff chains. We discuss the possible origin of this feature.