Optical imaging and two-photon microscopy study of hemodynamic changes contralateral to ictal focus during epileptiform discharges

Il est relativement bien établi que les crises focales entraînent une augmentation régionale du flot sanguin dans le but de soutenir la demande énergétique en hémoglobine oxygénée des neurones épileptiques. Des changements hémodynamiques précoces ont également été rapportés dans la région homologue controlatérale, bien que ceci ait été moins bien caractérisé. Dans cette étude, notre objectif est de mieux caractériser, lors de crises focales, la nature des changements hémodynamiques précoces dans la région homologue controlatérale au foyer épileptique. L'imagerie optique intrinsèque (IOI) et la microscopie deux-photons sont utilisées pour étudier les changements hémodynamiques dans la région homologue controlatérale au site de crises focales induites par l’injection de 4-aminopyridine (4-AP) dans le cortex somatosensitif ipsilatéral de souris. Dans l'étude d'IOI, des changements de l’oxyhémoglobine (HbO), de la désoxyhémoglobine (HbR) et du débit sanguin cérébral ont été observées dans la région homologue controlatérale au site de crises focales lors de toutes les crises. Toutefois, ces changements étaient hétérogènes, sans patron cohérent et reproduisible. Nos expériences avec la microscopie deux-photons n’ont pas révélé de changements hémodynamiques significatifs dans la région homotopique controlatérale lors de trains de pointes épileptiques. Nos résultats doivent être interprétés avec prudence compte tenu de plusieurs limitations: d’une part absence de mesures électrophysiologiques dans la région d’intérêt controlatérale au foyer simultanément à l’imagerie deux-photons et à l'IOI; d’autre part, lors des expériences avec le deux-photons, incapacité à générer de longues décharges ictales mais plutôt des trains de pointes, couverture spatiale limitée de la région d’intérêt controlatérale, et faible puissance suite au décès prématuré de plusieurs souris pour diverses raisons techniques. Nous terminons en discutant de divers moyens pour améliorer les expériences futures.

Impact de l'hypotension chez le rat avec encéphalopathie hépatique due à la maladie de foie chronique : implication pour les complications neurologiques suivant la transplantation hépatique

L’encéphalopathie hépatique (EH) est une complication neuropsychiatrique de la maladie de foie telle que la cirrhose, caractérisée par des dysfonctions cognitives et motrices. Le seul traitement curatif est la transplantation hépatique (TH). Historiquement, l’EH est considérée comme un désordre métabolique réversible et il est attendu qu’il soit résolu suivant la TH. Cependant, il a été démontré que des complications neurologiques persistent chez 47% des patients transplantés. La TH est une opération chirurgicale complexe accompagnée de stress péri-opératoire telle que la perte sanguine et l’hypotension. L’hypothèse de ce projet d’étude est que l’EH minimale (EHm) rend le cerveau plus susceptible à une perte neuronale suite à une insulte hypotensive. Nous avons donc caractérisé un modèle d’hypotension chez des rats cirrhotiques avec ligation de la voie biliaire (BDL) dans lequel une hypovolémie de l’artère fémorale a été faite. Avec ce modèle, nous avons étudié l’impact de différentes pressions sanguines de 120 minutes sur le compte neuronal. Nos résultats démontrent que les BDL hypotendus à une pression artérielle moyenne de 60 mmHg et 30 mmHg ont une diminution du compte neuronal et que les neurones mourraient par apoptose (observée par la présence de caspase-3 clivée). Nous avons également déterminé que le flot sanguin cérébral était altéré chez les rats cirrhotiques BDL. Le second objectif était d’évaluer si le traitement de l’EHm par l’ornithine phénylacétate (OP) permettait d’éviter la perte neuronale chez les BDL hypotendus. Nos résultats ont démontrés que l’OP permettait de partiellement rétablir les fonctions cognitives chez les rats BDL. De plus, les rats BDL traités avec l’OP peuvent éviter la mort neuronale. Cependant, le processus apoptotique est toujours enclenché. Ce résultat suggère la possibilité de mort cellulaire retardée par l’OP. Ces résultats suggèrent que les patients cirrhotiques avec EHm sont plus susceptibles à une mort neuronale induite par hypotension. La combinaison de l’EHm et l’hypotension permet d’expliquer les complications neurologiques rencontrées chez certains patients. Le diagnostic et le traitement de ce syndrome doit donc être fait chez les patients cirrhotiques pour éviter ces complications post-TH.

Suivi par élastographie ultrasonore après réparation endovasculaire d’anévrisme aorto-iliaque : étude de faisabilité in vivo

Les maladies cardiovasculaires sont la première cause de mortalité dans le monde et les anévrismes de l’aorte abdominale (AAAs) font partie de ce lot déplorable. Un anévrisme est la dilatation d’une artère pouvant conduire à la mort. Une rupture d’AAA s’avère fatale près de 80% du temps. Un moyen de traiter les AAAs est l’insertion d’une endoprothèse (SG) dans l’aorte, communément appelée la réparation endovasculaire (EVAR), afin de réduire la pression exercée par le flux sanguin sur la paroi. L’efficacité de ce traitement est compromise par la survenue d’endofuites (flux sanguins entre la prothèse et le sac anévrismal) pouvant conduire à la rupture de l’anévrisme. Ces flux sanguins peuvent survenir à n’importe quel moment après le traitement EVAR. Une surveillance par tomodensitométrie (CT-scan) annuelle est donc requise, augmentant ainsi le coût du suivi post-EVAR et exposant le patient à la radiation ionisante et aux complications des contrastes iodés. L’endotension est le concept de dilatation de l’anévrisme sans la présence d’une endofuite apparente au CT-scan. Après le traitement EVAR, le sang dans le sac anévrismal coagule pour former un thrombus frais, qui deviendra progressivement un thrombus plus fibreux et plus organisé, donnant lieu à un rétrécissement de l’anévrisme. Il y a très peu de données dans la littérature pour étudier ce processus temporel et la relation entre le thrombus frais et l’endotension. L’étalon d’or du suivi post-EVAR, le CT-scan, ne peut pas détecter la présence de thrombus frais. Il y a donc un besoin d’investir dans une technique sécuritaire et moins coûteuse pour le suivi d’AAAs après EVAR. Une méthode récente, l’élastographie dynamique, mesure l’élasticité des tissus en temps réel. Le principe de cette technique repose sur la génération d’ondes de cisaillement et l’étude de leur propagation afin de remonter aux propriétés mécaniques du milieu étudié. Cette thèse vise l’application de l’élastographie dynamique pour la détection des endofuites ainsi que de la caractérisation mécanique des tissus du sac anévrismal après le traitement EVAR. Ce projet dévoile le potentiel de l’élastographie afin de réduire les dangers de la radiation, de l’utilisation d’agent de contraste ainsi que des coûts du post-EVAR des AAAs. L’élastographie dynamique utilisant le « Shear Wave Imaging » (SWI) est prometteuse. Cette modalité pourrait complémenter l’échographie-Doppler (DUS) déjà utilisée pour le suivi d’examen post-EVAR. Le SWI a le potentiel de fournir des informations sur l’organisation fibreuse du thrombus ainsi que sur la détection d’endofuites. Tout d’abord, le premier objectif de cette thèse consistait à tester le SWI sur des AAAs dans des modèles canins pour la détection d’endofuites et la caractérisation du thrombus. Des SGs furent implantées dans un groupe de 18 chiens avec un anévrisme créé au moyen de la veine jugulaire. 4 anévrismes avaient une endofuite de type I, 13 avaient une endofuite de type II et un anévrisme n’avait pas d’endofuite. Des examens échographiques, DUS et SWI ont été réalisés à l’implantation, puis 1 semaine, 1 mois, 3 mois et 6 mois après le traitement EVAR. Une angiographie, un CT-scan et des coupes macroscopiques ont été produits au sacrifice. Les régions d’endofuites, de thrombus frais et de thrombus organisé furent identifiées et segmentées. Les valeurs de rigidité données par le SWI des différentes régions furent comparées. Celles-ci furent différentes de façon significative (P < 0.001). Également, le SWI a pu détecter la présence d’endofuites où le CT-scan (1) et le DUS (3) ont échoué. Dans la continuité de ces travaux, le deuxième objectif de ce projet fut de caractériser l’évolution du thrombus dans le temps, de même que l’évolution des endofuites après embolisation dans des modèles canins. Dix-huit anévrismes furent créés dans les artères iliaques de neuf modèles canins, suivis d’une endofuite de type I après EVAR. Deux gels embolisants (Chitosan (Chi) ou Chitosan-Sodium-Tetradecyl-Sulfate (Chi-STS)) furent injectés dans le sac anévrismal pour promouvoir la guérison. Des examens échographiques, DUS et SWI ont été effectués à l’implantation et après 1 semaine, 1 mois, 3 mois et 6 mois. Une angiographie, un CT-scan et un examen histologique ont été réalisés au sacrifice afin d’évaluer la présence, le type et la grosseur de l’endofuite. Les valeurs du module d’élasticité des régions d’intérêts ont été identifiées et segmentées sur les données pathologiques. Les régions d’endofuites et de thrombus frais furent différentes de façon significative comparativement aux autres régions (P < 0.001). Les valeurs d’élasticité du thrombus frais à 1 semaine et à 3 mois indiquent que le SWI peut évaluer la maturation du thrombus, de même que caractériser l’évolution et la dégradation des gels embolisants dans le temps. Le SWI a pu détecter des endofuites où le DUS a échoué (2) et, contrairement au CT-scan, détecter la présence de thrombus frais. Finalement, la dernière étape du projet doctoral consistait à appliquer le SWI dans une phase clinique, avec des patients humains ayant déjà un AAA, pour la détection d’endofuite et la caractérisation de l’élasticité des tissus. 25 patients furent sélectionnés pour participer à l’étude. Une comparaison d’imagerie a été produite entre le SWI, le CT-scan et le DUS. Les valeurs de rigidité données par le SWI des différentes régions (endofuite, thrombus) furent identifiées et segmentées. Celles-ci étaient distinctes de façon significative (P < 0.001). Le SWI a détecté 5 endofuites sur 6 (sensibilité de 83.3%) et a eu 6 faux positifs (spécificité de 76%). Le SWI a pu détecter la présence d’endofuites où le CT-scan (2) ainsi que le DUS (2) ont échoué. Il n’y avait pas de différence statistique notable entre la rigidité du thrombus pour un AAA avec endofuite et un AAA sans endofuite. Aucune corrélation n’a pu être établie de façon significative entre les diamètres des AAAs ainsi que leurs variations et l’élasticité du thrombus. Le SWI a le potentiel de détecter les endofuites et caractériser le thrombus selon leurs propriétés mécaniques. Cette technique pourrait être combinée au suivi des AAAs post-EVAR, complémentant ainsi l’imagerie DUS et réduisant le coût et l’exposition à la radiation ionisante et aux agents de contrastes néphrotoxiques.

Intolérence à l'effort en hypertension artérielle pulmonaire : Implication des déterminants périphériques

L’hypertension artérielle pulmonaire (HTAP) est une maladie caractérisée par l’augmentation progressive des résistances vasculaires pulmonaires causant une augmentation de la pression artérielle pulmonaire qui mène au décès prématuré des patients. Malgré une amélioration rapide ces dernières années des traitements spécifiques, les patients souffrant d’HTAP demeurent dyspnéiques et intolérants à l’effort. L’atteinte vasculaire pulmonaire est actuellement irréversible. Elle est également la source de plusieurs anomalies au niveau des systèmes cardiovasculaires, ventilatoires et musculaires constituant les principaux déterminants physiologiques de la capacité à l’effort des patients. Cette thèse a investigué différentes facettes de la tolérance à l’effort en HTAP : les différents mécanismes ayant un impact sur l’apport musculaire en oxygène, l’altération des voies de signalisation cellulaire impliquées dans l’angiogenèse musculaire et les mécanismes ayant un impact sur la régulation du débit sanguin et l’oxygénation cérébrale en HTAP. Nous avons premièrement documenté une diminution de l’apport en oxygène aux muscles squelettiques à l’effort des patients en relation avec une diminution de la densité capillaire musculaire. Ce défaut d’angiogenèse corrélait d’ailleurs avec la capacité à l’effort des sujets. Par la suite, nous avons étudié les voies de signalisations cellulaires de l’angiogenèse musculaire. Ces résultats ont permis de démontrer une diminution de l’expression de miR-126, unique aux patients HTAP, qui était responsable de la diminution de la densité capillaire et qui contribuait à leur intolérance à l’effort. De plus, il était possible de moduler in vivo l’expression de miR-126. L’expérimentation in vivo, à l’aide d’un modèle murin d’HTAP, a permis de rétablir l’expression de miR-126, d’augmenter la microcirculation musculaire et d’améliorer la tolérance à l’effort des animaux, ce qui met en lumière le potentiel thérapeutique de l’angiogenèse musculaire pour améliorer la capacité à l’effort en HTAP. Notre dernier projet a démontré que les patients HTAP présentaient une diminution de débit sanguin cérébral. Ce projet a également démontré que les changements de pression artérielle sont moins bien amortis par les vaisseaux cérébraux des patients et que leurs vaisseaux cérébraux étaient moins réactifs aux changements de CO2. Les patients présentaient aussi une augmentation de la sensibilité des chémorécepteurs centraux qui contribuait à augmenter leur ventilation au repos, mais aussi à l’exercice. Finalement, à l’effort, nous avons démontré que le débit sanguin cérébral des patients HTAP était principalement influencé par la pression artérielle alors que chez les sujets sains, le débit sanguin cérébral était influencé principalement par la PETCO2. Nous avons également démontré que les patients HTAP présentaient une diminution progressive de leur oxygénation cérébrale, qui corrélait avec leur capacité à l’effort. Les résultats obtenus au cours de ce doctorat démontrent bien que la capacité à l’effort en HTAP est aussi déterminée par plusieurs anomalies physiopathologiques périphériques.

Suivi par élastographie ultrasonore après réparation endovasculaire d’anévrisme aorto-iliaque : étude de faisabilité in vivo

Les maladies cardiovasculaires sont la première cause de mortalité dans le monde et les anévrismes de l’aorte abdominale (AAAs) font partie de ce lot déplorable. Un anévrisme est la dilatation d’une artère pouvant conduire à la mort. Une rupture d’AAA s’avère fatale près de 80% du temps. Un moyen de traiter les AAAs est l’insertion d’une endoprothèse (SG) dans l’aorte, communément appelée la réparation endovasculaire (EVAR), afin de réduire la pression exercée par le flux sanguin sur la paroi. L’efficacité de ce traitement est compromise par la survenue d’endofuites (flux sanguins entre la prothèse et le sac anévrismal) pouvant conduire à la rupture de l’anévrisme. Ces flux sanguins peuvent survenir à n’importe quel moment après le traitement EVAR. Une surveillance par tomodensitométrie (CT-scan) annuelle est donc requise, augmentant ainsi le coût du suivi post-EVAR et exposant le patient à la radiation ionisante et aux complications des contrastes iodés. L’endotension est le concept de dilatation de l’anévrisme sans la présence d’une endofuite apparente au CT-scan. Après le traitement EVAR, le sang dans le sac anévrismal coagule pour former un thrombus frais, qui deviendra progressivement un thrombus plus fibreux et plus organisé, donnant lieu à un rétrécissement de l’anévrisme. Il y a très peu de données dans la littérature pour étudier ce processus temporel et la relation entre le thrombus frais et l’endotension. L’étalon d’or du suivi post-EVAR, le CT-scan, ne peut pas détecter la présence de thrombus frais. Il y a donc un besoin d’investir dans une technique sécuritaire et moins coûteuse pour le suivi d’AAAs après EVAR. Une méthode récente, l’élastographie dynamique, mesure l’élasticité des tissus en temps réel. Le principe de cette technique repose sur la génération d’ondes de cisaillement et l’étude de leur propagation afin de remonter aux propriétés mécaniques du milieu étudié. Cette thèse vise l’application de l’élastographie dynamique pour la détection des endofuites ainsi que de la caractérisation mécanique des tissus du sac anévrismal après le traitement EVAR. Ce projet dévoile le potentiel de l’élastographie afin de réduire les dangers de la radiation, de l’utilisation d’agent de contraste ainsi que des coûts du post-EVAR des AAAs. L’élastographie dynamique utilisant le « Shear Wave Imaging » (SWI) est prometteuse. Cette modalité pourrait complémenter l’échographie-Doppler (DUS) déjà utilisée pour le suivi d’examen post-EVAR. Le SWI a le potentiel de fournir des informations sur l’organisation fibreuse du thrombus ainsi que sur la détection d’endofuites. Tout d’abord, le premier objectif de cette thèse consistait à tester le SWI sur des AAAs dans des modèles canins pour la détection d’endofuites et la caractérisation du thrombus. Des SGs furent implantées dans un groupe de 18 chiens avec un anévrisme créé au moyen de la veine jugulaire. 4 anévrismes avaient une endofuite de type I, 13 avaient une endofuite de type II et un anévrisme n’avait pas d’endofuite. Des examens échographiques, DUS et SWI ont été réalisés à l’implantation, puis 1 semaine, 1 mois, 3 mois et 6 mois après le traitement EVAR. Une angiographie, un CT-scan et des coupes macroscopiques ont été produits au sacrifice. Les régions d’endofuites, de thrombus frais et de thrombus organisé furent identifiées et segmentées. Les valeurs de rigidité données par le SWI des différentes régions furent comparées. Celles-ci furent différentes de façon significative (P < 0.001). Également, le SWI a pu détecter la présence d’endofuites où le CT-scan (1) et le DUS (3) ont échoué. Dans la continuité de ces travaux, le deuxième objectif de ce projet fut de caractériser l’évolution du thrombus dans le temps, de même que l’évolution des endofuites après embolisation dans des modèles canins. Dix-huit anévrismes furent créés dans les artères iliaques de neuf modèles canins, suivis d’une endofuite de type I après EVAR. Deux gels embolisants (Chitosan (Chi) ou Chitosan-Sodium-Tetradecyl-Sulfate (Chi-STS)) furent injectés dans le sac anévrismal pour promouvoir la guérison. Des examens échographiques, DUS et SWI ont été effectués à l’implantation et après 1 semaine, 1 mois, 3 mois et 6 mois. Une angiographie, un CT-scan et un examen histologique ont été réalisés au sacrifice afin d’évaluer la présence, le type et la grosseur de l’endofuite. Les valeurs du module d’élasticité des régions d’intérêts ont été identifiées et segmentées sur les données pathologiques. Les régions d’endofuites et de thrombus frais furent différentes de façon significative comparativement aux autres régions (P < 0.001). Les valeurs d’élasticité du thrombus frais à 1 semaine et à 3 mois indiquent que le SWI peut évaluer la maturation du thrombus, de même que caractériser l’évolution et la dégradation des gels embolisants dans le temps. Le SWI a pu détecter des endofuites où le DUS a échoué (2) et, contrairement au CT-scan, détecter la présence de thrombus frais. Finalement, la dernière étape du projet doctoral consistait à appliquer le SWI dans une phase clinique, avec des patients humains ayant déjà un AAA, pour la détection d’endofuite et la caractérisation de l’élasticité des tissus. 25 patients furent sélectionnés pour participer à l’étude. Une comparaison d’imagerie a été produite entre le SWI, le CT-scan et le DUS. Les valeurs de rigidité données par le SWI des différentes régions (endofuite, thrombus) furent identifiées et segmentées. Celles-ci étaient distinctes de façon significative (P < 0.001). Le SWI a détecté 5 endofuites sur 6 (sensibilité de 83.3%) et a eu 6 faux positifs (spécificité de 76%). Le SWI a pu détecter la présence d’endofuites où le CT-scan (2) ainsi que le DUS (2) ont échoué. Il n’y avait pas de différence statistique notable entre la rigidité du thrombus pour un AAA avec endofuite et un AAA sans endofuite. Aucune corrélation n’a pu être établie de façon significative entre les diamètres des AAAs ainsi que leurs variations et l’élasticité du thrombus. Le SWI a le potentiel de détecter les endofuites et caractériser le thrombus selon leurs propriétés mécaniques. Cette technique pourrait être combinée au suivi des AAAs post-EVAR, complémentant ainsi l’imagerie DUS et réduisant le coût et l’exposition à la radiation ionisante et aux agents de contrastes néphrotoxiques.

Observation of the suppression of the flux of cosmic rays above 4x10(19) eV

The energy spectrum of cosmic rays above 2.5 x 10(18) eV, derived from 20 000 events recorded at the Pierre Auger Observatory, is described. The spectral index gamma of the particle flux, J proportional to E(-gamma), at energies between 4 x 10(18) eV and 4 x 10(19) eV is 2.69 +/- 0.02(stat) +/- 0.06(syst), steepening to 4.2 +/- 0.4(stat) +/- 0: 06 (syst) at higher energies. The hypothesis of a single power law is rejected with a significance greater than 6 standard deviations. The data are consistent with the prediction by Greisen and by Zatsepin and Kuz'min.

Upper limit on the diffuse flux of ultrahigh energy tau neutrinos from the Pierre Auger Observatory

The surface detector array of the Pierre Auger Observatory is sensitive to Earth-skimming tau neutrinos that interact in Earth's crust. Tau leptons from nu(tau) charged-current interactions can emerge and decay in the atmosphere to produce a nearly horizontal shower with a significant electromagnetic component. The data collected between 1 January 2004 and 31 August 2007 are used to place an upper limit on the diffuse flux of nu(tau) at EeV energies. Assuming an E(nu)(-2) differential energy spectrum the limit set at 90% C. L. is E(nu)(2)dN(nu tau)/dE(nu) < 1: 3 x 10(-7) GeV cm(-2) s(-1) sr(-1) in the energy range 2 x 10(17) eV< E(nu) < 2 x 10(19) eV.

High density flux of Co nanoparticles produced by a simple gas aggregation apparatus

Gas aggregation is a well known method used to produce clusters of different materials with good size control, reduced dispersion, and precise stoichiometry. The cost of these systems is relatively high and they are generally dedicated apparatuses. Furthermore, the usual sample production speed of these systems is not as fast as physical vapor deposition devices posing a problem when thick samples are needed. In this paper we describe the development of a multipurpose gas aggregation system constructed as an adaptation to a magnetron sputtering system. The cost of this adaptation is negligible and its installation and operation are both remarkably simple. The gas flow for flux in the range of 60-130 SCCM (SCCM denotes cubic centimeter per minute at STP) is able to completely collimate all the sputtered material, producing spherical nanoparticles. Co nanoparticles were produced and characterized using electron microscopy techniques and Rutherford back-scattering analysis. The size of the particles is around 10 nm with around 75 nm/min of deposition rate at the center of a Gaussian profile nanoparticle beam.

Limit on the diffuse flux of ultrahigh energy tau neutrinos with the surface detector of the Pierre Auger Observatory

Data collected at the Pierre Auger Observatory are used to establish an upper limit on the diffuse flux of tau neutrinos in the cosmic radiation. Earth-skimming nu(tau) may interact in the Earth's crust and produce a tau lepton by means of charged-current interactions. The tau lepton may emerge from the Earth and decay in the atmosphere to produce a nearly horizontal shower with a typical signature, a persistent electromagnetic component even at very large atmospheric depths. The search procedure to select events induced by tau decays against the background of normal showers induced by cosmic rays is described. The method used to compute the exposure for a detector continuously growing with time is detailed. Systematic uncertainties in the exposure from the detector, the analysis, and the involved physics are discussed. No tau neutrino candidates have been found. For neutrinos in the energy range 2x10(17) eV < E(nu)< 2x10(19) eV, assuming a diffuse spectrum of the form E(nu)(-2), data collected between 1 January 2004 and 30 April 2008 yield a 90% confidence-level upper limit of E(nu)(2)dN(nu tau)/dE(nu)< 9x10(-8) GeV cm(-2) s(-1) sr(-1).

Physical controls on carbon dioxide transfer velocity and flux in low-gradient river systems and implications for regional carbon budgets

Outgassing of carbon dioxide (CO(2)) from rivers and streams to the atmosphere is a major loss term in the coupled terrestrial-aquatic carbon cycle of major low-gradient river systems (the term ""river system"" encompasses the rivers and streams of all sizes that compose the drainage network in a river basin). However, the magnitude and controls on this important carbon flux are not well quantified. We measured carbon dioxide flux rates (F(CO2)), gas transfer velocity (k), and partial pressures (p(CO2)) in rivers and streams of the Amazon and Mekong river systems in South America and Southeast Asia, respectively. F(CO2) and k values were significantly higher in small rivers and streams (channels <100 m wide) than in large rivers (channels >100 m wide). Small rivers and streams also had substantially higher variability in k values than large rivers. Observed F(CO2) and k values suggest that previous estimates of basinwide CO(2) evasion from tropical rivers and wetlands have been conservative and are likely to be revised upward substantially in the future. Data from the present study combined with data compiled from the literature collectively suggest that the physical control of gas exchange velocities and fluxes in low-gradient river systems makes a transition from the dominance of wind control at the largest spatial scales (in estuaries and river mainstems) toward increasing importance of water current velocity and depth at progressively smaller channel dimensions upstream. These results highlight the importance of incorporating scale-appropriate k values into basinwide models of whole ecosystem carbon balance.

Superconducting current path and flux line shape in NbTiTa obtained by inter-diffusion process

This investigation presents a comprehensive characterization of magnetic and transport properties of an interesting superconducting wire, Nb-Ti -Ta, obtained through the solid-state diffusion between Nb-12 at.% Ta alloy and pure Ti. The physical properties obtained from magnetic and transport measurements related to the microstructure unambiguously confirmed a previous proposition that the superconducting currents flow in the center of the diffusion layer, which has a steep composition variation. The determination of the critical field also confirmed that the flux line core size is not constant, and in addition it was possible to determine that, in the center of the layer, the flux line core is smaller than at the borders. A possible core shape design is proposed. Among the wires studied, the one that presented the best critical current density was achieved for a diffusion layer with a composition of about Nb-32% Ti-10% Ta, obtained with a heat treatment at 700 degrees C during 120 h, in agreement with previous studies. It was determined that this wire has the higher upper critical field, indicating that the optimization of the superconducting behavior is related to an intrinsic property of the ternary alloy.

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.

Unsaturated Infinite Slope Stability Considering Surface Flux Conditions

A slope stability model is derived for an infinite slope subjected to unsaturated infiltration flow above a phreatic surface. Closed form steady state solutions are derived for the matric suction and degree of saturation profiles. Soil unit weight, consistent with the degree of saturation profile, is also directly calculated and introduced into the analyzes, resulting in closed-form solutions for typical soil parameters and an infinite series solution for arbitrary soil parameters. The solutions are coupled with the infinite slope stability equations to establish a fully realized safety factor function. In general, consideration of soil suction results in higher factor of safety. The increase in shear strength due to the inclusion of soil suction is analogous to making an addition to the cohesion, which, of course, increases the factor of safety against sliding. However, for cohesive soils, the results show lower safety factors for slip surfaces approaching the phreatic surface compared to those produced by common safety factor calculations. The lower factor of safety is due to the increased soil unit weight considered in the matric suction model but not usually accounted for in practice wherein the soil is treated as dry above the phreatic surface. The developed model is verified with a published case study, correctly predicting stability under dry conditions and correctly predicting failure for a particular storm.

Macroscopic root water uptake distribution using a matric flux potential approach

Hydrological models featuring root water uptake usually do not include compensation mechanisms such that reductions in uptake from dry layers are compensated by an increase in uptake from wetter layers. We developed a physically based root water uptake model with an implicit compensation mechanism. Based on an expression for the matric flux potential (M) as a function of the distance to the root, and assuming a depth-independent value of M at the root surface, uptake per layer is shown to be a function of layer bulk M, root surface M, and a weighting factor that depends on root length density and root radius. Actual transpiration can be calculated from the sum of layer uptake rates. The proposed reduction function (PRF) was built into the SWAP model, and predictions were compared to those made with the Feddes reduction function (FRF). Simulation results were tested against data from Canada (continuous spring wheat [(Triticum aestivum L.]) and Germany (spring wheat, winter barley [Hordeum vulgare L.], sugarbeet [Beta vulgaris L.], winter wheat rotation). For the Canadian data, the root mean square error of prediction (RMSEP) for water content in the upper soil layers was very similar for FRF and PRF; for the deeper layers, RMSEP was smaller for PRF. For the German data, RMSEP was lower for PRF in the upper layers and was similar for both models in the deeper layers. In conclusion, but dependent on the properties of the data sets available for testing,the incorporation of the new reduction function into SWAP was successful, providing new capabilities for simulating compensated root water uptake without increasing the number of input parameters or degrading model performance.

The Equilibrium Flux Method for the calculation of flows with non-equilbrium chemical reactions

The Equilibrium Flux Method [1] is a kinetic theory based finite volume method for calculating the flow of a compressible ideal gas. It is shown here that, in effect, the method solves the Euler equations with added pseudo-dissipative terms and that it is a natural upwinding scheme. The method can be easily modified so that the flow of a chemically reacting gas mixture can be calculated. Results from the method for a one-dimensional non-equilibrium reacting flow are shown to agree well with a conventional continuum solution. Results are also presented for the calculation of a plane two-dimensional flow, at hypersonic speed, of a dissociating gas around a blunt-nosed body.