Extension of the impedance field method to the noise analysis of a semiconductor junction: Analytical approach

We present an analytical procedure to perform the local noise analysis of a semiconductor junction when both the drift and diffusive parts of the current are important. The method takes into account space-inhomogeneous and hot-carriers conditions in the framework of the drift-diffusion model, and it can be effectively applied to the local noise analysis of different devices: n+nn+ diodes, Schottky barrier diodes, field-effect transistors, etc., operating under strongly inhomogeneous distributions of the electric field and charge concentration

Impedance field and noise of submicrometer n+ nn+ diodes: analytical approach

A theoretical model for the noise properties of n+nn+ diodes in the drift-diffusion framework is presented. In contrast with previous approaches, our model incorporates both the drift and diffusive parts of the current under inhomogeneous and hot-carrier conditions. Closed analytical expressions describing the transport and noise characteristics of submicrometer n+nn+ diodes, in which the diode base (n part) and the contacts (n+ parts) are coupled in a self-consistent way, are obtained

Model for interevent times with long tails and multifractality in human communications: An application to financial trading

Social, technological, and economic time series are divided by events which are usually assumed to be random, albeit with some hierarchical structure. It is well known that the interevent statistics observed in these contexts differs from the Poissonian profile by being long-tailed distributed with resting and active periods interwoven. Understanding mechanisms generating consistent statistics has therefore become a central issue. The approach we present is taken from the continuous-time random-walk formalism and represents an analytical alternative to models of nontrivial priority that have been recently proposed. Our analysis also goes one step further by looking at the multifractal structure of the interevent times of human decisions. We here analyze the intertransaction time intervals of several financial markets. We observe that empirical data describe a subtle multifractal behavior. Our model explains this structure by taking the pausing-time density in the form of a superstatistics where the integral kernel quantifies the heterogeneous nature of the executed tasks. A stretched exponential kernel provides a multifractal profile valid for a certain limited range. A suggested heuristic analytical profile is capable of covering a broader region.

Analytical investigation of the atmospheric radiation limits in semigray atmospheres in radiative equilibrium

We model the wavelength-dependent absorption of atmospheric gases by assuming constant mass absorption coefficients in finite-width spectral bands. Such a semigray atmosphere is analytically solved by a discrete ordinate method. The general solution is analyzed for a water vapor saturated atmosphere that also contains a carbon dioxide-like absorbing gas in the infrared. A multiple stable equilibrium with a relative upper limit in the outgoing long-wave radiation is found. Differing from previous radiative–convective models, we find that the amount of carbon dioxide strongly modifies the value of this relative upper limit. This result is also obtained in a gray (i.e., equal absorption of radiation at all infrared wavelengths) water vapor saturated atmosphere. The destabilizing effect of carbon dioxide implies that massive carbon dioxide atmospheres are more likely to reach a runaway greenhouse state than thin carbon dioxide ones

La regió de Girona: un model territorial en transformació, amb potencial i fràgil

During the most recent years the Regió de Girona has clearly transformed its territorial model, superimposing an emerging clearly hierarchic structure to a polycentric one. This way, Girona and its urban area has gained a diversified centrality. This transformation, though, needs a clearly defined project that, adapted to the current dynamism, makes explicit and supports or corrects the resultant territorial model in order to avoid infrastructural shortages, territorial imbalances, resource wasting and negative impact on the environment

Licensing Model Development for Small Modular Reactors (SMRs) - Focusing on the Finnish Regulatory Framework

Recently, Small Modular Reactors (SMRs) have attracted increased public discussion. While large nuclear power plant new build projects are facing challenges, the focus of attention is turning to small modular reactors. One particular project challenge arises in the area of nuclear licensing, which plays a significant role in new build projects affecting their quality as well as costs and schedules. This dissertation - positioned in the field of nuclear engineering but also with a significant section in the field of systems engineering - examines the nuclear licensing processes and their suitability for the characteristics of SMRs. The study investigates the licensing processes in selected countries, as well as other safety critical industry fields. Viewing the licensing processes and their separate licensing steps in terms of SMRs, the study adopts two different analysis theories for review and comparison. The primary data consists of a literature review, semi-structured interviews, and questionnaire responses concerning licensing processes and practices. The result of the study is a recommendation for a new, optimized licensing process for SMRs. The most important SMR-specific feature, in terms of licensing, is the modularity of the design. Here the modularity indicates multi-module SMR designs, which creates new challenges in the licensing process. As this study focuses on Finland, the main features of the new licensing process are adapted to the current Finnish licensing process, aiming to achieve the main benefits with minimal modifications to the current process. The application of the new licensing process is developed using Systems Engineering, Requirements Management, and Project Management practices and tools. Nuclear licensing includes a large amount of data and documentation which needs to be managed in a suitable manner throughout the new build project and then during the whole life cycle of the nuclear power plant. To enable a smooth licensing process and therefore ensure the success of the new build nuclear power plant project, management processes and practices play a significant role. This study contributes to the theoretical understanding of how licensing processes are structured and how they are put into action in practice. The findings clarify the suitability of different licensing processes and their selected licensing steps for SMR licensing. The results combine the most suitable licensing steps into a new licensing process for SMRs. The results are also extended to the concept of licensing management practices and tools.

Non-linear analysis of laminated metal matrix composites by an integrated micro/macro-mechanical model

The present paper describes an integrated micro/macro mechanical study of the elastic-viscoplastic behavior of unidirectional metal matrix composites (MMC). The micromechanical analysis of the elastic moduli is based on the Composites Cylinder Assemblage model (CCA) with comparisons also draw with a Representative Unit Cell (RUC) technique. These "homogenization" techniques are later incorporated into the Vanishing Fiber Diameter (VFD) model and a new formulation is proposed. The concept of a smeared element procedure is employed in conjunction with two different versions of the Bodner and Partom elastic-viscoplastic constitutive model for the associated macroscopic analysis. The formulations developed are also compared against experimental and analytical results available in the literature.

Cell Model Systems in Characterizing Alpha2-Adrenoceptors as Drug Targets.

The three alpha2-adrenoceptor (alpha2-AR) subtypes belong to the G protein-coupled receptor superfamily and represent potential drug targets. These receptors have many vital physiological functions, but their actions are complex and often oppose each other. Current research is therefore driven towards discovering drugs that selectively interact with a specific subtype. Cell model systems can be used to evaluate a chemical compound's activity in complex biological systems. The aim of this thesis was to optimize and validate cell-based model systems and assays to investigate alpha2-ARs as drug targets. The use of immortalized cell lines as model systems is firmly established but poses several problems, since the protein of interest is expressed in a foreign environment, and thus essential components of receptor regulation or signaling cascades might be missing. Careful cell model validation is thus required; this was exemplified by three different approaches. In cells heterologously expressing alpha2A-ARs, it was noted that the transfection technique affected the test outcome; false negative adenylyl cyclase test results were produced unless a cell population expressing receptors in a homogenous fashion was used. Recombinant alpha2C-ARs in non-neuronal cells were retained inside the cells, and not expressed in the cell membrane, complicating investigation of this receptor subtype. Receptor expression enhancing proteins (REEPs) were found to be neuronalspecific adapter proteins that regulate the processing of the alpha2C-AR, resulting in an increased level of total receptor expression. Current trends call for the use of primary cells endogenously expressing the receptor of interest; therefore, primary human vascular smooth muscle cells (SMC) expressing alpha2-ARs were tested in a functional assay monitoring contractility with a myosin light chain phosphorylation assay. However, these cells were not compatible with this assay due to the loss of differentiation. A rat aortic SMC cell line transfected to express the human alpha2B-AR was adapted for the assay, and it was found that the alpha2-AR agonist, dexmedetomidine, evoked myosin light chain phosphorylation in this model.

Wind Turbine Direct-Drive Permanent-Magnet Generator with Direct Liquid Cooling for Mass Reduction

Today’s electrical machine technology allows increasing the wind turbine output power by an order of magnitude from the technology that existed only ten years ago. However, it is sometimes argued that high-power direct-drive wind turbine generators will prove to be of limited practical importance because of their relatively large size and weight. The limited space for the generator in a wind turbine application together with the growing use of wind energy pose a challenge for the design engineers who are trying to increase torque without making the generator larger. When it comes to high torque density, the limiting factor in every electrical machine is heat, and if the electrical machine parts exceed their maximum allowable continuous operating temperature, even for a short time, they can suffer permanent damage. Therefore, highly efficient thermal design or cooling methods is needed. One of the promising solutions to enhance heat transfer performances of high-power, low-speed electrical machines is the direct cooling of the windings. This doctoral dissertation proposes a rotor-surface-magnet synchronous generator with a fractional slot nonoverlapping stator winding made of hollow conductors, through which liquid coolant can be passed directly during the application of current in order to increase the convective heat transfer capabilities and reduce the generator mass. This doctoral dissertation focuses on the electromagnetic design of a liquid-cooled direct-drive permanent-magnet synchronous generator (LC DD-PMSG) for a directdrive wind turbine application. The analytical calculation of the magnetic field distribution is carried out with the ambition of fast and accurate predicting of the main dimensions of the machine and especially the thickness of the permanent magnets; the generator electromagnetic parameters as well as the design optimization. The focus is on the generator design with a fractional slot non-overlapping winding placed into open stator slots. This is an a priori selection to guarantee easy manufacturing of the LC winding. A thermal analysis of the LC DD-PMSG based on a lumped parameter thermal model takes place with the ambition of evaluating the generator thermal performance. The thermal model was adapted to take into account the uneven copper loss distribution resulting from the skin effect as well as the effect of temperature on the copper winding resistance and the thermophysical properties of the coolant. The developed lumpedparameter thermal model and the analytical calculation of the magnetic field distribution can both be integrated with the presented algorithm to optimize an LC DD-PMSG design. Based on an instrumented small prototype with liquid-cooled tooth-coils, the following targets have been achieved: experimental determination of the performance of the direct liquid cooling of the stator winding and validating the temperatures predicted by an analytical thermal model; proving the feasibility of manufacturing the liquid-cooled tooth-coil winding; moreover, demonstration of the objectives of the project to potential customers.

Kestomagneettitahtikoneen vääntömomentin tuottokyvyn optimointi hybridibussikäyttöön

Työssä tarkastellaan hybridi- ja sähköajoneuvojen voimankäyttöjärjestelmiä ja bussin ajomoottorina toimivan kestomagneettitahtikoneen toimintaa ja sen soveltuvuutta ajoneuvokäyttöön. Esitetään analyyttinen työkalu kestomagneettitahtikoneen induktanssisuunnittelun ja koneen vääntömomentin tuottokyvyn optimoinnin tueksi. Työkalua hyödynnetään esitettävässä ajomoottorin mitoituslaskelmassa. Työssä päätellään, että kestomagneettitahtimoottori soveltuu hyvin ajoneuvokäyttöön. Maksimaalisen vääntömomentin saavuttamiseksi sen roottorin rakenne ja induktanssit on optimoitava. Analysoimalla ajoneuvokäyttöön tarkoitettua kestomagneettitahtimoottoria työkalun avulla havaitaan, että yhtä suuremmalla induktanssisuhteella vääntömomentti on pienempi kentänheikennyksessä kuin ajettaessa konetta taajuusmuuttajalla vakioteholla nimelliskuormalla. Vastaavasti yhtä pienemmillä induktanssisuhteilla vääntömomentti on pienempi kentänheikennyksessä. Todetaan, että vääntömomentti kasvaa induktanssisuhteen poiketessa yhdestä. Suuri vääntömomentti saadaan pienillä induktanssisuhteilla. Induktanssisuhteen kasvattaminen yhdestä ei lisää moottorin tuottamaa vääntömomenttia yhtä paljon kuin induktanssisuhteen pienentäminen. Työn lopuksi verrataan työkalun laskemia tuloksia kirjallisuudesta löytyvillä yhtälöillä laskettuihin tuloksiin. Työkalun laskemat tulokset vaikuttavat ristiriidattomilta ja yhteneväisiltä teorian kanssa. Työkalun toteutuksessa tehdyt teoreettiset yksinkertaistukset aiheuttavat todennäköisesti epätarkkuutta tuloksissa erityisesti suurella kuormituksella.

Evaluation of a new mathematical model to describe Clostridium perfringens growth during the cooling of cooked ground beef

A mathematical model previously developed to study microbial growth in food products under an isothermal environment was adapted to a time-varying temperature regime. The resulting model was applied to study the growth of Clostridium perfringens in meat products. This micro-organism is of particular relevance to public health and economy due to the loss of productivity caused by it. Results showed a similar performance of the model used compared to the Baranyi model under an isothermal situation and a slightly better performance under a non-isothermal temperature profile.

Quantifying diffusion in biofilms : from model hydrogels to living biofilms

Les biofilms sont des communautés de microorganismes incorporés dans une matrice exo-polymérique complexe. Ils sont reconnus pour jouer un rôle important comme barrière de diffusion dans les systèmes environnementaux et la santé humaine, donnant lieu à une résistance accrue aux antibiotiques et aux désinfectants. Comme le transfert de masse dans un biofilm est principalement dû à la diffusion moléculaire, il est primordial de comprendre les principaux paramètres influençant les flux de diffusion. Dans ce travail, nous avons étudié un biofilm de Pseudomonas fluorescens et deux hydrogels modèles (agarose et alginate) pour lesquels l’autodiffusion (mouvement Brownien) et les coefficients de diffusion mutuels ont été quantifiés. La spectroscopie par corrélation de fluorescence a été utilisée pour mesurer les coefficients d'autodiffusion dans une volume confocal de ca. 1 m3 dans les gels ou les biofilms, tandis que les mesures de diffusion mutuelle ont été faites par cellule de diffusion. En outre, la voltamétrie sur microélectrode a été utilisée pour évaluer le potentiel de Donnan des gels afin de déterminer son impact sur la diffusion. Pour l'hydrogel d'agarose, les observations combinées d'une diminution du coefficient d’autodiffusion et de l’augmentation de la diffusion mutuelle pour une force ionique décroissante ont été attribuées au potentiel de Donnan du gel. Des mesures de l'effet Donnan (différence de -30 mV entre des forces ioniques de 10-4 et 10-1 M) et l'accumulation correspondante d’ions dans l'hydrogel (augmentation d’un facteur de 13 par rapport à la solution) ont indiqué que les interactions électrostatiques peuvent fortement influencer le flux de diffusion de cations, même dans un hydrogel faiblement chargé tel que l'agarose. Curieusement, pour un gel plus chargé comme l'alginate de calcium, la variation de la force ionique et du pH n'a donné lieu qu'à de légères variations de la diffusion de sondes chargées dans l'hydrogel. Ces résultats suggèrent qu’en influençant la diffusion du soluté, l'effet direct des cations sur la structure du gel (compression et/ou gonflement induits) était beaucoup plus efficace que l'effet Donnan. De même, pour un biofilm bactérien, les coefficients d'autodiffusion étaient pratiquement constants sur toute une gamme de force ionique (10-4-10-1 M), aussi bien pour des petits solutés chargés négativement ou positivement (le rapport du coefficient d’autodiffusion dans biofilm sur celui dans la solution, Db/Dw ≈ 85 %) que pour des nanoparticules (Db/Dw≈ 50 %), suggérant que l'effet d'obstruction des biofilms l’emporte sur l'effet de charge. Les résultats de cette étude ont montré que parmi les divers facteurs majeurs qui affectent la diffusion dans un biofilm environnemental oligotrophe (exclusion stérique, interactions électrostatiques et hydrophobes), les effets d'obstruction semblent être les plus importants lorsque l'on tente de comprendre la diffusion du soluté. Alors que les effets de charge ne semblaient pas être importants pour l'autodiffusion de substrats chargés dans l'hydrogel d'alginate ou dans le biofilm bactérien, ils ont joué un rôle clé dans la compréhension de la diffusion à travers l’agarose. L’ensemble de ces résultats devraient être très utiles pour l'évaluation de la biodisponibilité des contaminants traces et des nanoparticules dans l'environnement.

Pharmacométrie de la ropivacaïne suivant l’anesthésie locorégionale chez les patients orthopédiques : caractérisation de l’intensité et de la durée du bloc sensitif

Introduction & Objectifs : Pour assurer l’analgésie postopératoire, l’anesthésiste dispose, en plus des différentes classes de médicaments administrés par voie orale ou intraveineuse, de diverses techniques pour bloquer l’influx nerveux douloureux en administrant les anesthésiques locaux (AL) de manière centrale ou périphérique. La ropivacaïne (ROP), un AL à longue durée d’action, est un médicament de première intention partout dans le monde, en raison de sa grande efficacité et de son faible risque de toxicité. Contrairement à certains pays, la ROP n'est toujours pas indiquée au Canada pour la rachianesthésie (bloc central) en raison d'un manque de données probantes. Jusqu'à présent, les efforts de recherche ont essentiellement porté sur la sécurité ainsi que sur la durée d’action du médicament lorsqu’administré par voie spinale. De plus, les doses optimales de ROP pour l’anesthésie régionale périphérique ne sont pas encore précisément connues. La posologie devrait être adaptée au site d’administration ainsi qu’à l’intensité et la durée du stimulus produit par la chirurgie. Ultimement, cela permettrait aux cliniciens d’identifier le régime optimal en fonction des facteurs démographiques qui pourraient affecter la pharmacocinétique (PK) et la pharmacodynamie (PD) de l’AL (objectif global de ces travaux). Validation de la Méthode Analytique Manuscrit 1 : Une méthode analytique spécifique et sensible permettant de déterminer les concentrations plasmatiques de ROP a d’abord été optimisée et validée. Validation du Biomarqueur Manuscrit 2 : Nous avons ensuite mis au point et évalué la fiabilité d’une méthode quantitative basée sur la mesure du seuil de perception sensorielle (CPT) chez le volontaire sain. Ce test nécessite l’application d’un courant électrique transcutané qui augmente graduellement et qui, selon la fréquence choisie, est capable de stimuler spécifiquement les fibres nerveuses impliquées dans le cheminement de l’influx nerveux douloureux. Les résultats obtenus chez les volontaires sains indiquent que la mesure CPT est fiable, reproductible et permet de suivre l’évolution temporelle du bloc sensitif. Études cliniques Manuscrit 3 : Nous avons ensuite caractérisé, pendant plus de 72 h, l’absorption systémique de la ROP lorsqu’administrée pour un bloc du nerf fémoral chez 19 patients subissant une chirurgie du genou. Le modèle PK populationnel utilisé pour analyser nos résultats comporte une absorption biphasique durant laquelle une fraction de la dose administrée pénètre rapidement (temps d’absorption moyen : 27 min, IC % 19 – 38 min) dans le flux sanguin systémique pendant que l’autre partie, en provenance du site de dépôt, est redistribuée beaucoup plus lentement (demi-vie (T1/2) : 2.6 h, IC % 1.6 – 4.3 h) vers la circulation systémique. Une relation statistiquement significative entre l’âge de nos patients et la redistribution de l’AL suggère que la perméabilité tissulaire est augmentée avec l’âge. Manuscrit 4 : Une analyse PK-PD du comportement sensitif du bloc fémoral (CPT) a été effectuée. Le modèle développé a estimé à 20.2 ± 10.1 mg la quantité de ROP nécessaire au site d’action pour produire 90 % de l’effet maximal (AE90). À 2 X la AE90, le modèle prédit un début d’action de 23.4 ± 12.5 min et une durée de 22.9 ± 5.3 h. Il s’agit de la première étude ayant caractérisé le comportement sensitif d’un bloc nerveux périphérique. Manuscrit 5 : La troisième et dernière étude clinique a été conduite chez les patients qui devaient subir une chirurgie du genou sous rachianesthésie. Tout comme pour le bloc du nerf fémoral, le modèle PK le plus approprié pour nos données suggère que l’absorption systémique de la ROP à partir du liquide céphalo-rachidien est biphasique; c.à.d. une phase initiale (T1/2 : 49 min, IC %: 24 – 77 min) suivie (délai: 18 ± 2 min) d'une phase légèrement plus lente (T1/2 : 66 min, IC %: 36 – 97 min). L’effet maximal a été observé beaucoup plus rapidement, soit aux environs de 12.6 ± 4.9 min, avant de revenir aux valeurs de base 210 ± 55 min suivant l’administration de l’agent. Ces données ont permis d’estimer une AE50 de 7.3 ± 2.3 mg pour l'administration spinale. Conclusion : En somme, ces modèles peuvent être utilisés pour prédire l’évolution temporelle du bloc sensitif de l’anesthésie rachidienne et périphérique (fémorale), et par conséquent, optimiser l’utilisation clinique de la ROP en fonction des besoins des cliniciens, notamment en ce qui a trait à l’âge du patient.

Emma Hamilton, a Model of Agency in Late Eighteenth-Century Europe

Emma Hamilton (1765-1815) eut un impact considérable à un moment charnière de l’histoire et de l’art européens. Faisant preuve d’une énorme résilience, elle trouva un moyen efficace d’affirmer son agentivité et fut une source d’inspiration puissante pour des générations de femmes et d’artistes dans leur propre quête d’expression et de réalisation de soi. Cette thèse démontre qu’Emma tira sa puissance particulière de sa capacité à négocier des identités différentes et parfois même contradictoires – objet et sujet ; modèle et portraiturée ; artiste, muse et œuvre d’art ; épouse, maîtresse et prostituée ; roturière et aristocrate ; mondaine et ambassadrice : et interprète d’une myriade de caractères historiques, bibliques, littéraires et mythologiques, tant masculins que féminins. Épouse de l’ambassadeur anglais à Naples, favorite de la reine de Naples et amante de l’amiral Horatio Nelson, elle fut un agent sur la scène politique pendant l’époque révolutionnaire et napoléonienne. Dans son ascension sociale vertigineuse qui la mena de la plus abjecte misère aux plus hauts échelons de l’aristocratie anglaise, elle sut s’adapter, s’ajuster et se réinventer. Elle reçut et divertit d’innombrables écrivains, artistes, scientifiques, nobles, diplomates et membres de la royauté. Elle participa au développement et à la dissémination du néoclassicisme au moment même de son efflorescence. Elle créa ses Attitudes, une performance répondant au goût de son époque pour le classicisme, qui fut admirée et imitée à travers l’Europe et qui inspira des générations d’interprètes féminines. Elle apprit à danser la tarentelle et l’introduisit dans les salons aristocratiques. Elle influença un réseau de femmes s’étendant de Paris à Saint-Pétersbourg et incluant Élisabeth Vigée-Le Brun, Germaine de Staël et Juliette Récamier. Modèle hors pair, elle inspira plusieurs artistes pour la production d’œuvres qu’ils reconnurent comme parmi leurs meilleures. Elle fut représentée par les plus grands artistes de son temps, dont Angelica Kauffman, Benjamin West, Élisabeth Vigée-Le Brun, George Romney, James Gillray, Joseph Nollekens, Joshua Reynolds, Thomas Lawrence et Thomas Rowlandson. Elle bouscula, de façon répétée, les limites et mœurs sociales. Néanmoins, Emma ne tentait pas de présenter une identité cohérente, unifiée, polie. Au contraire, elle était un kaléidoscope de multiples « sois » qu’elle gardait actifs et en dialogue les uns avec les autres, réarrangeant continuellement ses facettes afin de pouvoir simultanément s’exprimer pleinement et présenter aux autres ce qu’ils voulaient voir.

Closure of the Monte Carlo dynamical equation in the spherical Sherrington-Kirkpatrick model

We study the analytical solution of the Monte Carlo dynamics in the spherical Sherrington-Kirkpatrick model using the technique of the generating function. Explicit solutions for one-time observables (like the energy) and two-time observables (like the correlation and response function) are obtained. We show that the crucial quantity which governs the dynamics is the acceptance rate. At zero temperature, an adiabatic approximation reveals that the relaxational behavior of the model corresponds to that of a single harmonic oscillator with an effective renormalized mass.