Critical infrastructure protection against cyber threats

A postgraduate seminar series with a title Critical Infrastructure Protection against Cyber Threats held at the Department of Military Technology of the National Defence University in the fall of 2013 and 2014. This book is a collection of some of talks that were presented in the seminar. The papers address origin of critical infrastructure protection, wargaming cyberwar in critical infrastructure defence, cyber-target categorization, supervisory control and data acquisition systems vulnerabilities, electric power as critical infrastructure, improving situational awareness of critical infrastructure and trust based situation awareness in high security cloud environment. This set of papers tries to give some insight to current issues of the network-centric critical infrastructure protection. The seminar has always made a publication of the papers but this has been an internal publication of the Finnish Defence Forces and has not hindered publication of the papers in international conferences. Publication of these papers in peer reviewed conferences has indeed been always the goal of the seminar, since it teaches writing conference level papers. We still hope that an internal publication in the department series is useful to the Finnish Defence Forces by offering an easy access to these papers.

Bioelectrical impedance spectroscopy for the assessment of body fluid volumes of term neonates

The assessment of fluid volume in neonates by a noninvasive, inexpensive, and fast method can contribute significantly to increase the quality of neonatal care. The objective of the present study was to calibrate an acquisition system and software to estimate the bioelectrical impedance parameters obtained by a method of bioelectrical impedance spectroscopy based on step response and to develop specific equations for the neonatal population to determine body fluid compartments. Bioelectric impedance measurements were performed by a laboratory homemade instrument. The volumes were estimated in a clinical study on 30 full-term neonates at four different times during the first month of life. During the first 24 hours of life the total body water, extracellular water and intracellular water were 2.09 ± 0.25, 1.20 ± 0.19, and 0.90 ± 0.25 liters, respectively. By the 48th hour they were 1.87 ± 0.27, 1.08 ± 0.17, and 0.79 ± 0.21 liters, respectively. On the 10th day they were 2.02 ± 0.25, 1.29 ± 0.21, and 0.72 ± 0.14 liters, respectively, and after 1 month they were 2.34 ± 0.27, 1.62 ± 0.20, and 0.72 ± 0.13 liters, respectively. The behavior of the estimated volume was correlated with neonatal body weight changes, leading to a better interpretation of such changes. In conclusion, this study indicates the feasibility of bioelectrical impedance spectroscopy as a method to help fluid administration in intensive care neonatal units, and also contribute to the development of new equations to estimate neonatal body fluid contents.

A spectral analysis of the myoelectric activity of the left colon in patients with schistosomiasis mansoni

The objective of the present study was to perform a spectral analysis of the electrical activity of the left colon of patients with hepatosplenic schistosomiasis. Thirty patients were studied, divided into 2 groups: group A was composed of 14 patients (9 males and 5 females) with hepatosplenic schistosomiasis and group B was composed of 16 female patients without schistosomiasis mansoni. Three pairs of electrodes were implanted in the left colon at the moment of the surgical treatment. The signals of the electric activity of the colon were captured after postoperative recovery from the ileus and fed into a computer by means of a DATAQ data collection system which identified and captured frequencies between 0.02 and 10 Hz. Data were recorded, stored and analyzed using the WINDAQ 200 software. For electrical analysis, the average voltage of the electrical wave in the three electrodes of all patients, expressed as millivolts (mV), was considered, together with the maximum and minimum values, the root mean square (RMS), the skewness, and the results of the fast Fourier transforms. The average RMS of the schistosomiasis mansoni patients was 284.007 mV. During a long period of contraction, the RMS increased in a statistically significant manner from 127.455 mV during a resting period to 748.959 mV in patients with schistosomiasis mansoni. We conclude that there were no statistically significant differences in RMS values between patients with schistosomiasis mansoni and patients without the disease during the rest period or during a long period of contraction.

β-Citronellol, an alcoholic monoterpene with inhibitory properties on the contractility of rat trachea

β-Citronellol is an alcoholic monoterpene found in essential oils such Cymbopogon citratus (a plant with antihypertensive properties). β-Citronellol can act against pathogenic microorganisms that affect airways and, in virtue of the popular use of β-citronellol-enriched essential oils in aromatherapy, we assessed its pharmacologic effects on the contractility of rat trachea. Contractions of isolated tracheal rings were recorded isometrically through a force transducer connected to a data-acquisition device. β-Citronellol relaxed sustained contractions induced by acetylcholine or high extracellular potassium, but half-maximal inhibitory concentrations (IC50) for K+-elicited stimuli were smaller than those for cholinergic contractions. It also inhibited contractions induced by electrical field stimulation or sodium orthovanadate with pharmacologic potency equivalent to that seen against acetylcholine-induced contractions. When contractions were evoked by selective recruitment of Ca2+ from the extracellular medium, β-citronellol preferentially inhibited contractions that involved voltage-operated (but not receptor-operated) pathways. β-Citronellol (but not verapamil) inhibited contractions induced by restoration of external Ca2+ levels after depleting internal Ca2+ stores with the concomitant presence of thapsigargin and recurrent challenge with acetylcholine. Treatment of tracheal rings with L-NAME, indomethacin or tetraethylammonium did not change the relaxing effects of β-citronellol. Inhibition of transient receptor potential vanilloid subtype 1 (TRPV1) or transient receptor potential ankyrin 1 (TRPA1) receptors with selective antagonists caused no change in the effects of β-citronellol. In conclusion, β-citronellol exerted inhibitory effects on rat tracheal rings, with predominant effects on contractions that recruit Ca2+ inflow towards the cytosol by voltage-gated pathways, whereas it appears less active against contractions elicited by receptor-operated Ca2+ channels.

Bioimage informatics in STED super-resolution microscopy

Optical microscopy is living its renaissance. The diffraction limit, although still physically true, plays a minor role in the achievable resolution in far-field fluorescence microscopy. Super-resolution techniques enable fluorescence microscopy at nearly molecular resolution. Modern (super-resolution) microscopy methods rely strongly on software. Software tools are needed all the way from data acquisition, data storage, image reconstruction, restoration and alignment, to quantitative image analysis and image visualization. These tools play a key role in all aspects of microscopy today – and their importance in the coming years is certainly going to increase, when microscopy little-by-little transitions from single cells into more complex and even living model systems. In this thesis, a series of bioimage informatics software tools are introduced for STED super-resolution microscopy. Tomographic reconstruction software, coupled with a novel image acquisition method STED< is shown to enable axial (3D) super-resolution imaging in a standard 2D-STED microscope. Software tools are introduced for STED super-resolution correlative imaging with transmission electron microscopes or atomic force microscopes. A novel method for automatically ranking image quality within microscope image datasets is introduced, and it is utilized to for example select the best images in a STED microscope image dataset.

Development and characterization of concentric capillary nebulizer used in inductively coupled plasma analysis /

A simple, low-cost concentric capillary nebulizer (CCN) was developed and evaluated for ICP spectrometry. The CCN could be operated at sample uptake rates of 0.050-1.00 ml min'^ and under oscillating and non-oscillating conditions. Aerosol characteristics for the CCN were studied using a laser Fraunhofter diffraction analyzer. Solvent transport efficiencies and transport rates, detection limits, and short- and long-term stabilities were evaluated for the CCN with a modified cyclonic spray chamber at different sample uptake rates. The Mg II (280.2nm)/l\/lg 1(285.2nm) ratio was used for matrix effect studies. Results were compared to those with conventional nebulizers, a cross-flow nebulizer with a Scott-type spray chamber, a GemCone nebulizer with a cyclonic spray chamber, and a Meinhard TR-30-K3 concentric nebulizer with a cyclonic spray chamber. Transport efficiencies of up to 57% were obtained for the CCN. For the elements tested, short- and long-term precisions and detection limits obtained with the CCN at 0.050-0.500 ml min'^ are similar to, or better than, those obtained on the same instrument using the conventional nebulizers (at 1.0 ml min'^). The depressive and enhancement effects of easily ionizable element Na, sulfuric acid, and dodecylamine surfactant on analyte signals with the CCN are similar to, or better than, those obtained with the conventional nebulizers. However, capillary clog was observed when the sample solution with high dissolved solids was nebulized for more than 40 min. The effects of data acquisition and data processing on detection limits were studied using inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry. The study examined the effects of different detection limit approaches, the effects of data integration modes, the effects of regression modes, the effects of the standard concentration range and the number of standards, the effects of sample uptake rate, and the effect of Integration time. All the experiments followed the same protocols. Three detection limit approaches were examined, lUPAC method, the residual standard deviation (RSD), and the signal-to-background ratio and relative standard deviation of the background (SBR-RSDB). The study demonstrated that the different approaches, the integration modes, the regression methods, and the sample uptake rates can have an effect on detection limits. The study also showed that the different approaches give different detection limits and some methods (for example, RSD) are susceptible to the quality of calibration curves. Multicomponents spectral fitting (MSF) gave the best results among these three integration modes, peak height, peak area, and MSF. Weighted least squares method showed the ability to obtain better quality calibration curves. Although an effect of the number of standards on detection limits was not observed, multiple standards are recommended because they provide more reliable calibration curves. An increase of sample uptake rate and integration time could improve detection limits. However, an improvement with increased integration time on detection limits was not observed because the auto integration mode was used.

L’acceptation des rôles de l’infirmière praticienne en première ligne selon les caractéristiques socio-démographiques des usagers de CLSC

Le but de cette étude était de mesurer le niveau d’acceptation des rôles de l’infirmière praticienne de première ligne (IPPL) par les usagers de CLSC, selon les caractéristiques socio-démographiques de ceux-ci. La collecte de données pour cette recherche synthétique comparative s’est effectuée dans cinq CLSC de la région montréalaise par des questionnaires auto-administrés. L’échantillon accidentel est composé de 316 personnes de 18 ans et plus, se présentant au CLSC pour un problème de santé. Ces personnes étaient sollicitées par des affiches ou par des suggestions de la réceptionniste dans les salles d’attente. Les résultats révèlent que près de 40% de l’échantillon acceptent tous les rôles de l’IPPL. Des analyses de régression logistique montrent que les personnes ayant un revenu annuel élevé (supérieur à 40000$) sont plus susceptibles d’accepter tous les rôles de l’IPPL. Ces résultats vont permettre aux décideurs de prendre les mesures nécessaires pour implanter ce nouveau groupe professionnel ; ils peuvent également aider les IPPL à concevoir des stratégies pour faire une promotion efficiente de leur rôle en pratique avancée auprès de la population.

REFLECT : logiciel de restitution des réflectances au sol pour l’amélioration de la qualité de l'information extraite des images satellitales à haute résolution spatiale

RÉSUMÉ - Les images satellitales multispectrales, notamment celles à haute résolution spatiale (plus fine que 30 m au sol), représentent une source d’information inestimable pour la prise de décision dans divers domaines liés à la gestion des ressources naturelles, à la préservation de l’environnement ou à l’aménagement et la gestion des centres urbains. Les échelles d’étude peuvent aller du local (résolutions plus fines que 5 m) à des échelles régionales (résolutions plus grossières que 5 m). Ces images caractérisent la variation de la réflectance des objets dans le spectre qui est l’information clé pour un grand nombre d’applications de ces données. Or, les mesures des capteurs satellitaux sont aussi affectées par des facteurs « parasites » liés aux conditions d’éclairement et d’observation, à l’atmosphère, à la topographie et aux propriétés des capteurs. Deux questions nous ont préoccupé dans cette recherche. Quelle est la meilleure approche pour restituer les réflectances au sol à partir des valeurs numériques enregistrées par les capteurs tenant compte des ces facteurs parasites ? Cette restitution est-elle la condition sine qua non pour extraire une information fiable des images en fonction des problématiques propres aux différents domaines d’application des images (cartographie du territoire, monitoring de l’environnement, suivi des changements du paysage, inventaires des ressources, etc.) ? Les recherches effectuées les 30 dernières années ont abouti à une série de techniques de correction des données des effets des facteurs parasites dont certaines permettent de restituer les réflectances au sol. Plusieurs questions sont cependant encore en suspens et d’autres nécessitent des approfondissements afin, d’une part d’améliorer la précision des résultats et d’autre part, de rendre ces techniques plus versatiles en les adaptant à un plus large éventail de conditions d’acquisition des données. Nous pouvons en mentionner quelques unes : - Comment prendre en compte des caractéristiques atmosphériques (notamment des particules d’aérosol) adaptées à des conditions locales et régionales et ne pas se fier à des modèles par défaut qui indiquent des tendances spatiotemporelles à long terme mais s’ajustent mal à des observations instantanées et restreintes spatialement ? - Comment tenir compte des effets de « contamination » du signal provenant de l’objet visé par le capteur par les signaux provenant des objets environnant (effet d’adjacence) ? ce phénomène devient très important pour des images de résolution plus fine que 5 m; - Quels sont les effets des angles de visée des capteurs hors nadir qui sont de plus en plus présents puisqu’ils offrent une meilleure résolution temporelle et la possibilité d’obtenir des couples d’images stéréoscopiques ? - Comment augmenter l’efficacité des techniques de traitement et d’analyse automatique des images multispectrales à des terrains accidentés et montagneux tenant compte des effets multiples du relief topographique sur le signal capté à distance ? D’autre part, malgré les nombreuses démonstrations par des chercheurs que l’information extraite des images satellitales peut être altérée à cause des tous ces facteurs parasites, force est de constater aujourd’hui que les corrections radiométriques demeurent peu utilisées sur une base routinière tel qu’est le cas pour les corrections géométriques. Pour ces dernières, les logiciels commerciaux de télédétection possèdent des algorithmes versatiles, puissants et à la portée des utilisateurs. Les algorithmes des corrections radiométriques, lorsqu’ils sont proposés, demeurent des boîtes noires peu flexibles nécessitant la plupart de temps des utilisateurs experts en la matière. Les objectifs que nous nous sommes fixés dans cette recherche sont les suivants : 1) Développer un logiciel de restitution des réflectances au sol tenant compte des questions posées ci-haut. Ce logiciel devait être suffisamment modulaire pour pouvoir le bonifier, l’améliorer et l’adapter à diverses problématiques d’application d’images satellitales; et 2) Appliquer ce logiciel dans différents contextes (urbain, agricole, forestier) et analyser les résultats obtenus afin d’évaluer le gain en précision de l’information extraite par des images satellitales transformées en images des réflectances au sol et par conséquent la nécessité d’opérer ainsi peu importe la problématique de l’application. Ainsi, à travers cette recherche, nous avons réalisé un outil de restitution de la réflectance au sol (la nouvelle version du logiciel REFLECT). Ce logiciel est basé sur la formulation (et les routines) du code 6S (Seconde Simulation du Signal Satellitaire dans le Spectre Solaire) et sur la méthode des cibles obscures pour l’estimation de l’épaisseur optique des aérosols (aerosol optical depth, AOD), qui est le facteur le plus difficile à corriger. Des améliorations substantielles ont été apportées aux modèles existants. Ces améliorations concernent essentiellement les propriétés des aérosols (intégration d’un modèle plus récent, amélioration de la recherche des cibles obscures pour l’estimation de l’AOD), la prise en compte de l’effet d’adjacence à l’aide d’un modèle de réflexion spéculaire, la prise en compte de la majorité des capteurs multispectraux à haute résolution (Landsat TM et ETM+, tous les HR de SPOT 1 à 5, EO-1 ALI et ASTER) et à très haute résolution (QuickBird et Ikonos) utilisés actuellement et la correction des effets topographiques l’aide d’un modèle qui sépare les composantes directe et diffuse du rayonnement solaire et qui s’adapte également à la canopée forestière. Les travaux de validation ont montré que la restitution de la réflectance au sol par REFLECT se fait avec une précision de l’ordre de ±0.01 unités de réflectance (pour les bandes spectrales du visible, PIR et MIR), même dans le cas d’une surface à topographie variable. Ce logiciel a permis de montrer, à travers des simulations de réflectances apparentes à quel point les facteurs parasites influant les valeurs numériques des images pouvaient modifier le signal utile qui est la réflectance au sol (erreurs de 10 à plus de 50%). REFLECT a également été utilisé pour voir l’importance de l’utilisation des réflectances au sol plutôt que les valeurs numériques brutes pour diverses applications courantes de la télédétection dans les domaines des classifications, du suivi des changements, de l’agriculture et de la foresterie. Dans la majorité des applications (suivi des changements par images multi-dates, utilisation d’indices de végétation, estimation de paramètres biophysiques, …), la correction des images est une opération cruciale pour obtenir des résultats fiables. D’un point de vue informatique, le logiciel REFLECT se présente comme une série de menus simples d’utilisation correspondant aux différentes étapes de saisie des intrants de la scène, calcul des transmittances gazeuses, estimation de l’AOD par la méthode des cibles obscures et enfin, l’application des corrections radiométriques à l’image, notamment par l’option rapide qui permet de traiter une image de 5000 par 5000 pixels en 15 minutes environ. Cette recherche ouvre une série de pistes pour d’autres améliorations des modèles et méthodes liés au domaine des corrections radiométriques, notamment en ce qui concerne l’intégration de la FDRB (fonction de distribution de la réflectance bidirectionnelle) dans la formulation, la prise en compte des nuages translucides à l’aide de la modélisation de la diffusion non sélective et l’automatisation de la méthode des pentes équivalentes proposée pour les corrections topographiques.

Development of a Blood Antigen Molecular Profiling Panel using Genotyping Technologies for Patients Requiring Frequent Transfusions

Contexte. Les phénotypes ABO et Rh(D) des donneurs de sang ainsi que des patients transfusés sont analysés de façon routinière pour assurer une complète compatibilité. Ces analyses sont accomplies par agglutination suite à une réaction anticorps-antigènes. Cependant, pour des questions de coûts et de temps d’analyses faramineux, les dons de sang ne sont pas testés sur une base routinière pour les antigènes mineurs du sang. Cette lacune peut résulter à une allo-immunisation des patients receveurs contre un ou plusieurs antigènes mineurs et ainsi amener des sévères complications pour de futures transfusions. Plan d’étude et Méthodes. Pour ainsi aborder le problème, nous avons produit un panel génétique basé sur la technologie « GenomeLab _SNPstream» de Beckman Coulter, dans l’optique d’analyser simultanément 22 antigènes mineurs du sang. La source d’ADN provient des globules blancs des patients préalablement isolés sur papiers FTA. Résultats. Les résultats démontrent que le taux de discordance des génotypes, mesuré par la corrélation des résultats de génotypage venant des deux directions de l’ADN, ainsi que le taux d’échec de génotypage sont très bas (0,1%). Également, la corrélation entre les résultats de phénotypes prédit par génotypage et les phénotypes réels obtenus par sérologie des globules rouges et plaquettes sanguines, varient entre 97% et 100%. Les erreurs expérimentales ou encore de traitement des bases de données ainsi que de rares polymorphismes influençant la conformation des antigènes, pourraient expliquer les différences de résultats. Cependant, compte tenu du fait que les résultats de phénotypages obtenus par génotypes seront toujours co-vérifiés avant toute transfusion sanguine par les technologies standards approuvés par les instances gouvernementales, les taux de corrélation obtenus sont de loin supérieurs aux critères de succès attendus pour le projet. Conclusion. Le profilage génétique des antigènes mineurs du sang permettra de créer une banque informatique centralisée des phénotypes des donneurs, permettant ainsi aux banques de sang de rapidement retrouver les profiles compatibles entre les donneurs et les receveurs.

Étude des gènes d'Actinobacillus pleuropneumoniae exprimés en conditions d'infection

Actinobacillus pleuropneumoniae est l’agent étiologique de la pleuropneumonie porcine. La bactérie se transmet par voies aériennes et contacts directs. Plusieurs facteurs de virulence ont été identifiés, nommément les polysaccharides capsulaires, les lipopolysaccharide, les exotoxines ApxI à IV et de nombreux mécanismes d’acquisition du fer. Aucun vaccin efficace contre tous les sérotypes de la bactérie n’a encore été élaboré. Afin de mieux comprendre de quelle façon A. pleuropneumoniae régule la transcription de ses nombreux facteurs de virulence et de découvrir de nouvelles cibles potentielles pour l’élaboration de vaccins efficaces, le profil transcriptomique de la bactérie a été étudié dans des conditions simulant l’infection ainsi qu’à la suite d’une infection naturelle aiguë chez l’animal. Des biopuces de première et de seconde génération (AppChip1 et AppChip2) comportant respectivement 2025 cadres de lecture ouverts (ORF) de la version préliminaire du génome d’A. pleuropneumoniae sérotype 5b souche L20 et 2033 ORF de la version finale annotée du même génome ont été utilisées. Dans un premier temps, des expériences réalisées dans des conditions de concentration restreinte en fer ont permis d’identifier 210 gènes différentiellement exprimés, dont 92 étaient surexprimés. Plusieurs nouveaux mécanismes d’acquisition du fer ont pu être identifiés, incluant un système homologue au système YfeABCD de Yersinia pestis, impliqué dans l’acquisition du fer chélaté, ainsi que des gènes homologues aux composantes du système HmbR de Neisseria meningitidis impliqué dans l’acquisition du fer à partir de l’hémoglobine. Dans des conditions de culture permettant la formation de biofilms, les gènes tadC et tadD d’un opéron tad (« tight adherence locus ») putatif, les gènes pgaBC impliqués dans la synthèse d’un polysaccharide de la matrice du biofilm ainsi que deux gènes présentant de fortes homologies avec un gène codant pour l’adhésine auto-transporteur Hsf retrouvée chez Haemophilus influenzae ont montré une surexpression significative. Plusieurs de ces gènes ont également été retrouvés lors d’expériences réalisées avec des cellules épithéliales d’origine pulmonaire en culture, qui ont permis d’identifier 170 gènes différentiellement exprimés après la croissance planctonique au-dessus des cellules, et 131 autres suite à l’adhésion à ces cellules. Parmis les gènes surexprimés, les gènes tadB et rcpA de l’opéron tad putatif, les gènes pgaBC ainsi que le gène codant pour l’homologue d’Hsf ont été retrouvés. En présence de liquide de lavage broncho-alvéolaire (BALF), 156 gènes ont montré un profil d’expression modifié, et le gène apxIVA, identifié comme étant surexprimé, a pu être détecté pour la première fois dans des conditions de croissance in vitro. Finalement, des expériences visant à déterminer les gènes utilisés directement chez l’animal en phase aiguë de la pleuropneumonie porcine ont permis d’identifier 150 gènes qui étaient différentiellement exprimés. En plus d’identifier des gènes d’un possible opéron codant pour un fimbriae de type IV, 3 des 72 gènes surexprimés sont conservés chez tous les sérotypes d’A. pleuropneumoniae et codent pour des protéines ou lipoprotéines de surface. Nos expériences ont permis d’identifier plusieurs nouveaux facteurs de virulence potentiels chez A. pleuropneumoniae ainsi que plusieurs nouvelles cibles potentielles pour l’élaboration de vaccins efficaces contre tous les sérotypes.

Configuration et exploitation d'une machine émotionnelle

Dans ce travail, nous explorons la faisabilité de doter les machines de la capacité de prédire, dans un contexte d'interaction homme-machine (IHM), l'émotion d'un utilisateur, ainsi que son intensité, de manière instantanée pour une grande variété de situations. Plus spécifiquement, une application a été développée, appelée machine émotionnelle, capable de «comprendre» la signification d'une situation en se basant sur le modèle théorique d'évaluation de l'émotion Ortony, Clore et Collins (OCC). Cette machine est apte, également, à prédire les réactions émotionnelles des utilisateurs, en combinant des versions améliorées des k plus proches voisins et des réseaux de neurones. Une procédure empirique a été réalisée pour l'acquisition des données. Ces dernières ont fourni une connaissance consistante aux algorithmes d'apprentissage choisis et ont permis de tester la performance de la machine. Les résultats obtenus montrent que la machine émotionnelle proposée est capable de produire de bonnes prédictions. Une telle réalisation pourrait encourager son utilisation future dans des domaines exploitant la reconnaissance automatique de l'émotion.

Analyse de maillages surfaciques par construction et comparaison de modèles moyens et par décomposition par graphes s’appuyant sur les courbures discrètes : application à l’étude de la cornée humaine

Réalisé en cotutelle avec Aix Marseille Université.

Multimodal image fusion of anatomical structures for diagnosis, therapy planning and assistance

This paper provides an overview of work done in recent years by our research group to fuse multimodal images of the trunk of patients with Adolescent Idiopathic Scoliosis (AIS) treated at Sainte-Justine University Hospital Center (CHU). We first describe our surface acquisition system and introduce a set of clinical measurements (indices) based on the trunk's external shape, to quantify its degree of asymmetry. We then describe our 3D reconstruction system of the spine and rib cage from biplanar radiographs and present our methodology for multimodal fusion of MRI, X-ray and external surface images of the trunk We finally present a physical model of the human trunk including bone and soft tissue for the simulation of the surgical outcome on the external trunk shape in AIS.

Photothermal beam deflection for non-destructive evaluation of semiconductor thin films

Non-destructive testing (NDT) is the use of non-invasive techniques to determine the integrity of a material, component, or structure. Engineers and scientists use NDT in a variety of applications, including medical imaging, materials analysis, and process control.Photothermal beam deflection technique is one of the most promising NDT technologies. Tremendous R&D effort has been made for improving the efficiency and simplicity of this technique. It is a popular technique because it can probe surfaces irrespective of the size of the sample and its surroundings. This technique has been used to characterize several semiconductor materials, because of its non-destructive and non-contact evaluation strategy. Its application further extends to analysis of wide variety of materials. Instrumentation of a NDT technique is very crucial for any material analysis. Chapter two explores the various excitation sources, source modulation techniques, detection and signal processing schemes currently practised. The features of the experimental arrangement including the steps for alignment, automation, data acquisition and data analysis are explained giving due importance to details.Theoretical studies form the backbone of photothermal techniques. The outcome of a theoretical work is the foundation of an application.The reliability of the theoretical model developed and used is proven from the studies done on crystalline.The technique is applied for analysis of transport properties such as thermal diffusivity, mobility, surface recombination velocity and minority carrier life time of the material and thermal imaging of solar cell absorber layer materials like CuInS2, CuInSe2 and SnS thin films.analysis of In2S3 thin films, which are used as buffer layer material in solar cells. The various influences of film composition, chlorine and silver incorporation in this material is brought out from the measurement of transport properties and analysis of sub band gap levels.The application of photothermal deflection technique for characterization of solar cells is a relatively new area that requires considerable attention.The application of photothermal deflection technique for characterization of solar cells is a relatively new area that requires considerable attention. Chapter six thus elucidates the theoretical aspects of application of photothermal techniques for solar cell analysis. The experimental design and method for determination of solar cell efficiency, optimum load resistance and series resistance with results from the analysis of CuInS2/In2S3 based solar cell forms the skeleton of this chapter.

Tropical Mesoscale Convective Systems and Associated Energetics : Observational and Modeling Studies

The main purpose of the thesis is to improve the state of knowledge and understanding of the physical structure of the TMCS and its short range prediction. The present study principally addresses the fine structure, dynamics and microphysics of severe convective storms.The structure and dynamics of the Tropical cloud clusters over Indian region is not well understood. The observational cases discussed in the thesis are limited to the temperature and humidity observations. We propose a mesoscale observational network along with all the available Doppler radars and other conventional and non—conventional observations. Simultaneous observations with DWR, VHF and UHF radars of the same cloud system will provide new insight into the dynamics and microphysics of the clouds. More cases have to be studied in detail to obtain climatology of the storm type passing over tropical Indian region. These observational data sets provide wide variety of information to be assimilated to the mesoscale data assimilation system and can be used to force CSRM.The gravity wave generation and stratosphere troposphere exchange (STE) processes associated with convection gained a great deal of attention to modem science and meteorologist. Round the clock observations using VHF and UHF radars along with supplementary data sets like DWR, satellite, GPS/Radiosondes, meteorological rockets and aircrafl observations is needed to explore the role of convection and associated energetics in detail.