Electronic and kinetic processes in the Cu/CuCl double pulse laser

Kinetic and electronic processes in a Cu/CuCl double pulsed laser were investigated by measuring discharge and laser pulse characteristics, and by computer modeling. There are two time scales inherent to the operation of the Cu/CuCl laser. The first is during the interpulse afterglow (tens to hundreds of microseconds). The second is during the pumping pulse (tens of nanoseconds). It was found that the character of the pumping pulse is largely determined by the initial conditions provided by the interpulse afterglow. By tailoring the dissociation pulse to be long and low energy, and by conditioning the afterglow, one may select the desired initial conditions and thereby significantly improve laser performance. With a low energy dissociation pulse, the fraction of metastable copper obtained from a CuCl dissociation is low. By maintaining the afterglow, contributions to the metastable state from ion recombinations are prevented, and the plasma impedance remains low thereby increasing the rate of current rise during the pumping pulse. Computer models for the dissociation pulse, afterglow, pumping pulse and laser pulse reproduced experimentally observed behavior of laser pulse energy and power as a function of time delay, pumping pulse characteristics, and buffer gas pressure. The sensitivity of laser pulse properties on collisional processes (e.g., CuCl reassociation rates) was investigated.

Combustion of CS₂/O₂ in a laminar mixing layer and processes in the CO chemical laser

The combustion of CS₂ and O₂ in a free burning laminar mixing layer at low pressure was investigated using emission spectroscopy. The temperature fields, CO vibrational distributions, and CO concentrations were measured. The data indicate that vibration ally excited CO was produced in the mixing layer flames, but that there were no vibrational population inversions. In comparison with the CS₂/O₂ premixed flames, the mixing layer flames favored greater production of COS and CO₂. Computer modeling was used to study the mechanisms responsible for the production of COS and CO₂, and to study how the branching chain mechanism responsible for production of CO affects the behavior of the mixing layer flame. The influences of the gas additives, N₂O, COS, and CNBr, were also investigated.

Reproduction in Gammarus (Crustacea, Amphipoda): basic processes

Research on the basic reproduction processes of Gammarus is summarized and reviewed, reproductive strategies in males and females being left to two later papers. The author describes the reproductive systems, the development of eggs (oocytes) in the ovaries, courtship and precopulatory amplexus, mating and the production of sperms, egg laying, mortality and diapause.

Estudo dos fenômenos de transporte em cromatografia através da aplicação de modelos de rede e estocásticos

O estudo dos diferentes fenômenos de separação tem sido cada vez mais importante para os diferentes ramos da indústria e ciência. Devido à grande capacidade computacional atual, é possível modelar e analisar os fenômenos cromatográficos a nível microscópico. Os modelos de rede vêm sendo cada vez mais utilizados, para representar processos de separação por cromatografia, pois através destes pode-se representar os aspectos topológicos e morfológicos dos diferentes materiais adsorventes disponíveis no mercado. Neste trabalho visamos o desenvolvimento de um modelo de rede tridimensional para representação de uma coluna cromatográfica, a nível microscópico, onde serão modelados os fenômenos de adsorção, dessorção e dispersão axial através de um método estocástico. Também foram utilizadas diferentes abordagens com relação ao impedimento estérico Os resultados obtidos foram comparados a resultados experimentais. Depois é utilizado um modelo de rede bidimensional para representar um sistema de adsorção do tipo batelada, mantendo-se a modelagem dos fenômenos de adsorção e dessorção, e comparados a sistemas reais posteriormente. Em ambos os sistemas modelados foram analisada as constantes de equilíbrio, parâmetro fundamental nos sistemas de adsorção, e por fim foram obtidas e analisadas isotermas de adsorção. Foi possível concluir que, para os modelos de rede, os fenômenos de adsorção e dessorção bastam para obter perfis de saída similares aos vistos experimentalmente, e que o fenômeno da dispersão axial influência menos que os fenômenos cinéticos em questão

Reconstructing Past Depositional and Diagenetic Processes through Quantitative Stratigraphic Analysis of the Martian Sedimentary Rock Record

High-resolution orbital and in situ observations acquired of the Martian surface during the past two decades provide the opportunity to study the rock record of Mars at an unprecedented level of detail. This dissertation consists of four studies whose common goal is to establish new standards for the quantitative analysis of visible and near-infrared data from the surface of Mars. Through the compilation of global image inventories, application of stratigraphic and sedimentologic statistical methods, and use of laboratory analogs, this dissertation provides insight into the history of past depositional and diagenetic processes on Mars. The first study presents a global inventory of stratified deposits observed in images from the High Resolution Image Science Experiment (HiRISE) camera on-board the Mars Reconnaissance Orbiter. This work uses the widespread coverage of high-resolution orbital images to make global-scale observations about the processes controlling sediment transport and deposition on Mars. The next chapter presents a study of bed thickness distributions in Martian sedimentary deposits, showing how statistical methods can be used to establish quantitative criteria for evaluating the depositional history of stratified deposits observed in orbital images. The third study tests the ability of spectral mixing models to obtain quantitative mineral abundances from near-infrared reflectance spectra of clay and sulfate mixtures in the laboratory for application to the analysis of orbital spectra of sedimentary deposits on Mars. The final study employs a statistical analysis of the size, shape, and distribution of nodules observed by the Mars Science Laboratory Curiosity rover team in the Sheepbed mudstone at Yellowknife Bay in Gale crater. This analysis is used to evaluate hypotheses for nodule formation and to gain insight into the diagenetic history of an ancient habitable environment on Mars.

Análise de unidades de pré-purificação de ar por adsorção

Os principais constituintes do ar, nitrogênio, oxigênio e argônio, estão cada vez mais presentes nas indústrias, onde são empregados nos processos químicos, para o transporte de alimentos e processamento de resíduos. As duas principais tecnologias para a separação dos componentes do ar são a adsorção e a destilação criogênica. Entretanto, para ambos os processos é necessário que os contaminantes do ar, como o gás carbônico, o vapor dágua e hidrocarbonetos, sejam removidos para evitar problemas operacionais e de segurança. Desta forma, o presente trabalho trata do estudo do processo de pré-purificação de ar utilizando adsorção. Neste sistema a corrente de ar flui alternadamente entre dois leitos adsorvedores para produzir ar purificado continuamente. Mais especificamente, o foco da dissertação corresponde à investigação do comportamento de unidades de pré-purificação tipo PSA (pressure swing adsorption), onde a etapa de dessorção é realizada pela redução da pressão. A análise da unidade de pré-purificação parte da modelagem dos leitos de adsorção através de um sistema de equações diferenciais parciais de balanço de massa na corrente gasosa e no leito. Neste modelo, a relação de equilíbrio relativa à adsorção é descrita pela isoterma de Dubinin-Astakhov estendida para misturas multicomponentes. Para a simulação do modelo, as derivadas espaciais são discretizadas via diferenças finitas e o sistema de equações diferenciais ordinárias resultante é resolvido por um solver apropriado (método das linhas). Para a simulação da unidade em operação, este modelo é acoplado a um algoritmo de convergência relativo às quatro etapas do ciclo de operação: adsorção, despressurização, purga e dessorção. O algoritmo em questão deve garantir que as condições finais da última etapa são equivalentes às condições iniciais da primeira etapa (estado estacionário cíclico). Desta forma, a simulação foi implementada na forma de um código computacional baseado no ambiente de programação Scilab (Scilab 5.3.0, 2010), que é um programa de distribuição gratuita. Os algoritmos de simulação de cada etapa individual e do ciclo completo são finalmente utilizados para analisar o comportamento da unidade de pré-purificação, verificando como o seu desempenho é afetado por alterações nas variáveis de projeto ou operacionais. Por exemplo, foi investigado o sistema de carregamento do leito que mostrou que a configuração ideal do leito é de 50% de alumina seguido de 50% de zeólita. Variáveis do processo foram também analisadas, a pressão de adsorção, a vazão de alimentação e o tempo do ciclo de adsorção, mostrando que o aumento da vazão de alimentação leva a perda da especificação que pode ser retomada reduzindo-se o tempo do ciclo de adsorção. Mostrou-se também que uma pressão de adsorção maior leva a uma maior remoção de contaminantes.

Determinação do potencial tóxico de cobre e níquel e seus complexos com EDTA frente à Daphnia similis

Quando se trata de efluentes muito complexos e de amostras de água ou de sedimento de locais poluídos, é inviável ou até mesmo impossível detectar a presença de todas as substâncias presentes. Os principais contaminantes associados à poluição das águas naturais, tem-se os metais pesados, uma classe de compostos de toxicidade elevada e que são bioacumulados nos seres vivos. Desses metais, o cobre e o níquel se destacam, tanto por seu amplo uso em processos industriais, o que acarreta sua presença em diversos tipos de despejos, quanto por sua toxicidade elevada. O objetivo deste trabalho foi determinar o potencial tóxico do sulfato de cobre e sulfato de níquel, de sua mistura e seus complexos com EDTA frente a Daphnia similis para utilização na avaliação do desempenho do processo de separação com membranas no tratamento de efluentes. Em um estudo de toxicidade, as interações do metal com o organismo-teste são influenciadas pela espécie testada, pela combinação dos metais ou pela composição do meio aquoso. O íon Cu2+ apresentou toxicidade superior ao Ni2+, sendo que na mistura desses dois íons, prevaleceu o resultado obtido para o Cu2+, decorrente de sua maior toxicidade. A complexação dos metais reduz significativamente o potencial tóxico dos metais

Investigation of Fundamental Processes Governing Secondary Organic Aerosol Formation in Laboratory Chambers

Our understanding of the processes and mechanisms by which secondary organic aerosol (SOA) is formed is derived from laboratory chamber studies. In the atmosphere, SOA formation is primarily driven by progressive photooxidation of SOA precursors, coupled with their gas-particle partitioning. In the chamber environment, SOA-forming vapors undergo multiple chemical and physical processes that involve production and removal via gas-phase reactions; partitioning onto suspended particles vs. particles deposited on the chamber wall; and direct deposition on the chamber wall. The main focus of this dissertation is to characterize the interactions of organic vapors with suspended particles and the chamber wall and explore how these intertwined processes in laboratory chambers govern SOA formation and evolution.

A Functional Group Oxidation Model (FGOM) that represents SOA formation and evolution in terms of the competition between functionalization and fragmentation, the extent of oxygen atom addition, and the change of volatility, is developed. The FGOM contains a set of parameters that are to be determined by fitting of the model to laboratory chamber data. The sensitivity of the model prediction to variation of the adjustable parameters allows one to assess the relative importance of various pathways involved in SOA formation.

A critical aspect of the environmental chamber is the presence of the wall, which can induce deposition of SOA-forming vapors and promote heterogeneous reactions. An experimental protocol and model framework are first developed to constrain the vapor-wall interactions. By optimal fitting the model predictions to the observed wall-induced decay profiles of 25 oxidized organic compounds, the dominant parameter governing the extent of wall deposition of a compound is identified, i.e., wall accommodation coefficient. By correlating this parameter with the molecular properties of a compound via its volatility, the wall-induced deposition rate of an organic compound can be predicted based on its carbon and oxygen numbers in the molecule.

Heterogeneous transformation of δ-hydroxycarbonyl, a major first-generation product from long-chain alkane photochemistry, is observed on the surface of particles and walls. The uniqueness of this reaction scheme is the production of substituted dihydrofuran, which is highly reactive towards ozone, OH, and NO3, thereby opening a reaction pathway that is not usually accessible to alkanes. A spectrum of highly-oxygenated products with carboxylic acid, ester, and ether functional groups is produced from the substituted dihydrofuran chemistry, thereby affecting the average oxidation state of the alkane-derived SOA.

The vapor wall loss correction is applied to several chamber-derived SOA systems generated from both anthropogenic and biogenic sources. Experimental and modeling approaches are employed to constrain the partitioning behavior of SOA-forming vapors onto suspended particles vs. chamber walls. It is demonstrated that deposition of SOA-forming vapors to the chamber wall during photooxidation experiments can lead to substantial and systematic underestimation of SOA. Therefore, it is likely that a lack of proper accounting for vapor wall losses that suppress chamber-derived SOA yields contribute substantially to the underprediction of ambient SOA concentrations in atmospheric models.