Assessment of Atomic Data: Problems and Solutions

For the reliable analysis and modeling of astrophysical, laser-produced, and fusion plasmas, atomic data are required for a number of parameters, including energy levels, radiative rates, and electron impact excitation rates. Such data are desired for a range of elements (H to W) and their many ions. However, measurements of atomic data, mainly for radiative and excitation rates, are not feasible for many species, and therefore, calculations are needed. For some ions (such as of C, Fe, and Kr), there is a variety of calculations available in the literature, but often, they differ significantly from one another. Therefore, there is a great demand from the user community to have data "assessed" for accuracy so that they can be confidently applied to the modeling of plasmas. In this paper we highlight the difficulties in assessing atomic data and offer some solutions for improving the accuracy of calculated results.

Influence of phosphate on the arsenic uptake by wheat (Triticum durum L.) irrigated with arsenic solutions at three different concentrations

In this study we have investigated the uptake and distribution of arsenic (As) and phosphate (P_i) in roots, shoots, and grain of wheat grown in an uncontaminated soil irrigated with solutions containing As at three different concentrations (0.5, 1 and 2 mg l^-1) and in the presence or in the absence of P fertilization. Arsenic in irrigation water reduced plants growth and decreased grain yield. When P_i was not added (P-), plants were more greatly impacted compared to the plus P_i (P+) treatments. The differences in mean biomass between P- and P+ treatments at the higher As concentrations demonstrated the role of P_i in preventing As toxicity and growth inhibition. Arsenic concentrations in root, shoot and grain increased with increasing As concentration in irrigation water. It appears that P fertilization minimizes the translocation of As to the shoots and grain whilst enhancing P status of plant. The observation that P fertilization minimises the translocation of arsenic to the shoots and grain is interesting and may be useful for certain regions of the world that has high levels of As in groundwater or soils. © 2008 Springer Science+Business Media B.V.

Solutions of fourth-order parabolic equation modeling thin film growth

In this paper we study the well-posedness for a fourth-order parabolic equation modeling epitaxial thin film growth. Using Kato's Method [1], [2] and [3] we establish existence, uniqueness and regularity of the solution to the model, in suitable spaces, namelyC⁰([0,T];L^p(Ω)) where  with 1<α<2, n∈N and n≥2. We also show the global existence solution to the nonlinear parabolic equations for small initial data. Our main tools are L_p–L_q-estimates, regularization property of the linear part of e^−tΔ2 and successive approximations. Furthermore, we illustrate the qualitative behavior of the approximate solution through some numerical simulations. The approximate solutions exhibit some favorable absorption properties of the model, which highlight the stabilizing effect of our specific formulation of the source term associated with the upward hopping of atoms. Consequently, the solutions describe well some experimentally observed phenomena, which characterize the growth of thin film such as grain coarsening, island formation and thickness growth.

Vacuum birefringence in strong inhomogeneous electromagnetic fields

Birefringence is one of the fascinating properties of the vacuum of quantum electrodynamics (QED) in strong electromagnetic fields. The scattering of linearly polarized incident probe photons into a perpendicularly polarized mode provides a distinct signature of the optical activity of the quantum vacuum and thus offers an excellent opportunity for a precision test of nonlinear QED. Precision tests require accurate predictions and thus a theoretical framework that is capable of taking the detailed experimental geometry into account. We derive analytical solutions for vacuum birefringence which include the spatio-temporal field structure of a strong optical pump laser field and an x-ray probe. We show that the angular distribution of the scattered photons depends strongly on the interaction geometry and find that scattering of the perpendicularly polarized scattered photons out of the cone of the incident probe x-ray beam is the key to making the phenomenon experimentally accessible with the current generation of FEL/high-field laser facilities.

Exact and heuristic methods for solving Boolean games

Boolean games are a framework for reasoning about the rational behavior of agents whose goals are formalized using propositional formulas. Compared to normal form games, a well-studied and related game framework, Boolean games allow for an intuitive and more compact representation of the agents’ goals. So far, Boolean games have been mainly studied in the literature from the Knowledge Representation perspective, and less attention has been paid on the algorithmic issues underlying the computation of solution concepts. Although some suggestions for solving specific classes of Boolean games have been made in the literature, there is currently no work available on the practical performance. In this paper, we propose the first technique to solve general Boolean games that does not require an exponential translation to normal-form games. Our method is based on disjunctive answer set programming and computes solutions (equilibria) of arbitrary Boolean games. It can be applied to a wide variety of solution concepts, and can naturally deal with extensions of Boolean games such as constraints and costs. We present detailed experimental results in which we compare the proposed method against a number of existing methods for solving specific classes of Boolean games, as well as adaptations of methods that were initially designed for normal-form games. We found that the heuristic methods that do not require all payoff matrix entries performed well for smaller Boolean games, while our ASP based technique is faster when the problem instances have a higher number of agents or action variables.

Unsupervised Solution Post Identification from Discussion Forums

Discussion forums have evolved into a dependablesource of knowledge to solvecommon problems. However, only a minorityof the posts in discussion forumsare solution posts. Identifying solutionposts from discussion forums, hence, is animportant research problem. In this paper,we present a technique for unsupervisedsolution post identification leveraginga so far unexplored textual feature, thatof lexical correlations between problemsand solutions. We use translation modelsand language models to exploit lexicalcorrelations and solution post characterrespectively. Our technique is designedto not rely much on structural featuressuch as post metadata since suchfeatures are often not uniformly availableacross forums. Our clustering-based iterativesolution identification approach basedon the EM-formulation performs favorablyin an empirical evaluation, beatingthe only unsupervised solution identificationtechnique from literature by a verylarge margin. We also show that our unsupervisedtechnique is competitive againstmethods that require supervision, outperformingone such technique comfortably.

Flexible management of bandwidth and redundancy in fieldbuses

Os sistemas distribuídos embarcados (Distributed Embedded Systems – DES) têm sido usados ao longo dos últimos anos em muitos domínios de aplicação, da robótica, ao controlo de processos industriais passando pela aviónica e pelas aplicações veiculares, esperando-se que esta tendência continue nos próximos anos. A confiança no funcionamento é uma propriedade importante nestes domínios de aplicação, visto que os serviços têm de ser executados em tempo útil e de forma previsível, caso contrário, podem ocorrer danos económicos ou a vida de seres humanos poderá ser posta em causa. Na fase de projecto destes sistemas é impossível prever todos os cenários de falhas devido ao não determinismo do ambiente envolvente, sendo necessária a inclusão de mecanismos de tolerância a falhas. Adicionalmente, algumas destas aplicações requerem muita largura de banda, que também poderá ser usada para a evolução dos sistemas, adicionandolhes novas funcionalidades. A flexibilidade de um sistema é uma propriedade importante, pois permite a sua adaptação às condições e requisitos envolventes, contribuindo também para a simplicidade de manutenção e reparação. Adicionalmente, nos sistemas embarcados, a flexibilidade também é importante por potenciar uma melhor utilização dos, muitas vezes escassos, recursos existentes. Uma forma evidente de aumentar a largura de banda e a tolerância a falhas dos sistemas embarcados distribuídos é a replicação dos barramentos do sistema. Algumas soluções existentes, quer comerciais quer académicas, propõem a replicação dos barramentos para aumento da largura de banda ou para aumento da tolerância a falhas. No entanto e quase invariavelmente, o propósito é apenas um, sendo raras as soluções que disponibilizam uma maior largura de banda e um aumento da tolerância a falhas. Um destes raros exemplos é o FlexRay, com a limitação de apenas ser permitido o uso de dois barramentos. Esta tese apresentada e discute uma proposta para usar a replicação de barramentos de uma forma flexível com o objectivo duplo de aumentar a largura de banda e a tolerância a falhas. A flexibilidade dos protocolos propostos também permite a gestão dinâmica da topologia da rede, sendo o número de barramentos apenas limitado pelo hardware/software. As propostas desta tese foram validadas recorrendo ao barramento de campo CAN – Controller Area Network, escolhido devido à sua grande implantação no mercado. Mais especificamente, as soluções propostas foram implementadas e validadas usando um paradigma que combina flexibilidade com comunicações event-triggered e time-triggered: o FTT – Flexible Time- Triggered. No entanto, uma generalização para CAN nativo é também apresentada e discutida. A inclusão de mecanismos de replicação do barramento impõe a alteração dos antigos protocolos de replicação e substituição do nó mestre, bem como a definição de novos protocolos para esta finalidade. Este trabalho tira partido da arquitectura centralizada e da replicação do nó mestre para suportar de forma eficiente e flexível a replicação de barramentos. Em caso de ocorrência de uma falta num barramento (ou barramentos) que poderia provocar uma falha no sistema, os protocolos e componentes propostos nesta tese fazem com que o sistema reaja, mudando para um modo de funcionamento degradado. As mensagens que estavam a ser transmitidas nos barramentos onde ocorreu a falta são reencaminhadas para os outros barramentos. A replicação do nó mestre baseia-se numa estratégia líder-seguidores (leaderfollowers), onde o líder (leader) controla todo o sistema enquanto os seguidores (followers) servem como nós de reserva. Se um erro ocorrer no nó líder, um dos nós seguidores passará a controlar o sistema de uma forma transparente e mantendo as mesmas funcionalidades. As propostas desta tese foram também generalizadas para CAN nativo, tendo sido para tal propostos dois componentes adicionais. É, desta forma possível ter as mesmas capacidades de tolerância a falhas ao nível dos barramentos juntamente com a gestão dinâmica da topologia de rede. Todas as propostas desta tese foram implementadas e avaliadas. Uma implementação inicial, apenas com um barramento foi avaliada recorrendo a uma aplicação real, uma equipa de futebol robótico onde o protocolo FTT-CAN foi usado no controlo de movimento e da odometria. A avaliação do sistema com múltiplos barramentos foi feita numa plataforma de teste em laboratório. Para tal foi desenvolvido um sistema de injecção de faltas que permite impor faltas nos barramentos e nos nós mestre, e um sistema de medida de atrasos destinado a medir o tempo de resposta após a ocorrência de uma falta.

Exact and numerical solutions for diffusio-reaction equations with convection term

Esta dissertação estuda essencialmente dois problemas: (A) uma classe de equações unidimensionais de reacção-difusão-convecção em meios não uniformes (dependentes do espaço), e (B) um problema elíptico não-linear e paramétrico ligado a fenómenos de capilaridade. A Análise de Perturbação Singular e a dinâmica de Hamilton-Jacobi são utilizadas na obtenção de expressões assimptóticas para a solução (com comportamento de frente) e para a sua velocidade de propagação. Os seguintes três métodos de decomposição, Adomian Decomposition Method (ADM), Decomposition Method based on Infinite Products (DIP), e New Iterative Method (NIM), são apresentados e brevemente comparados. Adicionalmente, condições suficientes para a convergência da solução em série, obtida pelo ADM, e uma aplicação a um problema da Telecomunicações por Fibras Ópticas, envolvendo EDOs não-lineares designadas equações de Raman, são discutidas. Um ponto de vista mais abrangente que unifica os métodos de decomposição referidos é também apresentado. Para subclasses desta EDP são obtidas soluções numa forma explícita, para diferentes tipos de dados e usando uma variante do método de simetrias de Bluman-Cole. Usando Teoria de Pontos Críticos (o teorema usualmente designado mountain pass) e técnicas de truncatura, prova-se a existência de duas soluções não triviais (uma positiva e uma negativa) para o problema elíptico não-linear e paramétrico (B). A existência de uma terceira solução não trivial é demonstrada usando Grupos Críticos e Teoria de Morse.