Computeralgebraische Herleitung und Auswertung atomarer Störungsreihen und deren Anwendung auf geschlossenschalige und einfache offenschalige Systeme

In der vorliegenden Arbeit wurde gezeigt, wie mit Hilfe der atomaren Vielteilchenstörungstheorie totale Energien und auch Anregungsenergien von Atomen und Ionen berechnet werden können. Dabei war es zunächst erforderlich, die Störungsreihen mit Hilfe computeralgebraischer Methoden herzuleiten. Mit Hilfe des hierbei entwickelten Maple-Programmpaketes APEX wurde dies für geschlossenschalige Systeme und Systeme mit einem aktiven Elektron bzw. Loch bis zur vierten Ordnung durchgeführt, wobei die entsprechenden Terme aufgrund ihrer großen Anzahl hier nicht wiedergegeben werden konnten. Als nächster Schritt erfolgte die analytische Winkelreduktion unter Anwendung des Maple-Programmpaketes RACAH, was zu diesem Zwecke entsprechend angepasst und weiterentwickelt wurde. Erst hier wurde von der Kugelsymmetrie des atomaren Referenzzustandes Gebrauch gemacht. Eine erhebliche Vereinfachung der Störungsterme war die Folge. Der zweite Teil dieser Arbeit befasst sich mit der numerischen Auswertung der bisher rein analytisch behandelten Störungsreihen. Dazu wurde, aufbauend auf dem Fortran-Programmpaket Ratip, ein Dirac-Fock-Programm für geschlossenschalige Systeme entwickelt, welches auf der in Kapitel 3 dargestellen Matrix-Dirac-Fock-Methode beruht. Innerhalb dieser Umgebung war es nun möglich, die Störungsterme numerisch auszuwerten. Dabei zeigte sich schnell, dass dies nur dann in einem angemessenen Zeitrahmen stattfinden kann, wenn die entsprechenden Radialintegrale im Hauptspeicher des Computers gehalten werden. Wegen der sehr hohen Anzahl dieser Integrale stellte dies auch hohe Ansprüche an die verwendete Hardware. Das war auch insbesondere der Grund dafür, dass die Korrekturen dritter Ordnung nur teilweise und die vierter Ordnung gar nicht berechnet werden konnten. Schließlich wurden die Korrelationsenergien He-artiger Systeme sowie von Neon, Argon und Quecksilber berechnet und mit Literaturwerten verglichen. Außerdem wurden noch Li-artige Systeme, Natrium, Kalium und Thallium untersucht, wobei hier die niedrigsten Zustände des Valenzelektrons betrachtet wurden. Die Ionisierungsenergien der superschweren Elemente 113 und 119 bilden den Abschluss dieser Arbeit.

Fast approximate calculation of multiply scattered lidar returns

An efficient method is described for the approximate calculation of the intensity of multiply scattered lidar returns. It divides the outgoing photons into three populations, representing those that have experienced zero, one, and more than one forward-scattering event. Each population is parameterized at each range gate by its total energy, its spatial variance, the variance of photon direction, and the covariance, of photon direction and position. The result is that for an N-point profile the calculation is O(N-2) efficient and implicitly includes up to N-order scattering, making it ideal for use in iterative retrieval algorithms for which speed is crucial. In contrast, models that explicitly consider each scattering order separately are at best O(N-m/m!) efficient for m-order scattering and often cannot be performed to more than the third or fourth order in retrieval algorithms. For typical cloud profiles and a wide range of lidar fields of view, the new algorithm is as accurate as an explicit calculation truncated at the fifth or sixth order but faster by several orders of magnitude. (C) 2006 Optical Society of America.

Velocity-based moving mesh methods for nonlinear partial differential equations

This article describes a number of velocity-based moving mesh numerical methods formultidimensional nonlinear time-dependent partial differential equations (PDEs). It consists of a short historical review followed by a detailed description of a recently developed multidimensional moving mesh finite element method based on conservation. Finite element algorithms are derived for both mass-conserving and non mass-conserving problems, and results shown for a number of multidimensional nonlinear test problems, including the second order porous medium equation and the fourth order thin film equation as well as a two-phase problem. Further applications and extensions are referenced.

Numerical study of the atmospheric flow over a coastal cliff

This work presents a numerical method suitable for the study of the development of internal boundary layers (IBL) and their characteristics for flows over various types of coastal cliffs. The IBL is an important meteorological occurrence for flows with surface roughness and topographical step changes. A two-dimensional flow program was used for this study. The governing equations were written using the vorticity-velocity formulation. The spatial derivatives were discretized by high-order compact finite differences schemes. The time integration was performed with a low storage fourth-order Runge-Kutta scheme. The coastal cliff (step) was specified through an immersed boundary method. The validation of the code was done by comparison of the results with experimental and observational data. The numerical simulations were carried out for different coastal cliff heights and inclinations. The results show that the predominant factors for the height of the IBL and its characteristics are the upstream velocity, and the height and form (inclination) of the coastal cliff. Copyright (C) 2010 John Wiley & Sons, Ltd.

Star products made (somewhat) easier

We develop an approach to the deformation quantization on the real plane with an arbitrary Poisson structure which is based on Weyl symmetrically ordered operator products. By using a polydifferential representation for the deformed coordinates, xj we are able to formulate a simple and effective iterative procedure which allowed us to calculate the fourth-order star product (and may be extended to the fifth order at the expense of tedious but otherwise straightforward calculations). Modulo some cohomology issues which we do not consider here, the method gives an explicit and physics-friendly description of the star products.

Estimativa do comportamento de máquinas assíncronas sujeitas a afundamentos de tensão

Os afundamentos de tensão são reduções de curta duração entre o 10% a 90% da magnitude de tensão eficaz. Usualmente, estes afundamentos são associados com falhas no sistema de energia elétrica, mas podem ser causados pela elevada corrente de partida de motores de indução ou energização de transformadores. Apesar de sua curta duração, tais eventos podem causar sérios problemas para alguns equipamentos. As conseqüências dos afundamentos de tensão sobre a máquina assíncrona são: perda de velocidade durante o afundamento e picos de corrente e de conjugado que aparecem na queda de tensão e no instante de restabelecimento. Este estudo visa analisar o comportamento da máquina assíncrona diante de afundamentos de tensão e as características destes, devido à influência do motor assíncrono como carga. Enfocando-se neste ponto, é que foram considerados diferentes tipos de afundamentos devido a diferentes falhas, que produziram quedas de tensão nos terminais da máquina assíncrona com variações na magnitude e no argumento de tensão. As simulações foram realizadas aplicando um método numérico tradicional e um método simplificado, o método simplificado lineariza as equações diferenciais elétricas da máquina assíncrona considerando a velocidade mecânica constante, para o cálculo dos transitórios elétricos no início da queda de tensão e no restabelecimento da mesma. Os transitórios obtidos pelo método numérico tradicional (Runge Kutta quarta ordem) e o método simplificado foram comparados, para verificar a precisão deste método com respeito ao numérico tradicional, concluindo-se, que o método simplificado poderá aplicar-se em máquinas de baixo escorregamento e elevada constante de inércia. Além disso, foram realizados experimentos, submetendo o sistema a diferentes quedas de tensão, considerando diferentes magnitudes e durações no afundamento.

Persistência na lactação para vacas da raça Holandesa criadas no Estado do Rio Grande do Sul via modelos de regressão aleatória

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Random regression models using different functions to model test-day milk yield of Brazilian Holstein cows

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Study of Stability of Rotational Motion of Spacecraft with Canonical Variables

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Bose-Einstein condensation dynamics in three dimensions by the pseudospectral and finite-difference methods

We suggest a pseudospectral method for solving the three-dimensional time-dependent Gross-Pitaevskii (GP) equation, and use it to study the resonance dynamics of a trapped Bose-Einstein condensate induced by a periodic variation in the atomic scattering length. When the frequency of oscillation of the scattering length is an even multiple of one of the trapping frequencies along the x, y or z direction, the corresponding size of the condensate executes resonant oscillation. Using the concept of the differentiation matrix, the partial-differential GP equation is reduced to a set of coupled ordinary differential equations, which is solved by a fourth-order adaptive step-size control Runge-Kutta method. The pseudospectral method is contrasted with the finite-difference method for the same problem, where the time evolution is performed by the Crank-Nicholson algorithm. The latter method is illustrated to be more suitable for a three-dimensional standing-wave optical-lattice trapping potential.

Tm and Tm-Tb-doped germanate glasses for S-band amplifiers

The mechanism involved in the Tm(3+)((3)F(4)) -> Tb(3+)((7)F(0,1,2)) energy transfer as a function of the Tb concentration was investigated in Tm:Tb-doped germanate (GLKZ) glass. The experimental transfer rate was determined from the best fit of the (3)F(4) luminescence decay due to the Tm -> Tb energy transfer using the Burshtein model. The result showed that the 1700 nm emission from (3)F(4) can be completely quenched by 0.8 mol% of Tb(3+). As a consequence, the (7)F(3) state of Tb(3+) interacts with the (3)H(4) upper excited state of TM(3+) slighting decreasing its population. The effective amplification coefficient beta(cm(-1)) that depends on the population density difference Delta n = n((3)H(4))-n((3)F(4)) involved in the optical transition of Tm(3+) (S-band) was calculated by solving the rate equations of the system for continuous pumping with laser at 792 nm, using the Runge-Kutta numerical method including terms of fourth order. The population density inversion An as a function of Tb(3+) concentration was calculated by computational simulation for three pumping intensities, 0.2, 2.2 and 4.4 kWcm(-2). These calculations were performed using the experimental Tm -> Tb transfer rates and the optical constants of the Tm (0.1 mol%) system. It was demonstrated that 0.2 mol% of Tb(3+) propitiates best population density inversion of Tin(3+) maximizing the amplification coefficient of Tm-doped (0.1 mol%) GLKZ glass when operating as laser intensity amplification at 1.47 mu m. (C) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Solução numérica das equações de Navier-Stokes em um canal-tipo estenose usando métodos compactos e não compacos de alta ordem

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Estudo da estabilidade do movimento rotacional de satélites artificiais com variáveis canônicas

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Modelagem sísmica via métodos das diferenças finitas: caso da bacia do Amazonas

Este trabalho tem por objetivo apresentar os resultados da modelagem sísmica em meios com fortes descontinuidades de propriedades físicas, com ênfase na existência de difrações e múltiplas reflexões, tendo a Bacia do Amazonas como referência à modelagem. As condições de estabilidade e de fronteiras utilizadas no cálculo do campo de ondas sísmicas foram analisadas numericamente pelo método das diferenças finitas, visando melhor compreensão e controle da interpretação de dados sísmicos. A geologia da Bacia do Amazonas é constituída por rochas sedimentares depositadas desde o Ordoviciano até o Recente que atingem espessuras da ordem de 5 km. Os corpos de diabásio, presentes entre os sedimentos paleozóicos, estão dispostos na forma de soleiras, alcançam espessuras de centenas de metros e perfazem um volume total de aproximadamente 90000 Km³. A ocorrência de tais estruturas é responsável pela existência de reflexões múltiplas durante a propagação da onda sísmica o que impossibilita melhor interpretação dos horizontes refletores que se encontram abaixo destas soleiras. Para representar situações geológicas desse tipo foram usados um modelo (sintético) acústico de velocidades e um código computacional elaborado via método das diferenças finitas com aproximação de quarta ordem no espaço e no tempo da equação da onda. A aplicação dos métodos de diferenças finitas para o estudo de propagação de ondas sísmicas melhorou a compreensão sobre a propagação em meios onde existem heterogeneidades significativas, tendo como resultado boa resolução na interpretação dos eventos de reflexão sísmica em áreas de interesse. Como resultado dos experimentos numéricos realizados em meio de geologia complexa, foi observada a influência significativa das reflexões múltiplas devido à camada de alta velocidade, isto provocou maior perda de energia e dificultou a interpretação dos alvos. Por esta razão recomenda-se a integração de dados de superfície com os de poço, com o objetivo de obter melhor imagem dos alvos abaixo das soleiras de diabásio.

Modelagem sísmica por diferenças finitas em meios bidimensionais com difratores

Este trabalho tem por objetivo a modelagem sísmica em meios com fortes descontinuidades de propriedades físicas, com ênfase na existência de difrações. Como parte deste estudo foi feita a análise numérica visando as condições de estabilidade e de fronteiras utilizadas no cálculo do campo de ondas sísmicas. Para a validação do programa de diferenças finitas foi feita a comparação cinemática com a Teoria do Raio para um modelo simples. O motivo deste estudo é ter uma melhor compreensão e controle sobre os problemas de modelagem, visando contribuir para a solução de problemas na interpretação de dados sísmicos. Segundo vários autores na literatura geológica, Derby (1877), Evans (1906), Paiva (1929) e Moura (1938). A Bacia do Amazonas é constituída por rochas sedimentares depositadas desde o Ordoviciano até o recente, atingindo espessuras da ordem de 5 km. Os corpos de diabásio, presentes entre os sedimentos paleozóicos, estão dispostos na forma de soleiras, alcançando espessuras de centenas de metros, perfazendo um volume total de 90.000 quilômetros cúbicos. A ocorrência de tais estruturas é responsável pela existência de reflexões múltiplas durante a propagação da onda sísmica, impossibilitando uma melhor interpretação dos horizontes refletores que se encontram abaixo das soleiras. Para representar situações geológicas desse tipo foi usado um modelo acústico de velocidades. Para o cálculo dos sismogramas foi utilizado um programa de diferenças finitas com aproximação de quarta ordem da equação da onda acústica no espaço e no tempo. As aplicações dos métodos de diferenças finitas para o estudo de propagação de ondas sísmicas têm melhorado a compreensão sobre a propagação em meios onde existem heterogeneidades significativas, tendo como resultado boa resolução na interpretação dos eventos de reflexão sísmica em áreas de interesse. Como resultado dos experimentos numéricos realizados em meio de geologia complexa, foi observado a influência significativa das múltiplas devido a camada de alta velocidade, o que faz com que haja maior perda de energia dificultando a interpretação dos alvos. Por esta razão recomendo a integração de dados de superfície com os dados de poço, com o objetivo de se obter uma melhor imagem dos alvos abaixo das soleiras de diabásio.