Neutron Scattering of Aromatic and Aliphatic Liquids

Organic solvents, such as cyclohexane, cyclohexene, methylcyclohexane, benzene and toluene, are widely used as both reagents and solvents in industrial processes. Despite the ubiquity of these liquids, the local structures that govern the chemical properties have not been studied extensively. Herein, we report neutron diffraction measurements on liquid cyclohexane, cyclohexene, methylcyclohexane, benzene and toluene at 298 K to obtain a detailed description of the local structure in these compounds. The radial distribution functions of the centres of the molecules, as well as the partial distribution functions for the double bond for cyclohexene and methyl group for methylcyclohexane and toluene have been calculated. Additionally, probability density functions and angular radial distribution functions were extracted to provide a full description of the local structure within the chosen liquids. Structural motifs are discussed and compared for all liquids, referring specifically to the functional group and aromaticity present in the different liquids.

A high-energy, high-flux source of gamma-rays from all-optical nonlinear Thomson scattering

γ-Ray sources are among the most fundamental experimental tools currently available to modern physics. As well as the obvious benefits to fundamental research, an ultra-bright source of γ-rays could form the foundation of scanning of shipping containers for special nuclear materials and provide the bases for new types of cancer therapy.

However, for these applications to prove viable, γ-ray sources must become compact and relatively cheap to manufacture. In recent years, advances in laser technology have formed the cornerstone of optical sources of high energy electrons which already have been used to generate synchrotron radiation on a compact scale. Exploiting the scattering induced by a second laser, one can further enhance the energy and number of photons produced provided the problems of synchronisation and compact γ-ray detection are solved.

Here, we report on the work that has been done in developing an all-optical and hence, compact non-linear Thomson scattering source, including the new methods of synchronisation and compact γ-ray detection. We present evidence of the generation of multi-MeV (maximum 16–18 MeV) and ultra-high brilliance (exceeding 10²⁰ photons s⁻¹mm⁻²mrad⁻² 0.1% BW at 15 MeV) γ-ray beams. These characteristics are appealing for the paramount practical applications mentioned above.

Parameters determination for the coupled electromagnetic transformer model, with particular reference to winding faults studies

In the past few years, a considerable research effort has been devoted to the development of transformer digital models in order to simulate its behaviour under transient and abnormal operating conditions. Although many three-phase transformer models have been presented in the literature, there is a surprisingly lack of studies regarding the incorporation of winding faults. This paper presents a coupled electromagnetic transformer model for the study of winding inter-turn short-circuits. Particular attention will be given to the model parameters determination, for both healthy and faulty operating conditions. Experimental and simulation test results are presented in the paper, demonstrating the adequacy of the model as well as the methodologies for the parameters determination.

Electromagnetic transients analysis of lightning overvoltages on wind power plants

As wind power generation undergoes rapid growth, lightning and overvoltage incidents involving wind power plants have come to be regarded as a serious problem. Firstly, lightning location systems are discussed, as well as important parameters regarding lightning protection. Also, this paper presents a case study, based on a wind turbine with an interconnecting transformer, for the study of adequate lightning and overvoltage protection measures. The electromagnetic transients circuit under study is described, and computational results are presented.

Implementation of fractional-order electromagnetic potential through a genetic algorithm

Several phenomena present in electrical systems motivated the development of comprehensive models based on the theory of fractional calculus (FC). Bearing these ideas in mind, in this work are applied the FC concepts to define, and to evaluate, the electrical potential of fractional order, based in a genetic algorithm optimization scheme. The feasibility and the convergence of the proposed method are evaluated.

Protection of interconnected wind turbines against lightning effects: overvoltages and electromagnetic transientes study

This paper is concerned with direct or indirect lightning strokes on wind turbines, studying overvoltages and electromagnetic transients. As wind power generation undergoes rapid growth, lightning damages involving wind turbines have come to be regarded with more attention. With the aim of providing further insights into the lightning protection of wind turbines, describing the transient behavior in an accurate way, the restructured version (RV) of the electromagnetic transients program (EMTP) is used in this paper. A new case study is presented with two interconnected wind turbines, considering a direct lightning stroke to the blade or considering that lightning strikes the soil near a tower. Comprehensive computer simulations with EMTP-RV are presented and conclusions are duly drawn.

High-Speed Solid-Rotor Induction Machine – Electromagnetic Calculation and Design

Within the latest decade high-speed motor technology has been increasingly commonly applied within the range of medium and large power. More particularly, applications like such involved with gas movement and compression seem to be the most important area in which high-speed machines are used. In manufacturing the induction motor rotor core of one single piece of steel it is possible to achieve an extremely rigid rotor construction for the high-speed motor. In a mechanical sense, the solid rotor may be the best possible rotor construction. Unfortunately, the electromagnetic properties of a solid rotor are poorer than the properties of the traditional laminated rotor of an induction motor. This thesis analyses methods for improving the electromagnetic properties of a solid-rotor induction machine. The slip of the solid rotor is reduced notably if the solid rotor is axially slitted. The slitting patterns of the solid rotor are examined. It is shown how the slitting parameters affect the produced torque. Methods for decreasing the harmonic eddy currents on the surface of the rotor are also examined. The motivation for this is to improve the efficiency of the motor to reach the efficiency standard of a laminated rotor induction motor. To carry out these research tasks the finite element analysis is used. An analytical calculation of solid rotors based on the multi-layer transfer-matrix method is developed especially for the calculation of axially slitted solid rotors equipped with wellconducting end rings. The calculation results are verified by using the finite element analysis and laboratory measurements. The prototype motors of 250 – 300 kW and 140 Hz were tested to verify the results. Utilization factor data are given for several other prototypes the largest of which delivers 1000 kW at 12000 min-1.

Crystal growth, Raman scattering and optical properties of the superconductor Cd2Re2O7(16O, 18O)/

Using the Physical Vapor Transport method, single crystals of Cd2Re207 have been grown, and crystals of dimensions up to 8x6x2 mm have been achieved. X-ray diffraction from a single crystal of Cd2Re207 has showed the crystal growth in the (111) plane. Powder X-ray diffraction measurements were performed on ^^O and ^^O samples, however no difference was observed. Assigning the space group Fd3m to Cd2Re207 at room temperature and using structure factor analysis, the powder X-ray diffraction pattern of the sample was explained through systematic reflection absences. The temperatiure dependence of the resistivity measurement of ^^O has revealed two structural phase transitions at 120 and 200 K, and the superconducting transition at 1.0 K. Using Factor Group Analysis on three different structiures of Cd2Re207, the number of IR and Raman active phonon modes close to the Brillouin zone centre have been determined and the results have been compared to the temperature-dependence of the Raman shifts of ^^O and ^*0 samples. After scaling (via removing Bose-Einstein and Rayleigh scattering factors from the scattered light) all spectra, each spectrum was fitted with a number of Lorentzian peaks. The temperature-dependence of the FWHM and Raman shift of mode Eg, shows the effects of the two structurjil phase transitions above Tc. The absolute reflectance of Cd2Re207 - '^O single crystals in the far-infrared spectral region (7-700 cm~^) has been measured in the superconducting state (0.5 K), right above the superconducting state (1.5 K), and in the normal state (4.2 K). Thermal reflectance of the sample at 0.5 K and 1.5 K indicates a strong absorption feature close to 10 cm~^ in the superconducting state with a reference temperature of 4.2 K. By means of Kramers-Kronig analysis, the absolute reflectance was used to calculate the optical conductivity and dielectric function. The real part of optical conductivity shows five distinct active phonon modes at 44, 200, 300, 375, and 575 cm~' at all temperatures including a Drude-like behavior at low frequencies. The imaginary part of the calculated dielectric function indicates a mode softening of the mode 44 cm~' below Tc.

Low frequency Raman scattering in amorphous materials: fused quartz, "pyrex" boro-silicate glass and soda-lime silicate glass

Raman scattering in the region 20 to 100 cm -1 for fused quartz, "pyrex" boro-silicate glass, and soft soda-lime silicate glass was investigated. The Raman spectra for the fused quartz and the pyrex glass were obtained at room temperature using the 488 nm exciting line of a Coherent Radiation argon-ion laser at powers up to 550 mW. For the soft soda-lime glass the 514.5 nm exciting line at powers up to 660 mW was used because of a weak fluorescence which masked the Stokes Raman spectrum. In addition it is demonstrated that the low-frequency Raman coupling constant can be described by a model proposed by Martin and Brenig (MB). By fitting the predicted spectra based on the model with a Gaussian, Poisson, and Lorentzian forms of the correlation function, the structural correlation radius (SCR) was determined for each glass. It was found that to achieve the best possible fit· from each of the three correlation functions a value of the SCR between 0.80 and 0.90 nm was required for both quartz and pyrex glass but for the soft soda-lime silicate glass the required value of the SCR. was between 0.50 and 0.60 nm .. Our results support the claim of Malinovsky and Sokolov (1986) that the MB model based on a Poisson correlation function provides a universal fit to the experimental VH (vertical and horizontal polarizations) spectrum for any glass regardless of its chemical composition. The only deficiency of the MB model is its failure to fit the experimental depolarization spectra.

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.

Vector boson scattering at high energy at the LHC

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal