Self-standing curved crystals for X and Gamma rays focusing

The efficiency of a Laue lens for X and Gamma ray focusing in the energy range 60 ÷ 600 keV is closely linked to the diffraction efficiency of the single crystals composing the lens. A powerful focusing system is crucial for applications like medical imaging and X ray astronomy where wide beams must be focused. Mosaic crystals with a high density, such as Cu or Au, and bent crystals with curved diffracting planes (CDP) are considered for the realization of a focusing system for X rays, owing to their high diffraction efficiency. In this work, a comparison of the efficiency of CDP crystals and mosaic crystals was performed on the basis of the theory of X-ray diffraction. Si, GaAs and Ge CDP crystals with optimized thicknesses and moderate radii of curvature of several tens of metres demonstrate comparable or superior performance with respect to the higher atomic number mosaic crystals generally used. A simplified approach for calculating the integrated reflectivity of the crystals is applied. A bending technique used during this work to realize CDP crystals consists in a controlled surface damaging induced by a mechanical lapping process. A compressive strained layer of few micrometres in thickness is generated and causes the convex curvature of the damaged side of the crystal. Another new bending technique is developed and the main results are shown. The process consists on a film deposition of a selected bi-component epoxy resin on one side of crystal, made uniform in thickness by mean of a spin-coater. Choosing the speed of spin-coating, so changing the thickness of the film, a control of radius of curvature can be obtained. Moreover the possibility to combine the two bending technique to obtain CDP crystal with a stronger curvature in rather thick crystals was demonstrated. Detailed characterization of Si, and GaAs CDP crystals at low and high x-ray energies are performed on flat and bent crystals obtained with the damaging and the resin deposition technique. As expected an increase of diffraction efficiency in asymmetrical diffraction geometry in CDP crystals with respect to the flat ones is observed. On the other hand an unexpected increase of the integrated intensity in symmetrical geometry, not predicted by the theory, is observed in all the measurements performed with different set up. The experimental trend of the integrated reflectivity as a function of the radius of curvature is in a good agreement with that predicted by the theory of bent perfect crystals, so it is possible to conclude that the surface damage has a limited effect on the crystal reflectivity. A study of the integrated reflectivity in the energy range of interest (100÷350 keV) in CDP crystals realized with damaging and resin deposition technique at symmetrical and asymmetrical geometries was performed at ILL Institute. Also at these energies the diffraction efficiency of bent crystals was much larger (a 12 time increase is observed for bent crystals in asymmetrical 111 geometry) than that measured in flat crystals. The diffraction efficiency of CDP crystals realized with both techniques tends to coincide with that of flat crystals at very high energies (> 200 keV). This suggesting that also real flat perfect crystals can be considered as strongly bent or mosaic crystals at very high X ray energies.

Emaranhamento de feixes de fótons por meio do campo magnético

Foi proposta uma experiência na qual seria possível produzir um emaranhamento quântico de feixes de fótons com diferentes frequências, movendo-se em uma mesma direção, controlado por meio de um campo magnético externo. Nessa experiência, a interação entre o campo magnético e fótons é realizada por intermédio de elétrons, que interagem tanto com os fótons quanto com o campo magnético externo. Foi desenvolvida uma teoria que descreve processos físicos. Derivamos medidas de emaranhamento de informação e de Schmidt para um sistema geral de dois qubits e a medida residual para um sistema geral de três qubits. Usando a informação obtida da análise dos sistemas de dois e de três quase-fótons, calculamos medidas de emaranhamento. Criamos um programa para cálculo numérico, nesses casos, através do qual construímos gráficos de dependência das medidas de emaranhamentos em feixes de dois e de três fótons. Os resultados obtidos nos permitem ver como a medida de emaranhamento depende dos parâmetros, que caracterizam o sistema em questão. Por exemplo, se ambas as polarizações dos fótons coincidem, então, nenhum emaranhamento ocorre. O emaranhamento acontece apenas se as polarizações do fóton forem opostas.

Avaliação da integridade estrutural de elementos de concreto armado a partir das propriedades modais obtidas por técnicas de excitações aleatórias e transientes

A análise dinâmica experimental tem sido amplamente pesquisada como uma ferramenta de avaliação de integridade de estruturas de concreto armado. Existem técnicas de identificação de danos baseadas em propriedades modais como frequências de ressonâncias, deformadas modais, curvaturas modais e amortecimento. Há também técnicas baseadas na não linearidade da resposta dinâmica, que apesar do grande potencial na detecção de danos, têm sido pouco exploradas nos últimos anos. Este trabalho tem por objetivo avaliar a integridade estrutural de vigas de concreto armado através do comportamento da resposta dinâmica. Foram realizados ensaios dinâmicos em duas vigas de concreto armado com 3,5 m de comprimento, 25 cm de largura, 35 cm de altura e idênticas taxas de armaduras, mas configuradas com barras de aço de diferentes diâmetros, 2 ϕ 16 mm e 8 ϕ 8 mm, respectivamente. Tais vigas, inicialmente íntegras, foram submetidas a ciclos de carregamento e descarregamento com intensidades crescentes até atingir a ruptura do elemento. Após cada ciclo, as propriedades dinâmicas foram avaliadas experimentalmente, com o emprego de técnicas de excitação por sinais do tipo aleatório e tipo transiente, respectivamente, visando determinar parâmetros que indiquem a deterioração gradativa do elemento. Nesses ensaios dinâmicos aplicaram-se diferentes amplitudes da força de excitação. Verificou-se que o aumento da amplitude da força dinâmica de excitação provocou reduções nos valores das frequências de ressonância de 1,1% e 2,4%, associadas, respectivamente, às excitações aleatórias e transientes; e um comportamento não linear dos índices de amortecimento, associados às excitações aleatórias, mantendo um crescimento linear com as excitações transientes. Constatou-se, ainda, que os valores das frequências de ressonância decrescem com a redução de rigidez mecânica, diminuída com o aumento do nível de fissuração induzido nos modelos. Já os valores dos índices de amortecimento, após cada ciclo, se comportaram de forma não linear e assumiram diferentes valores, conforme a técnica de excitação empregada. Acredita-se que esta não linearidade está relacionada aos danos provocados no elemento pela solicitação estrutural e, por consequência, ao processo de como a dissipação de energia é empregada no processo de instauração, configuração e propagação das fissuras nos elementos de concreto armado.

Atenuação de vibrações em pás de helicópteros utilizando circuito piezelétrico semi-passivo

O uso de materiais inteligentes em problemas de controle de vibração tem sido investigado em diversas pesquisas ao longo dos últimos anos. Apesar de que diferentes materiais inteligentes estão disponíveis, o piezelétrico tem recebido grande atenção devido à facilidade de uso como sensores, atuadores, ou ambos simultaneamente. As principais técnicas de controle usando materiais piezoelétricos são os ativos e passivos. Circuitos piezelétricos passivos são ajustados para uma frequência específica e, portanto, a largura de banda efetiva é pequena. Embora os sistemas ativos possam apresentar um bom desempenho no controle de vibração, a quantidade de energia externa e hardware adicionado são questões importantes. As técnicas SSD (Synchronized Switch Damping) foram desenvolvidas como uma alternativa aos controladores passivos e controladores ativos de vibração. Elas podem ser técnicas semi-ativas ou semi-passivas que introduzem um tratamento não linear na tensão elétrica proveniente do material piezelétrico e induz um aumento na conversão de energia mecânica para energia elétrica e, consequentemente, um aumento no efeito de amortecimento. Neste trabalho, o controle piezoelétrico semi-passivo de uma pá piezelétrica engastada é apresentado e comparado com outros controladores. O modelo não linear electromecânico de uma pá com piezocerâmicas incorporados é determinado com base no método variacional-assintótico (VAM). O sistema rotativo acoplado não linear é resolvido no domínio do tempo, utilizando um método de integração alfa-generalizado afim de garantir a estabilidade numérica. As simulações são realizadas para uma vasta gama de velocidades de rotação. Em primeiro lugar, um conjunto de resistências (variando desde a condição de curto-circuito para a condição de circuito aberto) é considerada. O efeito da resistência ótima (que resulta em máximo amortecimento) sobre o comportamento do sistema é investigado para o aumento da velocidade de rotação. Mais tarde, a técnica SSDS é utilizada para amortecer as oscilações da pá com o aumento da velocidade de rotação. Os resultados mostram que a técnica SSDS pode ser um método útil para o controle de vibrações de vigas rotativas não lineares, tais como pás de helicóptero.

Sistema computacional com geração de dados e visualização de resultados para estrutura de edifícios

Este trabalho trata do desenvolvimento de um sistema computacional, para a geração de dados e apresentação de resultados, específico para as estruturas de edifícios. As rotinas desenvolvidas devem trabalhar em conjunto com um sistema computacional para análise de estruturas com base no Método dos Elementos Finitos, contemplando tanto as estruturas de pavimentos; com a utilização de elementos de barra, placa/casca e molas; como as estruturas de contraventamento; com a utilização de elementos de barra tridimensional e recursos especiais como nó mestre e trechos rígidos. A linguagem computacional adotada para a elaboração das rotinas mencionadas é o Object Pascal do DELPHI, um ambiente de programação visual estruturado na programação orientada a objetos do Object Pascal. Essa escolha tem como objetivo, conseguir um sistema computacional onde alterações e adições de funções possam ser realizadas com facilidade, sem que todo o conjunto de programas precise ser analisado e modificado. Por fim, o programa deve servir como um verdadeiro ambiente para análise de estruturas de edifícios, controlando através de uma interface amigável com o usuário uma série de outros programas já desenvolvidos em FORTRAN, como por exemplo o dimensionamento de vigas, pilares, etc.

Ligações em estruturas de madeira compostas por chapas de madeira compensada

As estruturas de madeira composta com alma em compensado já vem sendo amplamente utilizadas em diversos países onde as estruturas de madeira estão tecnologicamente mais desenvolvidas, oferecendo aos engenheiros civis mais uma opção de sistema construtivo eficiente, seguro e duradouro. Nesse trabalho são apresentados estudos teóricos e experimentais referentes às estruturas de madeira compostas utilizando compensado nas almas, e em especial as estruturas cuja ligação alma mesa é feita por pinos metálicos. O objetivo desse trabalho é desenvolver critérios de dimensionamento dessas estruturas para serem aplicados no Brasil. Vários critérios de dimensionamento de elementos compostos foram encontrados na bibliografia, alguns com simplificações que desconsideram efeitos de composição parcial e outros mais completos, que consideram deformações por cisalhamento, composição parcial etc. Com os resultados dos ensaios de vigas compostas pregadas foi possível comparar valores experimentais com resultados teóricos, concluiu-se que os critérios de dimensionamento do EUROCODE 5 são adequados. Os ensaios de rigidez de nó de pórtico de seção composta permitiram o desenvolvimento de metodologia para o cálculo da rigidez dessas ligações, visto que não existe formulação equivalente na bibliografia internacional. Concluiu-se que as ligações por pinos metálicos apresentam boa eficiência para serem utilizadas nas seções compostas com alma em compensado. As ligações de nó de pórtico com ligação alma/mesa pregadas podem ser consideradas rígidas na maioria dos casos estudados.

Desenvolvimento e caracterização de câmaras de ionização especiais para feixes de tomografia computadorizada

O uso de Tomografia Computadorizada (CT) para procedimentos de imagiologia vem crescendo cada vez mais devido aos avanços da tecnologia dos equipamentos de CT, que permitem a obtenção de imagens com melhor resolução do que por outras técnicas, sendo consequentemente responsável pelo aumento da dose de radiação no paciente durante o procedimento. Isso acarretou uma maior preocupação com as doses recebidas pelos pacientes que se submetem a esse tipo de exame. Para a realização da dosimetria de feixes de CT, o instrumento mais utilizado é a câmara de ionização do tipo lápis, pois este dosímetro apresenta uma resposta uniforme ao feixe de radiação incidente em todos os ângulos. A câmara convencional que se encontra disponível no mercado apresenta um comprimento de volume sensível de 10 cm; entretanto, alguns estudos têm mostrado que esse dosímetro tem subestimado os valores de dose. Portanto, neste trabalho optou-se por desenvolver no Laboratório de Calibração de Instrumentos do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (LCI-IPEN/CNEN) duas câmaras de ionização, fazendo uso de materiais nacionais de baixo custo, com comprimentos de volume sensível de 10 cm e 30 cm. A caracterização destas câmaras foi realizada e os resultados se apresentaram dentro dos limites recomendáveis internacionais. Como uma aplicação, as câmaras desenvolvidas, juntamente com uma câmara comercial, foram testadas em um tomógrafo clínico. As câmaras de ionização desenvolvidas foram analisadas de maneira completa, para os seus possíveis usos.

Vibration frequency measurement using a local multithreshold technique

In this paper, we demonstrate the use of a video camera for measuring the frequency of small-amplitude vibration movements. The method is based on image acquisition and multilevel thresholding and it only requires a video camera with high enough acquisition rate, not being necessary the use of targets or auxiliary laser beams. Our proposal is accurate and robust. We demonstrate the technique with a pocket camera recording low-resolution videos with AVI-JPEG compression and measuring different objects that vibrate in parallel or perpendicular direction to the optical sensor. Despite the low resolution and the noise, we are able to measure the main vibration modes of a tuning fork, a loudspeaker and a bridge. Results are successfully compared with design parameters and measurements with alternative devices.

Light capsules shaped by curvilinear meta-surfaces

We propose a simple yet efficient method for generating in-plane hollow beams with a nearly full circular light shell without the contribution of backward propagating waves. The method relies on modulating the phase in the near field of a centrosymmetric optical wave front, such as that from a high-numerical-aperture focused wave field. We illustrate how beam acceleration may be carried out by using an ultranarrow non-flat meta-surface formed by engineered plasmonic nanoslits. A mirror-symmetric, with respect to the optical axis, circular caustic surface is numerically demonstrated that can be used as an optical bottle.

A Unique Prestressed Concrete Pedestrian Bridge in Spain

This paper describes the so-called Kiss Bridge. This structure resembles a kiss, a subtle touch of structures. The beams have been structurally designed to adapt the Japanese art of paper folding called "origami." The material used for constructing the floating beams is white reinforced concrete in the form of folded shells. The two geometrically different parts have distinct structural behaviors. The length of the main pathway of both structures is over 60 m. The pedestrian bridge crosses an artificial rainwater channel with a skew of 45° with respect to the referred channel. The joint between the cantilever structure and the Y-shaped one is located over the middle of the channel. Each stretch has different transversal sections. The pedestrian bridge is made with prestressed self-compacting reinforced concrete of 60 MPa. The foundation is shallow, comprising footings and footing beams made of 25 MPa conventional concrete. The cantilever structure with its foundations is designed as a semi-integral bridge whereas the Y-shaped one is an integral structure. The dynamic behavior of the structure was carefully studied to ensure that the dynamic loads generated by pedestrians do not cause excessive vibrations, especially to the cantilever structure, which could present dynamic interactions with the pedestrians walking. The bridge was recognized, in the 2014 edition of the fib Awards for Outstanding Concrete Structures, for having made a valuable contribution to the image and promotion of concrete structures.

Improntas vegetales en arquitectura e improntas de cestería en el yacimiento ibérico del Cerro de la Cruz (Almedinilla, Córdoba)

Este trabajo presenta un amplio conjunto inédito de elementos asociados a la arquitectura doméstica y a partir de ello arroja nueva luz sobre las técnicas constructivas ibéricas en Andalucía, sobre las que apenas hay detallados publicados. Se analizan en detalle las improntas de elementos arquitectónicos vegetales sobre bloques de barro, que a su vez formaron parte de esa misma arquitectura, así como las improntas de elementos de cestería. Todo procede de las recientes excavaciones en el poblado ibérico del Cerro de la Cruz (Almedinilla, Córdoba), destruido a mediados del s. II a.C. Se relacionan estos elementos con otros similares ya conocidos.

Geological risk assessment of Amtoudi Agadir in southern Morocco: a key case for sustainable cultural heritage

Medieval fortified granaries known as “agadirs” are very common in southern Morocco, being catalogued as world cultural heritage by United Nations. These Berber buildings (made of stones and tree trunks) usually located on rocky promontories, constitute historical testimonials related to the origin of Morocco, and, as tourist attractions, have a positive impact on the local economy. The sustainability of these ancient monuments requires geological-risk evaluations of the massif stability under the agadir with the proposal of stabilization measures, and an architectonic analysis with appropriate maintenance of the structural elements. An interdisciplinary study including climate, seismicity, hydrology, geology, geomorphology, geotechnical surveys of the massif, and diagnosis of the degradation of structural elements have been performed on the Amtoudi Agadir, selected as a case study. The main findings from this study are that the prevalent rocks used for construction (coming from the underlying substratum) are good-quality arkosic sandstones; the SW cliffs under the agadir are unstable under water saturation; some masonry walls are too thin and lack interlocking stones and mortar; and failures in the beams (due to flexure, fracture, and exhaustion in the resistance due to insect attacks or plant roots) are common. The basic risk assessment of ancient buildings of cultural heritage and their geologic substratum are needed especially in undeveloped areas with limited capacity to implement durable conservation policies. Therefore, recommendations have been provided to ensure the stability and maintenance of this important archaeological site.

Influence of Incidence Angle on the Coherent Copolar Polarimetric Response of Rice at X-Band

The coherent nature of the acquisition by TerraSAR-X of both copolar channels (HH and VV) enables the generation of many different polarimetric observables with physical interpretation, as have recently been used for monitoring rice fields. In this letter, the influence of incidence angle upon these polarimetric observables is analyzed by comparing three stacks of images that were acquired simultaneously at different incidence angles (22°, 30°, and 40°) during a whole cultivation campaign. We show that the response of observables related to dominance (entropy, ratios of components) and type of scattering mechanisms (alpha angles) is not greatly influenced by incidence angle at some stages: early and advanced vegetative phases, and maturation. Moreover, the acquisition geometry drives the sensitivity to the presence of the initial stems and tillers, being detected earlier at shallower angles. This analysis is a necessary step before studying potential methodologies for combining different orbits and beams for reducing the time between acquisitions for monitoring purposes.

A poem delivered at Harvard College, September 29th, 1789

Eight-page untitled handwritten poem attributed to Harvard student Benjamin Whitwell (Harvard AB 1790). The poem begins “The brow of age is soften’d into smiles” and contains classical and militaristic allusions. An annotation indicates that a set of stanzas beginning, “On thee, our common parent! Guardian! Friend! His mildest warmth, his brightest beams descend….” refers to Harvard President Joseph Willard. The text includes edits and annotations.

Surface relief grating growth in thin films of mexylaminotriazinefunctionalized glass-forming azobenzene derivatives

Azobenzene-containing materials exhibit various photomechanical properties, including the formation of surface relief gratings (SRG) when irradiated with two interfering laser beams. In a recent study, a novel glass-forming derivative of Disperse Red 1 (DR1) with a mexylaminotriazine group was synthesized in high yield with a simple and efficient procedure, and showed the ability to form high-quality amorphous thin films with a high resistance to crystallization. Irradiation of films of this material yielded SRG with growth rates comparable to other reported azo materials. Herein, a series of closely related molecular glasses containing azobenzene chromophores with various absorption maxima ranging from 410 to 570 nm were synthesized, and their physical and photomechanical properties were studied. All materials studied showed the ability to form stable glassy phases, and irradiation with lasers emitting at various wavelengths allowed to perform a comparative study of SRG growth within a series of analogous chromophores.