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.

Áquila Earthquake (2009): influence of seismic source model and structure to modeling the strong ground motions

O sismo, ocorrido em 6 de Abril de 2009 (Mw 6,3) junto à cidade de Áquila (Itália), provocou uma grande destruição. Uma das consequências deste evento foi o impacto na opinião pública em torno da capacidade científica para a estimação da perigosidade sísmica e a necessidade de criação de sistemas de alerta sísmico. A determinação dos mecanismos de fonte sísmica de eventos sísmicos ocorridos e registados permite melhores caracterizações dos movimentos sísmicos para uma determinada área de estudo e consequentemente melhores cenários de risco. Se a região em estudo possuir propriedades físicas específicas e muito distintas de local para local, capazes de provocar alterações locais dos movimentos sísmicos (efeitos de sítio), torna-se imperativo uma caracterização bem definida do meio de propagação das ondas sísmicas de forma a poder sintetizar informação capaz de contribuir para a boa estimação da perigosidade sísmica. No âmbito deste trabalho pretende-se estudar a influência do mecanismo de fonte sísmica e da estrutura na modelação de movimentos sísmicos no caso de Áquila. A metodologia adoptada consiste na determinação da distribuição de deslizamentos sobre o plano de falha e utilização desta informação na modelação de sismogramas sintéticos (com recurso ao algoritmo E3D). Será igualmente estabelecida uma comparação de resultados considerando-se um meio com e sem bacia e considerando-se uma fonte pontual e uma fonte extensa.

Distribuição por tamanhos do aerosol atmosférico na Península Ibérica

Um dos principais fatores que afetam negativamente a qualidade do ambiente em muitas cidades em todo o mundo é o material particulado (PM). A sua presença na atmosfera pode ter impactos negativos na saúde humana, clima, património edificado e ecossistemas. Muitos dos estudos realizados em áreas urbanas focam apenas as frações respiráveis (PM10 e PM2,5). No entanto, os processos de formação, a identificação das fontes emissoras e os efeitos dependem muito da distribuição granulométrica das partículas. A atenção tem recaído na análise de hidrocarbonetos poliaromáticos (PAHs), devida à sua carcinogenicidade e a informação disponível sobre outros compostos é escassa. O presente estudo consistiu na obtenção do PM distribuído por diferentes frações de tamanho e na análise detalhada da sua composição química, em dois locais urbanos da Península Ibérica (Madrid e Lisboa). Dado que os veículos representam uma das principais fontes emissoras em ambientes urbanos, efetuou-se uma caracterização mais detalhada deste tipo de emissões, conduzindo uma campanha de amostragem num túnel rodoviário (Marquês de Pombal, Lisboa). As amostragens, em ambas as cidades, decorreram durante um mês, quer no verão quer no inverno, em dois locais urbanos distintos, um junto a uma via com influência de tráfego e outro numa área urbana de fundo. No túnel a amostragem foi realizada apenas durante uma semana. Em Madrid e no túnel, o PM foi recolhido utilizando um amostrador de elevado volume com impactor em cascata com quatro tamanhos: 10-2,5, 2,5-0,95, 0,95-0,49 e < 0,49 μm. Em Lisboa, foi utilizado um impactor em cascata com apenas dois tamanhos, 10- 2,5 e < 2,5 μm. As amostras foram quimicamente analisadas e determinadas as concentrações de compostos carbonados (OC, EC e carbonatos), iões inorgânicos solúveis em água (Cl−, NO3−, SO42−, Na+, NH4+, K+, Mg2+, Ca2+),metais e compostos orgânicos. Em Madrid, as concentrações médias de PM10 foram 44 e 48% maiores nas amostras recolhidas junto à estrada do que as de fundo urbano no verão e inverno, respetivamente. A fração grosseira e o PM0,5 apresentaram concentrações mais elevadas no verão do que no inverno devido às condições climatéricas pouco usuais. No verão, as amostragens decorreram num mês em que as temperaturas foram muito elevadas e em que ocorreram vários episódios de intrusão de poeira africana. Durante o período de amostragem de inverno, as temperaturas foram muito baixas e registaram-se vários dias de precipitação quer sob a forma de chuva, quer sob a forma de neve. As situações meteorológicas sinóticas mais comuns, incluindo aquelas que causam o transporte de massas de ar com poeiras Africanas, foram identificadas em ambas as estações do ano. As concentrações mássicas de PM10, EC e OC foram encontrados predominantemente na fração de tamanho ultrafino em ambos os locais de amostragem e estações do ano. Nas restantes frações não se observou nenhuma tendência sazonal. O carbono orgânico secundário (SOC) mostrou um claro padrão sazonal, com concentrações muito mais elevadas no verão do que no inverno, em ambos os lugares. A partir do balanço mássico de iões, observou-se que, no verão, a formação de compostos inorgânicos secundários (SIC) conduziu a um enriquecimento pouco comum de Ca2+ na fração submicrométrica, quer nas amostras de tráfego, quer em fundo urbano. Os alcanos, PAHs, os álcoois e os ácidos foram as classes de compostos orgânicos identificados e quantificados no material particulado. Globalmente, representaram 0,26 e 0,11 μg m−3 no verão e inverno, respetivamente, no local de tráfego e 0,28 e 0,035 μg m−3 na área urbana de fundo. Os diferentes compostos orgânicos também apresentaram padrões sazonais, sugerindo fontes de emissão (e.g. escapes dos veículos e fontes biogénicas) ou processos de formação com contribuições variáveis ao longo do ano. As concentrações de benzoapireno equivalente foram menores que 1 ng m-3 e o risco carcinogénico estimado é baixo. No verão, os maiores enriquecimentos de metais ocorreram na fração submicrométrica, e no inverno na fração grosseira. No verão, os enriquecimentos foram ≥ 80% para o Mn, Ni, Cu, Zn, Cd, Sb e Co, no inverno, estes traçadores de emissões do tráfego foram menores, exceto para o Zn. Em Lisboa, a concentração média de PM10 foi de 48 μg m-3 no verão e de 44 μg m-3 no inverno, junto à estrada. Na área de fundo urbano, registaram-se níveis comparáveis nas duas estações (27 μg m-3 e 26 μg m-3). A média do rácio PM2,5/PM10 foi de 65% no verão e 44% no inverno na área de tráfego e 62% e 59% na área urbana de fundo. Estes resultados significam que o PM2,5 é um dos principais contaminantes que afetam a qualidade do ar no centro da cidade de Lisboa. A relação OC/EC, que reflete a composição das emissões de combustão dos veículos, variou entre 0,3 e 0,4 no interior do túnel. Os rácios de OC/EC mínimos obtidos junto às vias de tráfego em Madrid e em Lisboa encontram-se entre os do túnel e os registados em atmosferas urbanas de fundo, sugerindo que os valores mínimos habitualmente obtidos para este parâmetro em ambientes urbanos abertos sobrestimam as emissões diretas de OC pelo transporte rodoviário. Espera-se que os resultados deste trabalho contribuam para suprir, pelo menos em parte, as lacunas de informação quer sobre a composição de várias granulometrias de PM, quer sobre fontes e processos de formação em atmosferas urbanas. Como a exposição a poluentes do ar ultrapassa o controle dos indivíduos e exige ação das autoridades públicas a nível nacional, regional e até mesmo internacional, é importante propor medidas mitigadoras focadas nas principais fontes de emissão identificadas.

Source localization with vector sensor array during the makai experiment

Vector sensors measure both the acoustic pressure and the three components of particle velocity. Because of this, a vector sensor array (VSA) has the advantage of being able to provide substantially higher directivity with a much smaller aperture than an array of traditional scalar (pressure only) hydrophones. Although several, most of them theoretic, works were published from early nineties, only in the last years due to improvements and availability of vector sensor technology, the interest on field experiments with VSA increased in the scientific community. During the Makai Experiment, that took place off the coast of Kauai I., Hawaii, in September 2005, real data were collected with a 4 element vertical VSA. These data will be discussed in the present paper. The acoustic signals were emitted from a near source (low frequency ship noise) and two high frequency controlled acoustic sources located within a range of 2km from the VSA. The advantages of the VSA over traditional scalar hydrophone arrays in source localization will be addressed using conventional beamforming.

Open source data sensing software for ultrasonic non-invasive temperature estimation

In this paper, an open source solution for measurement of temperature and ultrasonic signals (RF-lines) is proposed. This software is an alternative to the expensive commercial data acquisition software, enabling the user to tune applications to particular acquisition architectures. The collected ultrasonic and temperature signals were used for non-invasive temperature estimation using neural networks. The existence of precise temperature estimators is an essential point aiming at the secure and effective applica tion of thermal therapies in humans. If such estimators exist then effective controllers could be developed for the therapeutic instrumentation. In previous works the time-shift between RF-lines echoes were extracted, and used for creation of neural networks estimators. The obtained estimators successfully represent the temperature in the time-space domain, achieving a maximum absolute error inferior to the threshold value defined for hyperthermia/diathermia applications.

A scalable and open source linear positioning system controller

This paper is on the implementation of a dual axis positioning system controller. The system was designed to be used for space-dependent ultrasound signal acquisition problems, such as pressure field mapping. The work developed can be grouped in two main subjects: hardware and software. Each axis includes one stepper motor connected to a driver circuit, which is then connected to a processing unit. The graphical user interface is simple and clear for the user. The system resolution was computed as 127 mu m with an accuracy of 2.44 mu m. Although the target application is ultrasound signal acquisition, the controller can be applied to other devices that has up to four stepper motors. The application was developed as an open source software, thus it can be used or changed to fit different purposes.

Estimating the size of the population of persons who inject drugs in the island of Montréal, Canada, using a six-source capture-recapture model

BACKGROUND: To plan and implement services to persons who inject drugs (PWID), knowing their number is essential. For the island of Montréal, Canada, the only estimate, of 11,700 PWID, was obtained in 1996 through a capture-recapture method. Thirteen years later, this study was undertaken to produce a new estimate. METHODS: PWID were defined as individuals aged 14-65 years, having injected recently and living on the island of Montréal. The study period was 07/01/2009 to 06/30/2010. An estimate was produced using a six-source capture-recapture log-linear regression method. The data sources were two epidemiological studies and four drug dependence treatment centres. Model selection was conducted in two steps, the first focusing on interactions between sources and the second, on age group and gender as covariates and as modulators of interactions. RESULTS: A total of 1480 PWID were identified in the six capture sources. They corresponded to 1132 different individuals. Based on the best-fitting model, which included age group and sex as covariates and six two-source interactions (some modulated by age), the estimated population was 3910 PWID (95% confidence intervals (CI): 3180-4900) which represents a prevalence of 2.8 (95% CI: 2.3-3.5) PWID per 1000 persons aged 14-65 years. CONCLUSIONS: The 2009-2010 estimate represents a two-third reduction compared to the one for 1996. The multisource capture-recapture method is useful to produce estimates of the size of the PWID population. It is of particular interest when conducted at regular intervals thus allowing for close monitoring of the injection phenomenon.