Treatment of polycarbonate by dielectric barrier discharge (DBD) at atmospheric pressure

Generally most plastic materials are intrinsically hydrophobic, low surface energy materials, and thus do not adhere well to other substances. Surface treatment of polymers by discharge plasmas is of great and increasing industrial application because it can uniformly modify the surface of sample without changing the material bulk properties and is environmentally friendly. The plasma processes that can be conducted under ambient pressure and temperature conditions have attracted special attention because of their easy implementation in industrial processing. Present work deals with surface modification of polycarbonate (PC) by a dielectric barrier discharge (DBD) at atmospheric pressure. The treatment was performed in a parallel plate reactor driven by a 60Hz power supply. The DBD plasmas at atmospheric pressure were generated in air and nitrogen. Material characterization was carried out by contact angle measurements, and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The surface energy of the polymer surface was calculated from contact angle data by Owens-Wendt method using distilled water and diiodomethane as test liquids. The plasma-induced chemical modifications are associated with incorporation of polar oxygen and nitrogen containing groups on the polymer surface. Due to these surface modifications the DBD-treated polymers become more hydrophilic. Aging behavior of the treated samples revealed that the polymer surfaces were prone to hydrophobic recovery although they did not completely recover their original wetting properties.

An Informatics Technical Note on Interaction of DNA - Graphene Chemical Sensor System as Reaction-Diffusion Wave-Based Computing System in Ionised Gaseous environments and their Applications Using Theoretical Studies and Scientific Computation Overview

The physics of plasmas encompasses basic problems from the universe and has assured us of promises in diverse applications to be implemented in a wider range of scientific and engineering domains, linked to most of the evolved and evolving fundamental problems. Substantial part of this domain could be described by R–D mechanisms involving two or more species (reaction–diffusion mechanisms). These could further account for the simultaneous non-linear effects of heating, diffusion and other related losses. We mention here that in laboratory scale experiments, a suitable combination of these processes is of vital importance and very much decisive to investigate and compute the net behaviour of plasmas under consideration. Plasmas are being used in the revolution of information processing, so we considered in this technical note a simple framework to discuss and pave the way for better formalisms and Informatics, dealing with diverse domains of science and technologies. The challenging and fascinating aspects of plasma physics is that it requires a great deal of insight in formulating the relevant design problems, which in turn require ingenuity and flexibility in choosing a particular set of mathematical (and/or experimental) tools to implement them.

Effect of ion irradiation on the structural properties and hardness of a-C:H:Si:O:F films

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

Analysis on the formation of a FRC by flux measurements and MHD simulations

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

Tokamak TCABR: Acquisition system, data analysis, and remote participation using MDSplus

Each plasma physics laboratory has a proprietary scheme to control and data acquisition system. Usually, it is different from one laboratory to another. It means that each laboratory has its own way to control the experiment and retrieving data from the database. Fusion research relies to a great extent on international collaboration and this private system makes it difficult to follow the work remotely. The TCABR data analysis and acquisition system has been upgraded to support a joint research programme using remote participation technologies. The choice of MDSplus (Model Driven System plus) is proved by the fact that it is widely utilized, and the scientists from different institutions may use the same system in different experiments in different tokamaks without the need to know how each system treats its acquisition system and data analysis. Another important point is the fact that the MDSplus has a library system that allows communication between different types of language (JAVA, Fortran, C, C++, Python) and programs such as MATLAB, IDL, OCTAVE. In the case of tokamak TCABR interfaces (object of this paper) between the system already in use and MDSplus were developed, instead of using the MDSplus at all stages, from the control, and data acquisition to the data analysis. This was done in the way to preserve a complex system already in operation and otherwise it would take a long time to migrate. This implementation also allows add new components using the MDSplus fully at all stages. (c) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Shearless transport barriers in magnetically confined plasmas

Shearless transport barriers appear in confined plasmas due to non-monotonic radial profiles and cause localized reduction of transport even after they have been broken. In this paper we summarize our recent theoretical and experimental research on shearless transport barriers in plasmas confined in toroidal devices. In particular, we discuss shearless barriers in Lagrangian magnetic field line transport caused by non-monotonic safety factor profiles. We also discuss evidence of particle transport barriers found in the TCABR Tokamak (University of Sao Paulo) and the Texas Helimak (University of Texas at Austin) in biased discharges with non-monotonic plasma flows.

Divertor map with freedom of geometry and safety factor profile

An explicit, area-preserving and integrable magnetic field line map for a single-null divertor tokamak is obtained using a trajectory integration method to represent equilibrium magnetic surfaces. The magnetic surfaces obtained from the map are capable of fitting different geometries with freely specified position of the X-point, by varying free model parameters. The safety factor profile of the map is independent of the geometric parameters and can also be chosen arbitrarily. The divertor integrable map is composed of a nonintegrable map that simulates the effect of external symmetry-breaking resonances, so as to generate a chaotic region near the separatrix passing through the X-point. The composed field line map is used to analyze escape patterns (the connection length distribution and magnetic footprints on the divertor plate) for two equilibrium configurations with different magnetic shear profiles at the plasma edge.

Equilibrium topology for plasmas with reversed current density.

Actually, transition from positive to negative plasma current and quasi-steady-state alternated current (AC) operation have been achieved experimentally without loss of ionization. The large transition times suggest the use of MHD equilibrium to model the intermediate magnetic field configurations for corresponding current density reversals. In the present work we show, by means of Maxwell equations, that the most robust equilibrium for any axisymmetric configuration with reversed current density requires the existence of several nonested families of magnetic surfaces inside the plasma. We also show that the currents inside the nonested families satisfy additive rules restricting the geometry and sizes of the axisymmetric magnetic islands; this is done without restricting the equilibrium through arbitrary functions. Finally, we introduce a local successive approximations method to describe the equilibrium about an arbitrary reversed current density minimum and, consequently, the transition between different nonested topologies is understood in terms of the eccentricity of the toroidal current density level sets.

Analysis of Electrostatic Turbulence Drive in Texas Helimak.

Plasma turbulence and particle transport in Texas Helimak change with the radial electric field profile modified by an external voltage bias. When the bias is positive, the turbulence shows enhanced level and broadband spectra with extreme events, similar to the turbulence in tokamak scrape-‐off layer. However, negative bias reduces the turbulence level and decreases the spectrum widths. Moreover, for negative biased shots, the particle transport is strongly affected by a wave particle resonant interaction. On the other hand, for positive bias values, the plasma presents a transport barrier in the reversed shear flow region.

Multiple Island Chains in Primary Resonances.

We analyse the dynamics of a relativistic particle moving in a uniform magnetic field and perturbed by a stationary electrostatic wave. We show that a pulsed wave produces an infinite number of perturbing terms with the same winding number. The perturbation coupling alters the number of island chains as a function of the parameters of the wave. We also observe that the number of chains in is always even if the number of islands in each chain is odd.

Ortsaufgelöster Nachweis von Elementspuren mittels Laserablation und Resonanzionisations-Massenspektrometrie und Untersuchungen zur Laserablations-Dynamik

Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine neue Methode für einen empfindlichen und isotopenselektiven Elementnachweis entwickelt. Unter Einsatz von Laserablation geschieht der Probenaufschluß direkt und mit einer Ortsauflösung von unter 30 m. Hierzu wurde ein hochauflösendes MALDI-TOF-Massenspektrometer, welches üblicherweise für biochemische Fragestellungen eingesetzt wird, mit einem spektroskopischen Aufbau zur resonanten Ionisation von Elementgehalten modifiziert. Die Methode ist somit insbesondere für die Untersuchung von Elementspuren in Festkörperproben mit mikroskopischer Struktur konzipiert. Methodische Entwicklungsarbeiten wurden anhand des Elements Gadolinium durchgeführt. Durch die Verwendung gepulster Farbstofflaser stehen ausreichend hohe Laserfelder zur Verfügung, um unabhängig von Hyperfeinstruktur und Isotopieverschiebung Übergänge aller Isotope im Rahmen des Resonanzionisations-Verfahrens zu sättigen. Darauf konnte eine Isotopenverhältnisanalyse mit einer Genauigkeit im Prozentbereich verwirklicht werden. Verschiedene Anregungsleitern wurden untersucht, und mit elementspezifischen Resonanzüberhöhungen bis zu zwei Größenordnungen über dem nicht-resonant gebildeten Untergrund konnte eine Nachweiseffizienz von über 10-4 (entsprechend sub-fg/g-Niveau) erzielt werden. Dazu wurden Simulationsrechnungen zum atomaren Sättigungsverhalten in starken resonanten Laserfeldern durchgeführt. Erste Anwendungen des Laserablationsverfahrens waren Proben kosmologischer Herkunft. Der physikalische Prozeß der Laserablation bei Metallen wurde unter Hochvakuum-Bedingung systematisch in Abhängigkeit der Laserfluenz untersucht. In der ablatierten Plasmaphase erwies sich der Neutralanteil als besonders geeignet für geschwindigkeitsselektive Laserionisations-Messungen. Eine bimodale Struktur wurde beobachtet, bestehend aus einer thermischen und einer schockwellen-induzierten Komponente. Der ionische Anteil der ablatierten Dampfphase konnte über variable elektrische Feldpulse untersucht werden. Laserablation unter Atmosphärenbedingung wurde an einem beschichteten Messingtarget untersucht. Dabei wurde die Entstehung von permanenten Oberflächenstrukturen beobachtet, welche sich durch Nichtgleichgewichts-Prozesse in der Dampfphase erklären lassen.

Selektiver Nachweis von Uran-236 mittels hochauflösender Resonanzionisations-Massenspektrometrie

Die vorliegende Dissertation beschreibt die Entwicklung, den Aufbau und die Erprobung eines neuartigen lasermassenspektrometrischen Nachweises des Ultraspurenisotops 236U. Das Nuklid 236U wird vorwiegend in Kernreaktoren durch Neutroneneinfang aus 235U gebildet und dient damit als Schlüsselisotop zur Unterscheidung anthropogenen Urans von natürlichem Uran-Vorkommen. Mit seinem Nachweis wird die Untersuchung der Migration von Kernbrennstoff in der Umwelt und die Beantwortung kritischer Fragen in der nuklearen Forensik ermöglicht. Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Verfahren der hochauflösenden Resonanzionisations-Massenspektrometrie auf die Anforderungen des selektiven Nachweises von Uran-Isotopen angepasst. Wesentliche Schritte waren hierbei die Untersuchung einer effizienten Atomisation von Uran-Proben, die Identifikation atomarer und autoionisierender Zustände für eine resonante Anregungsleiter, die vollständige Spezifikation der Anregungsleiter für alle Uran-Isotope und schließlich die Umsetzung der Erkenntnisse in ein analytisches Messverfahren. Die optische Selektivität des Verfahrens konnte durch Dichtematrixrechnungen zu ca. 14 Größenordnungen abgeschätzt werden; die Nachweisgrenze des Verfahrens für das Isotopenverhältnis 236U / 238U ist dabei gegenwärtig durch Untergrund begrenzt und beträgt ca. 3 · 10−8. Mit diesen Spezifikationen konnte die Linearität und Präzision des Nachweisverfahrens über einen dynamischen Bereich von vier Größenordnungen nachgewiesen werden.

Entwicklung des Laserionenquellen und -fallenprojekts LIST für Ultraspurendetektion und Grundlagenforschung

Die vorliegende Dissertation beschreibt die Realisation des neuartigen Konzepts der Laserionenquellenfalle für die on-line Produktion exotischer Nuklide und für den Nachweis von Spurenisotopen in Proben mit starken Isobarenkontaminationen. Ziel dieser Entwicklung ist eine wesentliche Steigerung der Isobarenselektivität einer herkömmlichen Laserionenquelle, sowie die Erzeugung zeitlich kontrollierter Ionenpulse mit hervorragender Strahlqualität. Es konnte die prizipielle Funktionsfähigkeit des Systems in Kombination mit einem Titan:Saphir-Lasersystem für die Elemente Gallium, Calcium und Nickel demonstriert und Ionenpulse mit einer minimalen Pulslänge von 1 µs erzeugt werden. Nach ersten Abschätzungen ist die Effizienz des Systems etwa einen Faktor 2500 geringer als die einer herkömmlichen Laserionenquelle. Der zweite Teil der Arbeit beschäftigt sich mit dem spurenanalytischen Nachweis von 99-Tc, mit dem Ziel, das Verhalten von 99-Tc in der Umgebung eines möglichen Endlagers für nukleare Abfälle studieren zu können. Hier wurden erste Studien mit dem kurzlebigen Isomer 99m-Tc zur Wechselwirkung von Tc(VII) mit Huminsäure und Kaolinit durchgeführt. Für den Einsatz der Laserionenquellenfalle in der Ultraspurenanalyse, wurde ein effizientes Anregungsschema für Titan:Saphir-Laser entwickelt und 99-Tc in einer herkömmlichen Ionenquelle nachgewiesen. Der letzte Teil der Arbeit beschreibt Machbarkeitsstudien zum Aufbau einer Laserionenquelle auf Basis eines Titan:Sahphir-Lasersystems, die parallel zu oben genannten Entwicklungen am Oak Ridge National Laboratory durchgeführt wurden. Im Rahmen dieser Messungen wurden Anregungsschemata für die resonante Anregung und Ionisation von Kupfer und Palladium für Titan:Saphir-Laser getestet. Dabei konnte zum ersten Mal frequenzvervierfachtes Laserlicht in einer Laserionenquelle eingesetzt werden. Am ORNL wurden Studien zur Zeitstruktur von Laserionenpulsen, sowie Emittanzmessungen von Laser- und Oberflächenionenstrahlen durchgeführt werden.

Moto di particelle cariche in campi elettromagnetici intensi

E stata risolta l'equazione d'onda per la radiazione elettromagnetica ed è stata trovata l'espressione (in forma di integrale) per un impulso monocromatico di frequenza angolare fissata e per un impulso di durata finita, imponendo che nello spazione dei vettori d'onda (k_x,k_y) l'impulso sia rappresentato da una funzione Gaussiana nella forma exp[-w_0^2(k_x^2+k_y^2)/4], dove w_0 rappresenta il waist trasverso. Per avere un'espressione analitica dell'impulso monocromatico e dell'impulso di durata finita si sono rese necessarie rispettivamente l'approssimazione parassiale e un'approssimazione di "fattorizzazione". Sono state analizzate, sia analiticamente sia numericamente, i limiti entro i quali queste approssimazioni possono essere considerate accurate. Le soluzioni esatte e le soluzioni approssimate sono state confrontate graficamente. Nel capitolo finale è stato analizzato il moto di una particella carica che interagisce con un pacchetto d'onda unidimensionale, mettendo in luce la fondamentale differenza tra il moto di questa particella nel vuoto e il moto della stessa in un plasma carico. Infatti, in accordo con il teorema di Lawson-Woodward, nel vuoto la particella non può essere accelerata per interazione diretta con il pacchetto d'onda, mentre nel plasma, a seguito del passaggio del pacchetto, la particella può aver acquistato energia.

Fast calculation of LTE opacities for ICF plasmas

The accurate computation of radioactive opacities is needed in several research fields such as astrophysics, magnetic fusion or ICF target physics analysis, in which the radiation transport is an important feature to determine in detail. Radiation transport plays an important role in the transport of energy in dense plasma and it is strongly influenced by the variation of plasma opacity with density and temperature, as well as, photon energy. In this work we present some new features of the opacity code ATMED [1]. This code has been designed to compute the spectral radioactive opacity as well as the Rosseland and Planck means for single element and mixture plasmas. The model presented is fast, stable and reasonably accurate into its range of application and it can be a useful tool to simulate ICF experiments in plasma laboratory.