Experimental results and analysis from the 11 T Nb3Sn DS dipole

FNAL and CERN are developing a 5.5-m-long twin-aperture Nb3Sn dipole suitable for installation in the LHC. A 2-m-long single-aperture demonstrator dipole with 60 mm bore, a nominal field of 11 T at the LHC nominal current of 11.85 kA and 20% margin has been developed and tested. This paper presents the results of quench protection analysis and protection heater study for the Nb3Sn demonstrator dipole. Extrapolations of the results for long magnet and operation in LHC are also presented.Comment: 10 pages, Contribution to WAMSDO 2013: Workshop on Accelerator Magnet, Superconductor, Design and Optimization; 15 - 16 Jan 2013, CERN, Geneva, Switzerlan

Behavioral modeling techniques for power amplifier digital pre-distortion

Abstract. The dramatic increase in the capacity of telecommunication networks has increased the requirements of the devices, one example of which is the continuously widening bandwidth. Using broadband signals requires often high linearity from the transmitter — and especially from the power amplifier at the end of the transmitter chain — but at the same time, it should operate as efficiently as possible. The power amplifier is the most power consuming component in the transmitter and inherently nonlinear, so its linearization is an essential part of the overall system performance. Of the current linearization techniques, digital pre-distortion has established itself as the most common tool for providing better linearity and efficiency in a power amplifier and transmitter. In this thesis, the performance of power amplifier models used in digital pre-distortion was investigated and their differences compared to the more complex reference model used in the actual base station product. The aim of this thesis was to create a behavioral model that corresponds the physical component as accurately as the reference model. This behavioral model could be used for example to design and optimize a power amplifier and linearization algorithm without the need for the secret model for the product. This, in its turn, would result in more efficient work with third parties such as component vendors and reduce the linearization time. The performance parameters of the behavioral models were introduced at the beginning of the thesis. These were also used in later parts to analyse the measurement results. Power amplifier linearization measurements were performed under laboratory conditions on a MATLAB® test bench. From the results, it was found that the use of a simple memoryless behavioral model is not enough to describe the physical nonlinear component with sufficient accuracy. The results also showed that the complexity of the model reduces its accuracy if the model coefficients are not correctly positioned. In this thesis, we succeeded in creating a memory model that describes the reference model sufficiently accurately on several meters, taking into account also the memory effects of the power amplifier. This thesis thus provides a good basis for further development of the actual modeling tool for product projects.Tehovahvistimen käyttäytymistason mallinnustekniikat esisärötyksen tueksi. Tiivistelmä. Tietoliikenneverkkojen kapasiteetin räjähdysmäinen kasvu on lisännyt laitteiden vaatimuksia, joista yhtenä esimerkkinä on jatkuvasti suureneva kaistanleveys. Laajakaistaiset signaalit vaativat usein lähettimeltä — ja etenkin lähettimen loppupäässä olevalta tehovahvistimelta — korkeaa lineaarisuutta, mutta samalla sen on toimittava mahdollisimman tehokkaasti. Tehovahvistin on lähettimen eniten tehoa kuluttava komponentti ja luonnostaan epälineaarinen, joten sen linearisointi on oleellinen osa koko systeemin suorituskykyä. Nykyisistä linearisointitekniikoista digitaalinen esisärötys on vakiinnuttanut paikkansa yleisimpänä työkaluna paremman lineaarisuuden ja tehokkuuden saavuttamiseksi tehovahvistimessa. Tässä diplomityössä tutkittiin digitaalisessa esisärötyksessä käytettävien käyttäytymistason tehovahvistinmallien suorituskykyjä ja niiden eroja varsinaisessa tukiasematuotteessa käytettävään, monimutkaisempaan referenssimalliin verrattuna. Työn tavoitteena oli luoda käyttäytymismalli, jolla voidaan kuvata fyysistä komponenttia yhtä tarkasti kuin referenssimallilla. Mallia voitaisiin käyttää esimerkiksi uuden tehovahvistimen suunnittelussa ilman, että kaupalliseen tuotteeseen tulevaa, salaista referenssimallia on tarve käyttää. Näin voitaisiin tehostaa työskentelyä ulkopuolisten tahojen, kuten komponenttitoimittajien kanssa ja vähentää linearisointiin käytettävää aikaa. Työn alussa esiteltiin käyttäytymismallien suorituskykyparametrit, joita käytettiin mittaustulosten analysointiin. Tehovahvistimien linearisointimittaukset suoritettiin laboratorio-olosuhteissa MATLAB®-testipenkissä. Mittauksissa todettiin, että yksinkertainen, muistiton käyttäytymismalli ei riitä kuvaamaan fyysistä komponenttia riittävän tarkasti. Tuloksista pääteltiin myös, että liian kompleksinen malli heikentää sen tarkkuutta. Työssä onnistuttiin luomaan muistillinen käyttäytymismalli, joka kuvaa referenssimallia riittävän tarkasti usealla eri mittarilla tarkastellen — huomioiden osaltaan myös tehovahvistimen muistiefektejä. Tämä opinnäytetyö tarjoaa siis hyvän pohjan varsinaisen mallinnustyökalun jatkokehitykselle tuoteprojekteihin

Room-temperature ferromagnetism in Sr_(1-x)Y_xCoO_(3-delta) (0.2 < x < 0.25)

We have measured magnetic susceptibility and resistivity of Sr$_{1-x}$Y$_x$CoO$_{3-\delta}$ ($x=$ 0.1, 0.15, 0.2, 0.215, 0.225, 0.25, 0.3, and 0.4), and have found that Sr$_{1-x}$Y$_x$CoO$_{3-\delta}$ is a room temperature ferromagnet with a Curie temperature of 335 K in a narrow compositional range of 0.2 $\leq x\leq$ 0.25. This is the highest transition temperature among perovskite Co oxides. The saturation magnetization for $x=$ 0.225 is 0.25 $\mu_B$/Co at 10 K, which implies that the observed ferromagnetism is a bulk effect. We attribute this ferromagnetism to a peculiar Sr/Y ordering.Comment: 5 pages, 4 figure

Deformation, acoustic emission and ultrasound velocity during fatigue tests on paper

We study the evolution of mechanical properties of paper samples during cyclic experiments. The issue is to look at the sample-to-sample variation, and we try to predict the number of loading cycles to failure. We used two concurrent methods to obtain the deformation: the strain was calculated from vertical displacement measured by laser interferometer sensor, as well as, computed by digital image correlation technique from pictures taken each 2s by a camera. Acoustic emission of fracture was also recorded, and an active ultrasonic wave method using piezoelectric transducers is used to follow the viscoelastic behaviour of each sample. We found that a sharp final increase of different variables like deformation, strain rate and fluctuations, are signs of an imminent rupture of the paper. Moreover looking at the evolution of these quantities during the first cycle only is already an indicator about the lifetime of the sample.Peer reviewe

Measurement of electron correlations in LixCoO2 (x=0.0 - 0.35) using 59Co nuclear magnetic resonance and nuclear quadrupole resonance techniques

CoO2 is the parent compound for the superconductor NaxCoO2\cdot1.3H2O and was widely believed to be a Mott insulator. We performed 59Co nuclear magnetic resonance (NMR) and nuclear quadrupole resonance (NQR) studies on LixCoO2 (x = 0.35, 0.25, 0.12, and 0.0) to uncover the electronic state and spin correlations in this series of compounds which was recently obtained through electrochemical de-intercalation of Li from pristine LiCoO2. We find that although the antiferromagnetic spin correlations systematically increase with decreasing Li-content (x), the end member, CoO2 is a non-correlated metal that well satisfies the Korringa relation for a Fermi liquid. Thus, CoO2 is not simply located at the limit of x->0 for AxCoO2 (A = Li, Na) compounds. The disappearance of the electron correlations in CoO2 is due to the three dimensionality of the compound which is in contrast to the highly two dimensional structure of AxCoO2.Comment: 4pages, 4figures, to be published in Phys.Rev.B. Rapid

Kesannoinnin vaikutus vesilintukosteikon eliöyhteisöihin ja merkitys kunnostustoimenpiteenä

Tiivistelmä. Luonnonvaraiset kosteikot ovat merkittävästi vähentyneet ja ne ovat yksi uhanalaisimmista luontotyypeistä koko maailmassa. Maailmanlaajuisesti monien kosteikkolintulajien sekä muiden kosteikoilla viihtyvien lajien vähenemisen pääasialliseksi syyksi on arvioitu niiden käyttämien elinympäristöjen väheneminen ja pesimäympäristöjen laadun heikkeneminen. Ihmisen rakentamat kosteikot voivat olla tehokas tapa kompensoida makean veden ekosysteemien häviämistä sekä pilaantumista ja kosteikkoja perustamalla on lisätty vesilinnuille edullisia pesimä- ja poikueympäristöjä sekä paikallisella tasolla että koko maan mittakaavassa. Rakennettujen kosteikkojen sorsatuotanto voi olla jopa korkeampaa kuin boreaalisissa järvissä keskimäärin. Patoamalla rakennettujen kosteikkojen tuottavuus ja monimuotoisuus ei välttämättä kuitenkaan säily korkeana ilman jatkuvia hoito- ja kunnostustoimenpiteitä. Tuottokyvyn lasku ilmenee ensimmäisenä kosteikon vesiselkärangattomien vähenemisenä, ja muutokset näkyvät nopeasti myös sorsa- ja kahlaajalintujen poikastuoton heikentymisenä ja kosteikon vesilintumäärien vähentymisenä. Tällaiset jo tuottavuutensa menettäneet kosteikot tarvitsevat nuorentavan käsittelyn. Vedenpoistoa tai tilapäistä kuivuuskäsittelyä on käytetty kosteikon korkean tuottavuuden ylläpidossa ja tuottavuuden tehostamisessa, sillä muuttuvien vedenpinnan vaihteluiden on havaittu olevan keskeisessä osassa sorsalintujen, niiden ravintokasvien ja selkärangattomien korkean tuotannon ylläpidossa. Tässä tutkimuksessa tutkittiin väliaikaisen kuivuuskäsittelyn eli kesannoinnin merkitystä kunnostustoimenpiteenä sekä sen vaikutuksia vesilintukosteikon eliöyhteisöihin ja kosteikkojen tuottavuuteen. Tutkimuspopulaatiot ja 15 tutkimuskosteikkoa sijaitsivat eri puolella Suomea, joista viidelle kosteikolle suoritettiin kesannointikäsittely. Kesannointikäsittelyt eivät kuitenkaan onnistuneet tavoitellusti eikä koekäsittelyistä saaduilla tuloksilla ollut tilastollisesti merkitsevää vaikutusta kosteikkojen vesilintu-, selkärangaton- ja kasviyhteisöjen toiminnalle. Kesannoinnilla oli tilastollisesti merkitseviä vaikutuksia kosteikon vesikemiaan, mutta vaikutukset eivät olleet odotetun laajuisia eivätkä kohdistuneet kasvien kasvua rajoittavien ravinteiden, kuten typpi- tai fosforipitoisuuksiin. Tämän tutkimuksen tulokset viittaavat siihen, että vaikka tutkimuskohteisiin tehdyillä kesannointikäsittelyillä ei näyttänyt olevan merkittäviä vaikutuksia kosteikon tuottavuudelle, niiden tavoitteellinen luonnontila on linnustolle hyväksi ja onnistuessaan lisäävät kosteikkojen linnuston diversiteettiä, parimäärää sekä lajikirjoa. Jos kesannoinnilla saadaan lisättyä vesiselkärangattomien biomassaa, tällä on selkeä yhteys vesilinnuston laji- ja parimääriin ja yleiseen monimuotoisuuteen. Tulokset osoittavat, että kesannointi ei kuitenkaan vaikuta aina kosteikkojen selkärangattomien ja lintujen määrää toivotulla tavalla. Suurimpana syynä tähän voidaan pitää käsittelyiden epäonnistumismahdollisuutta. Kesannointikäsittelystä saatavien tavoitteiden saavuttaminen ja toteutuminen on riippuvainen kosteikon yläpuolisen valuma-alueen ominaisuuksista, vallitsevasta säätilasta, kosteikon ravinteikkuudesta ja sen muista ominaisuuksista sekä kosteikoilla elävien jyrsijöiden aikomuksista. Kesannoinnin onnistumista tulisikin edesauttaa tyhjentämisluukkujen paremmalla sijoittamisella, erillisillä tyhjennyspumpuilla sekä siemenkasvikylvöillä.The effect of summer drawdown to wetland communities and importance in waterfowl management. Abstract. Natural wetlands have declined significantly and are one of the most endangered habitats in the world. Globally, the main reason for the decline of many wetland bird species, as well as other species that lives in wetlands, has been estimated to be the decline in the habitats they use and the degradation in the quality of nesting and brooding habitats. This loss has an impact on populations of ducks which are declining. Man-made wetlands can be an effective way to compensate the loss and deterioration of the freshwater ecosystems, and recently have found to increase nesting and brooding habitats of waterfowl, both locally and worldwide. Duck production in man-made wetlands can be even higher than in natural boreal lakes on average. Early stages of succession after flooding provide high food supply for ducks. However, the productivity and diversity of wetlands built by man may not stay high without cyclic managements and restoration measures. The decline in productivity is manifested first in the decline of aquatic invertebrates of wetland, and the changes are also quickly reflected in a decline in the yield of duck and wader birds and a decrease in waterfowl numbers. These older unproductive wetlands need rejuvenating treatments. Wildlife refuges have successfully used drawdown and dewatering treatment to maintain high level of duck, wader, invertebrate and plant productivity. Water level fluctuations have been found to play a key role in maintaining high production of ducks and their food resources. In this study we evaluated the importance of temporary drought treatment, as a remedial measure, as well as its effects on waterfowl wetland communities and wetland productivity. The study populations and 15 man-made wetlands were located in different parts of Finland and 5 wetlands were subjected to summer drawdown and dewatering treatment. However, drawdown and dewatering treatments did not succeed as intended and results of the experimental treatments did not have a statistically significant effect on the activities of waterfowl, aquatic invertebrate or plant communities. The drawdown method had statistically significant effects on or on wetland water chemistry, but the results were not as large as was expected and did not affect the concentrations of nutrients that restrict plant growth, such as nitrogen or phosphorous. The results of this study suggest that although summer drawdown treatments to the study sites did not appear to have significant effects at any level, their target natural status seems to be good for waterbirds and, if successful, will increase wetland bird diversity, density and brooding success. If drawdown treatment would increase the biomass of aquatic invertebrates this has a clear correlation to the waterfowl individual, pair and brooding numbers and overall diversity. However, the results show that drawdown method does not always affect the number invertebrates and birds in the expected way. The main reason for this can be considered the possibility of treatments failing. The achievements of the objectives of the drawdown treatment depends of the topography, quality and other characteristics of the drainage basin above the wetland, the prevailing weather conditions, the nutrient and other characteristics of the wetlands and the intentions of rodents living in the wetlands. The success of drawdown method should therefore be facilitated by better placement of flood/draingates, use of separate drainage pumps and sowing seeds

Harvinaiset maametallit sekä niiden määritys- ja erotusmenetelmät

Tiivistelmä. Harvinaisia maametalleja luonnossa esiintyvät metallit, jotka ovat jaksollisessa järjestelmässä järjestysluvultaan 21, 39 ja 57–71. Nimitys harvinainen maametalli on jo hieman vanhanaikainen nimitys, koska niitä löytyykin varsin hyvin maaperästä, mutta erottaminen ja tunnistaminen oli varsinkin ennen hankalaa. Nimitykset ”REE, HREE ja LREE” tulevat englannin kielen sanoista ”light ja heavy rare earth elements”. Harvinaisia maametalleja on siis yhteensä 17 kappaletta. REE-pitoisia eli harvinaisia maametalleja sisältäviä mineraaleja täytyy ensin analysoida esimerkiksi ICP-OES tai ICP-MS-menetelmillä. Kun harvinainen maametalli on tunnistettu näytteessä, täytyy käyttää erotusmenetelmiä, kuten fysikaalisia ja kemiallisia erotusmenetelmiä harvinaisten maametallien talteenottoa varten. Harvinaisia maametalleja sisältäviä mineraaleja on jopa yli 250 maailmassa. Niitä löytyy myös Skandinaviasta, missä esimerkiksi Kiirunavaaran rautakaivoksessa esiintyviä taloudellisesti tärkeimpinä harvinaisia maametalleja sisältävinä mineraaleja suurien esiintymispitoisuuksien vuoksi ovat Monatsiitti (Ce,La,Nd,Th)PO₄ ja Allaniitti (Ce,Ca,Y)₂(Al,Fe)₂(SiO₄)₃(OH). Kiirunavaarassakin harvinaisia maametalleja louhitaan sivutuotteena, koska monesti harvinaisen maametallien pitoisuus kaivoksilla on niin pieni, että pelkän harvinaisen maametallin kaivaminen ei ole taloudellisesti kannattavaa. Kuitenkin maankuoren luontaisen runsauden suhteen harvinaisten maametallien arvioitu yhteenlaskettu pitoisuus on jopa suurempi kuin hiilen pitoisuus (220 ppm vs. 200 ppm). Tästä nähdään, että harvinaiset maametallit ovatkin varsin yleisiä, mutta niiden erotus käyttöä varten on suurempi ongelma. Tässä kandidaatintutkielmassa tarkastellaan harvinaisten maametallien analyysimenetelmien puolelta ICP-, MS-, OES-, ICP-MS- ja ICP-OES-tekniikoita tarkemmin. ICP-MS ja ICP-OES ovat suosituimmat analyysimenetelmät, mitä käytetään harvinaisten maametallien määrittämisessä, joten on tärkeää kehittää niidenkin toimintaa entistäkin paremmaksi. Niiden jälkeen tulevat instrumentaaliset neutroniaktivaatioanalyysi- (INAA), röntgenfluoresenssi- (XRF) ja ultravioletti-näkyvä valo -spektroskooppiset (UV-VIS) -menetelmät. Erotusmenetelmien kannalta tarkastellaan tarkemmin sekä fysikaalisia, että kemiallisia erotusmenetelmiä. Näistä tietenkin tämän kirjoitelman kannalta tärkeämpiä ovat kemialliset erotusmenetelmät, mutta on hyvä tietää myös fysikaalisten erotusmenetelmien toimintaperiaatteita, joita myös kemistitkin hyödyntävät. Ihmisille tärkeitä käyttökohteita harvinaisille maametalleille on esimerkiksi tietokoneiden ja puhelimien osat, akut, supermagneetit, LED-valot ja MRI-laitteet. Niillä on todella paljon käyttökohteita, koska niiden uniikkeja kemiallisia ominaisuuksia ei saa muualta kuin harvinaisista maametalleista, joten analysointi- ja erotusmenetelmien kehitys on todella tärkeää harvinaisten maametallien riittävyyden kannalta

Mixing height determination by ceilometer

International audienceA novel method for estimating the mixing height based on ceilometer measurements is described and tested against commonly used methods for determining mixing height. In this method an idealised backscatter profile is fitted to the observed backscatter profile. The mixing height is one of the idealised backscatter profile parameters. An extensive amount of ceilometer data and vertical soundings data from the Helsinki area in 2002 is utilized to test the applicability of the ceilometer for mixing height determination. The results, including 71 convective and 38 stable cases, show that in clear sky conditions the mixing heights determined from ceilometer based aerosol profiles and BL-height estimates based on sounding data are in a good agreement. Rejected outlier cases corresponded to very low aerosol concentrations in the mixed layer leading to a very weak aerosol backscatter signal in the lowest layer

Evaluation of a coupled dispersion and aerosol process model against measurements near a major road

International audienceA field measurement campaign was conducted near a major road "Itäväylä" in an urban area in Helsinki in 17?20 February 2003. Aerosol measurements were conducted using a mobile laboratory "Sniffer" at various distances from the road, and at an urban background location. Measurements included particle size distribution in the size range of 7 nm?10 ?m (aerodynamic diameter) by the Electrical Low Pressure Impactor (ELPI) and in the size range of 3?50 nm (mobility diameter) by Scanning Mobility Particle Sizer (SMPS), total number concentration of particles larger than 3 nm detected by an ultrafine condensation particle counter (UCPC), temperature, relative humidity, wind speed and direction, driving route of the mobile laboratory, and traffic density on the studied road. In this study, we have compared measured concentration data with the predictions of the road network dispersion model CAR-FMI used in combination with an aerosol process model MONO32. The vehicular exhaust emissions, and atmospheric dispersion and transformation of fine and ultrafine particles was evaluated within the distance scale of 200 m (corresponding to a time scale of a couple of minutes). We computed the temporal evolution of the number concentrations, size distributions and chemical compositions of various particle size classes. The atmospheric dilution rate of particles is obtained from the roadside dispersion model CAR-FMI. Considering the evolution of total number concentration, dilution was shown to be the most important process. The influence of coagulation and condensation on the number concentrations of particle size modes was found to be negligible at this distance scale. Condensation was found to affect the evolution of particle diameter in the two smallest particle modes. The assumed value of the concentration of condensable organic vapour of 1012 molecules cm?3 was shown to be in a disagreement with the measured particle size evolution, while the modelling runs with the concentration of condensable organic vapour of 109?1010 molecules cm?3 resulted in particle sizes that were closest to the measured values

Valence-state mixing and separation in SmBaFe2O5+w

A mixed-valence state, formally denoted as Fe2.5+, is observed in the 300 K Mössbauer spectra of the most reduced samples of SmBaFe2O5+w. Upon cooling below the Verwey-type transition temperature (TV≈200K), the component assigned to Fe2.5+ separates into a high-spin Fe3+ state and an Fe2+ state with an unusually low internal field. The separation of the mixed-valence state at TV is also confirmed by magnetic susceptibility measurements and differential scanning calorimetry. A model is proposed which accounts for the variation of the amount of the mixed-valence state with the oxygen content parameter w.Peer reviewe