Variogram estimation in the presence of trend

Estimation of covariance function parameters of the error process in the presence of an unknown smooth trend is an important problem because solving it allows one to estimate the trend nonparametrically using a smoother corrected for dependence in the errors. Our work is motivated by spatial statistics but is applicable to other contexts where the dimension of the index set can exceed one. We obtain an estimator of the covariance function parameters by regressing squared differences of the response on their expectations, which equal the variogram plus an offset term induced by the trend. Existing estimators that ignore the trend produce bias in the estimates of the variogram parameters, which our procedure corrects for. Our estimator can be justified asymptotically under the increasing domain framework. Simulation studies suggest that our estimator compares favorably with those in the current literature while making less restrictive assumptions. We use our method to estimate the variogram parameters of the short-range spatial process in a U.S. precipitation data set

Increase in the Reduction Potential of Uranyl upon Interaction with Graphene Oxide Surfaces

Coordination of uranyl (U(VI)) with carboxylate groups on functionalized graphene oxide (GO) surfaces has been shown to alter the reduction potential of the sorbed uranium ion. A quantitative measure of the reduction potential and qualitative estimation of sorption/desorption processes were conducted using cyclic voltammetry, and the proposed coordination environment was determined using the surface sensitive attenuated total reflection mode of infrared spectroscopy (ATR-FTIR). GO is a nanostructured material possessing a large amount of oxygen-containing functional groups both on basal planes and at the edges, which can form strong surface complexes with radionuclides. The presence of these functional groups on the surface of GO allows efficient immobilization of uranium due to sorption of uranyl (UO22+) to carboxylate, hydroxide, or sulfonate functional groups and the potential for enhanced reduction of U(VI) to more strongly sorbing and insoluble U(IV). Herein, binding of U(VI) to carboxylate groups on the GO surface is proposed as the primary sorption mechanism based on the FTIR study. Furthermore, the coordination of uranium with the surface increases the reduction potential of the U(VI)/U(IV) redox couple as compared to the case of the aqueous U(VI)/U(IV) species. This is consistent with the alteration of the electronic structure of the sorbed ion, which can be determined in our case due to the use of a GO-coated working electrode. Thus, GO-coated glassy carbon electrodes and other semi-conducting electrodes with high ion sorption capacities may provide a means of examining the oxidation/reduction potentials of sorbed ions

Atomic Force Microscopy and Optical Studies of Organic Thin Films with Hydrogen-Bonded Networks

Brewster angle microscopy and atomic force microscopy were used to characterize the surface morphology of thin films in situ or after transfer onto solid supports. Two acids were studied, differing in carboxylic acid head groups, resulting in significantly different morphological features for thin films formed from these two amphiphiles on a Langmuir trough. Differences in self-assembly and domain sizes were correlated with the formation of hydrogen-bonded networks. The influence of surface hydrophobicity or hydrophilicity during deposition on morphology was also characterized, with spherulitic features appearing in some samples

Використання спеціалізованого програмного забезпечення для моделювання розливу рідких радіоактивних речовин у навчанні студентів і аспірантів

The study proves relevance of specialized software use to solve problems of emergencies prevention of radioactive liquids spills to teach students and graduate students. Main assessment criteria of accidents at radiation-hazardous objects associated with radioactive liquids spillage is identified. A model of radioactive substances transport in emergency rooms is developed. It takes into account physical features of radioactive liquid spill from the source, air pollution during transition of radioactive liquid from the spill surface into the air and subsequent scattering in the emergency room under influence of local air flows. It is determined that the existing software tools for radiation exposure assessment do not comprehensively cover features of such events and possess number of shortcomings regarding accidents modeling with spillage of radioactive liquids indoors. Computer modeling and forecasting examples for hypothetical event related to liquid radioactive spill in the JRODOS system are presented. The training process of future specialists, specialties 183 “Environmental Protection Technologies”, 143 “Nuclear Energy”, 103 “Earth Sciences”, and 122 “Computer Science” should be based on application of powerful scientific and methodological training base using modern achievements in the field of digital technologies. It is advisable to supplement curricula for students‘ and postgraduate students’ preparation in the mentioned above specialties by studying issues related to: development of mathematical models and software for solving problems of emergencies prevention in case of radioactive liquids spills; usage of features of specialized decision software of emergencies prevention during spills of radioactive liquids.У статті досліджено особливості використання спеціалізованого програмного забезпечення вирішення задач попередження надзвичайних ситуацій при розливах радіоактивних рідин у навчанні студентів і аспірантів. Визначено основні критерії для оцінювання аварій на радіаційно-небезпечних об’єктах пов’язаних з розливом радіоактивних рідин. Розроблена модель транспорту радіоактивних речовин у аварійних приміщеннях, що враховує фізичні особливостей витікання радіоактивної рідини з джерела, забруднення повітря при переході радіоактивної рідини з поверхні розливу в повітряне середовище та подальше їх розсіювання в аварійному приміщенні під впливом локальних повітряних потоків (спричинених, наприклад, вентиляцією). Визначено, що існуючі програмні засоби оцінки радіаційного впливу комплексно не охоплюють особливостей таких подій та мають ряд недоліків стосовно моделювання протікання аварій із розливом радіоактивних рідин в закритих приміщеннях. Представлено приклади комп’ютерного моделювання та прогнозування для гіпотетичної події, пов'язаної з розливом рідких радіоактивних середовищ в системі JRODOS. Процес підготовки майбутніх фахівців зі спеціальностей 183 «Технології захисту навколишнього середовища», 143 «Атомна енергетика», 103 «Науки про Землю», 122 «Комп’ютерні науки» має ґрунтуватись на використанні потужної науково-методологічної навчальної бази із використанням сучасних досягнень у сфері цифрових технологій. Доцільним є доповнення навчальних планів з підготовки студентів і аспірантів з окреслених спеціальностей вивченням питань щодо: розробки математичних моделей та програмних засобів вирішення задач попередження надзвичайних ситуацій при розливах радіоактивних рідин; особливостей використання спеціалізованого програмного забезпечення вирішення задач попередження надзвичайних ситуацій при розливах радіоактивних рідин

Well-aligned Nickel Nanochains Synthesized by a Template-free Route

Highly uniform and well-aligned one-dimensional Ni nanochains with controllable diameters, including 33, 78, and 120 nm, have been synthesized by applying an external magnetic field without any surface modifying agent. The formation can be explained by the interactions of magnetic dipoles in the presence of applied magnetic field. Magnetic measurements demonstrate that the shape anisotropy dominates the magnetic anisotropy. The demagnetization factor, ∆N, is in the range of 0.23–0.36

PREDICTING THE LIFETIME OF HIGH-POWER LASER DIODES FROM THE CURRENT DEPENDENCE OF THEIR SPECTRAL CHARACTERISTICS

The high power laser diodes lifetime prediction method which is based on current de-pendence line form analysis skirting laser radiation spectrum after 200 hours of service is offered

Структура и электрические свойства легированных железом керамик на основе оксида цинка

The structure and electrical properties of (FexOy)10 (ZnO)90 ceramics (0 ≤ x ≤ 3; 1 ≤ y ≤ 4) synthesized in air by one− and two−stage method were studied. To dope ZnO, powders of FeO, α−Fe2O3, and Fe3O4 or a mixture (α−Fe2O3 + FeO) were used. On the basis of X−ray diffraction analysis, gamma−resonance spectroscopy and Raman spectroscopy, it was established that at fixed average iron concentrations of 1—3 at.% in ceramic samples, at least three phases are formed: solid solution Zn1−δFeδO with wurtzite structure and residual iron oxides FexOy, used as doping agents. Scanning electron microscopy and energy−dispersive X−ray analysis have shown that, in the studied ceramics, the grain sizes of the wurtzite phase decreased from several tens of micrometers using one−step synthesis to the submicron level for the case of two−step synthesis. It was found that the incorporation of iron into ZnO leads to a contraction of the crystal lattice in the wurtzite phase and the stronger, the higher the proportion of oxygen in the doping iron oxides FexOy. The study of the temperature dependences of the electrical resistivity have shown that deep donor centers with an activation energy of about 0.35 eV are formed in the wurtzite phase Zn1−δFeδO. The temperature dependences of the electrical resistivity in the undoped ZnO in the temperature range of 6—300 K and in the doped ceramics (FexOy)10(ZnO)90, obtained by the one−step synthesis method, at temperatures below 50 K, are characterized by a variable activation energy, which indicates a strong disordering of their structure.В настоящее время особое внимание уделяется поиску экономичных технологий производства, а также исследованию структуры и свойств новых керамических композиционных материалов на основе оксида цинка. Такие керамики имеют ряд преимуществ по сравнению с материалами, полученными по более дорогим технологиям, поскольку дают возможность изготавливать изделия различных форм и размеров, в том числе с варьированием их морфологии и структурно−фазового состояния. Это позволяет контролировать их функциональные свойства путем изменения размеров частиц в исходной шихте; температур, длительности и атмосферы синтеза и термообработок, а также типа легирующих агентов в керамиках. Исследована структура и электрические свойства керамик (FexOy)10(ZnO)90 (0 ≤ x ≤ 3; 1 ≤ y ≤ 4), синтезированных на воздухе методом одно− и двухэтапного снтеза. Для легирования ZnO использовали порошки соединений FeO, α−Fe2O3 и Fe3O4 или смесь (α−Fe2O3 + FeO). На основе экспериментальных результатов, полученных методами рентгеновского дифракционного анализа, гамма−резонансной спектроскопии и рамановской спектроскопии установлено, что при фиксируемых средних концентрациях железа 1—3 % (ат.) в керамических образцах формируется не менее трех фаз: твердый раствор Zn1−δFeδO со структурой вюрцита, феррит ZnFe2O4 со структурой шпинели, а также остаточные оксиды железа FexOy, использованные в качестве легирующих агентов. Методами сканирующей электронной микроскопии и энерго−дисперсионного рентгеновского анализа показано, что в исследованных керамиках размеры зерен вюрцитной фазы уменьшаются от нескольких десятков микрометров при использовании одноэтапного синтеза до субмикронного уровня для случая двухэтапного синтеза.Обнаружено, что введение железа в ZnO приводит к сжатию кристаллической решетки вюрцитной фазы, тем более сильному, чем выше доля кислорода в легирующих оксидах железа FexOy. Изучение температурных зависимостей удельного электросопротивления показало, что в вюрцитной фазе Zn1−δFeδO формируются глубокие донорных центры с энергией активации порядка 0,37 эВ. Температурные зависимости электросопротивления электронов в нелегированном ZnO в диапазоне температур 6—300 К и в легированной керамике (FeO)10(ZnO)90, полученной методом одноэтапного синтеза, при температурах ниже 50 К характеризуются переменной энергией активации. Это указывает на сильное разупорядочение их структуры

Catalytic residues in hydrolases: analysis of methods designed for ligand-binding site prediction

The comparison of eight tools applicable to ligand-binding site prediction is presented. The methods examined cover three types of approaches: the geometrical (CASTp, PASS, Pocket-Finder), the physicochemical (Q-SiteFinder, FOD) and the knowledge-based (ConSurf, SuMo, WebFEATURE). The accuracy of predictions was measured in reference to the catalytic residues documented in the Catalytic Site Atlas. The test was performed on a set comprising selected chains of hydrolases. The results were analysed with regard to size, polarity, secondary structure, accessible solvent area of predicted sites as well as parameters commonly used in machine learning (F-measure, MCC). The relative accuracies of predictions are presented in the ROC space, allowing determination of the optimal methods by means of the ROC convex hull. Additionally the minimum expected cost analysis was performed. Both advantages and disadvantages of the eight methods are presented. Characterization of protein chains in respect to the level of difficulty in the active site prediction is introduced. The main reasons for failures are discussed. Overall, the best performance offers SuMo followed by FOD, while Pocket-Finder is the best method among the geometrical approaches

Maze Solving Using Fatty Acid Chemistry

This study demonstrates that the Marangoni flow in a channel network can solve maze problems such as exploring and visualizing the shortest path and finding all possible solutions in a parallel fashion. The Marangoni flow is generated by the pH gradient in a maze filled with an alkaline solution of a fatty acid by introducing a hydrogel block soaked with an acid at the exit. The pH gradient changes the protonation rate of fatty acid molecules, which translates into the surface tension gradient at the liquid–air interface through the maze. Fluid flow maintained by the surface tension gradient (Marangoni flow) can drag water-soluble dye particles toward low pH (exit) at the liquid–air interface. Dye particles placed at the entrance of the maze dissolve during this motion, thus exhibiting and finding the shortest path and all possible paths in a maze