Dynamic measurement of temperature in detonating PBX 9502 using neutron resonance spectroscopy

Accurate temperature measurements in dynamic systems have been pursued for decades and have usually relied on optical techniques. These approaches are generally hampered by insufficient information regarding the emissivity of the system under study, particularly when looking at detonating energetic materials. This results from the complex chemical change that the detonating system is undergoing, from neat organic crystals with discrete set of electronic states and molecular vibrations embedded in a binder, to gas phase products, with a different set of discrete states. Typically, when making an optical measurement, one makes the grey body approximation and measures the photon flux at a few discrete bands to extract a temperature from the light emission. We are developing NRS techniques to measure temperature in dynamic systems and overcome the limitations of optical systems. Many elements have neutron resonances with narrow enough intrinsic Breit-Wigner (Lorentzian) widths such that the resonance is substantially broadened by atomic motion even at room temperature. Thus, accurate measurement of the Doppler contribution allows one to infer the material temperature, and for the conditions achieved using standard high explosives, the probe itself is not perturbed by the high temperature and pressure. Moreover, since the opacity of energetic materials to neutrons is much less than it is to infrared, visible, or ultraviolet light, we probe the internal temperature, in contrast to measuring the surface temperature through a laser or an emission technique. Also, NRS is much less affected by the opacity of soot or other particulate than are optical methods

Silicon and Epichloë-endophyte defences in a model temperate grass diminish feeding efficiency and immunity of an insect folivore

Plants deploy diverse anti-herbivore defences which reduce feeding and performance of herbivores. Temperate grasses use silicon (Si) accumulation and Epichloë-endophytes for physical and chemical (i.e. endophytic-alkaloids) defence against insect herbivores. Recent studies suggest that Epichloë-endophytes increase Si accumulation in their host grass. It is unknown, however, how this affects Si-deposition on the leaf surface, their impacts on insect herbivore feeding efficiency and their immunity to potential infection/parasitism. To address this knowledge gap, we grew tall fescue (Festuca arundinacea) hydroponically with and without Si, in the absence or presence of the novel AR584 Epichloë-strain. We exposed plants to Helicoverpa armigera (Lepidoptera: Noctuidae) in both in situ (intact leaves) and ex situ (excised leaves) feeding trials and determined the effects of Si and endophyte defences on herbivore feeding efficiency, growth rates and immunity against potential infection/parasitism. Endophytic plants supplied with Si showed 110% and 143% increases in leaf silica density and leaf Si concentrations, respectively, when exposed to herbivory, compared to non-endophytic plants that were herbivore-free. Despite the endophyte-mediated increases in Si concentrations, H. armigera was only affected by Si supply; growth rates decreased by 87% and most feeding efficiency indices decreased by at least 30%. Si supply also increased mandibular wear by 16%, which was negatively correlated with H. armigera growth rates. Cellular and humoral immunity of H. armigera were negatively affected by both Si and endophytes. Endophytic-loline alkaloid concentrations were unaffected by Si supply or herbivory, whereas herbivory increased peramine concentrations by 290%. To our knowledge, this is the first report of Si defences and Epichloë-endophyte derived alkaloids compromising insect immunity via reduced melanisation response. Using tall fescue and H. armigera, our study suggests that deploying both physical (i.e. Si accumulation) and chemical (i.e. endophytic-alkaloids) defences acting against multiple insect herbivore traits, including feeding efficiency, growth and immunity, may be a successful defence strategy in temperate grasses. This multi-faceted defence may be particularly difficult for insect herbivores to overcome. Read the free Plain Language Summary for this article on the Journal blog

ZODIACAL EXOPLANETS in TIME (ZEIT). III. A SHORT-PERIOD PLANET ORBITING A PRE-MAIN-SEQUENCE STAR in the UPPER SCORPIUS OB ASSOCIATION

We confirm and characterize a close-in (Porb = 5.425 days), super-Neptune sized (5.04-0.37 +0.34 R⊕) planet transiting K2-33 (2MASS J16101473-1919095), a late-type (M3) pre-main-sequence (11 Myr old) star in the Upper Scorpius subgroup of the ScorpiusCentaurus OB association. The host star has the kinematics of a member of the Upper Scorpius OB association, and its spectrum contains lithium absorption, an unambiguous sign of youth (<20 Myr) in late-type dwarfs. We combine photometry from K2 and the ground-based MEarth project to refine the planet's properties and constrain the host star's density. We determine K2-33's bolometric flux and effective temperature from moderate-resolution spectra. By utilizing isochrones that include the effects of magnetic fields, we derive a precise radius (6%-7%) and mass (16%) for the host star, and a stellar age consistent with the established value for Upper Scorpius. Follow-up high-resolution imaging and Doppler spectroscopy confirm that the transiting object is not a stellar companion or a background eclipsing binary blended with the target. The shape of the transit, the constancy of the transit depth and periodicity over 1.5 yr, and the independence with wavelength rule out stellar variability or a dust cloud or debris disk partially occulting the star as the source of the signal; we conclude that it must instead be planetary in origin. The existence of K2-33b suggests that close-in planets can form in situ or migrate within ∼10 Myr, e.g., via interactions with a disk, and that long-timescale dynamical migration such as by Lidov-Kozai or planetplanet scattering is not responsible for all short-period planets

Post-stroke recovery of high level cognitive function

This research explored the post-stroke cognitive ability of a 52-year male, KM, who suffered a left middle cerebral artery stroke. KM received no rehabilitation post-stroke, as clinic assessments suggested that mental functioning had returned to an acceptable level. However, KM believed that his cognitive ability had not returned to pre-stroke levels. Comparisons with pre-stroke data from an unrelated study and additional testing using sensitive cognitive measures supported his observations. This research concludes that patient observations and more sensitive testing of post-stroke cognitive functioning may reveal additional high-level cognitive deficits

Kristallstrukturbestimmung organischer Verbindungen mittels Röntgenbeugungsmethoden : Vergleich, Grenzen und Kombination

Ziel dieser Doktorarbeit war es, die Bedeutung der Kristallstrukturbestimmung aus Pulverdaten (SDPD) herauszuarbeiten und etwaige Grenzen durch neue Methodenentwicklungen zu erweitern, insbesondere bei Analyse der Paarverteilungsfunktion (PDF). Die Effizienz der SDPD konnte anhand der erfolgreich gelösten Kristallstruktur von Carmustin (1,3 Bis-2-chlorethyl-1-nitrosoharnstoff, C5H9Cl2N3O2) aufgezeigt werden. [CS01] Die Grenzen der SDPD wurden ausgelotet und erfolgreich erweitert. Nach weit verbreiteter kristallographischer Meinung ist die Strukturlösung mittels des simulierten Temperns (simulated annealing, SA) bei mehr als 25 zu bestimmenden Parametern problematisch oder unmöglich. Die pharmazeutischen Salze Lamivudin-Camphersulfonat (LC) und Aminogluthethimid-Camphersulfonat (AC) konnten, trotz ihrer hohen Anzahl an Freiheitsgraden von 31 für LC bzw. 37 für AC erfolgreich bestimmt werden. Die Strukturlösung von AC war herausfordernd und nicht direkt bei Anwendung der SA-Methode möglich. Nach einer intensiven Fehleranalyse stellte sich heraus, dass nicht die Grenzen der SA-Methode ausschlaggebend für das anfängliche Scheitern der Strukturlösung waren, sondern falsch extrahierte Intensitäten des vorangegangenen Pawley-Fits. Nach Behebung dieser Fehlerquelle war die Strukturlösung von AC problemlos. [CS02] Mittels SDPD kann die absolute Konfiguration chiraler Verbindungen nicht direkt bestimmt werden. Durch Kristallisation der zu bestimmenden chiralen Verbindung mit einem chiralen Gegenion bekannter Konformation in einer simplen Säure-Base-Reaktion zu einem diastereomeren Salz und nachfolgender SDPD konnte eine neue Methode entwickelt werden, um die Konfigurationsbestimmung aus Pulverdaten zu ermöglichen. Diese Methode wurde anhand der drei pharmazeutischen Salze (R)-Flurbiprofen-(R)-Chinin (FQ), (2R5S)-Lamivudin-(R)-Camphersulfonat (LC) und (R)-Aminogluthethimid-(R)-Camphersulfonat (AC) aufgezeigt: In allen drei Fällen konnte die korrekte Konfiguration des pharmazeutischen Wirkstoffes mit den hierfür entwickelten Kriterien erfolgreich bestimmt werden. [CS03, CS04] Durch Kombination der klassischen SDPD mit neuen methodischen Ansätzen konnten die Kristallstrukturen der schlecht kristallinen organischen Pigmente 2-Monomethylchinacridon (MMC, C21H14N2O2) und 4,11-Difluorchinacridon (DFC, C20H10N2O2F2) bestimmt werden, obwohl aufgrund ihrer geringen Kristallqualität keine sinnvolle Indizierung möglich war. Für die Kristallstrukturbestimmung von DFC lieferte der neu entwickelte Global-Fit des Programms FIDEL mögliche Strukturmodelle mit ähnlich guter Übereinstimmung an das experimentelle Pulverdiagramm. Die Rietveld-Verfeinerung der Strukturmodelle in Kombination mit der Anpassung der Kristallstruktur an die PDF-Daten und kraftfeldbasierter Gitterenergieminimierung konnte einen geeigneten Strukturrepräsentanten von DFC liefern. [CS05, CS06] Im Fall von MMC war eine Kombination der Methoden von Rietveld-Verfeinerung, Verfeinerung an die PDF-Daten und Gitterenergieminimierung zielführend zur Bestimmung der Orientierungs-Fehlordnung von MMC im Kristall. MMC ist hierbei die erste organische Verbindung, deren Fehlordnung durch Anpassung an die PDF bestimmt werden konnte. [CS07] Große Erfolge konnten bei der Methodenentwicklung der PDF-Analyse erzielt werden. Die Bestimmung von Kristallstruktur organischer Verbindungen durch Anpassung an die PDF ohne vorherige Kenntnis der Gitterparameter oder Raumgruppe wurde durch die Entwicklung des PDF-Global-Fits erreicht. Lediglich die PDF-Kurve und eine Molekülstruktur werden als Input benötigt. Die Strukturlösung beruht auf einem globalen Optimierungs-Ansatz, bei welchem in ausgewählten Raumgruppen Zufallsstrukturen erzeugt werden. Die Zufallsstrukturen werden mit den experi¬mentellen Daten verglichen und entsprechend ihres Ähnlichkeitsindexes, basierend auf der Kreuz-Korrelation, sortiert. [CS08, CS09] Die vielversprechendsten Kandidaten werden in einem einge¬schränkten simulierten annealing-Ansatz an die experimentelle PDF angepasst. Eine nachfolgende Strukturverfeinerung der besten Strukturmodelle liefert die korrekte Kristallstruktur. Der Erfolg des PDF-Global-Fits wurde am Beispiel der Barbitursäure aufgezeigt: Ausgehend von 300 000 Zufallsstrukturen konnte die korrekte Kristallstruktur von Barbitursäure bestimmt werden. Barbitursäure ist hierdurch die erste organische Verbindung, deren Lokalstruktur durch Anpassung an die PDF bestimmt wurde, ohne Input oder Vorgabe von Gitterparametern oder Raumgruppe.[CS10