Broadband microwave burst produced by electron beams

Theoretical and experimental study of fast electron beams attracts a lot of attention in the astrophysics and laboratory. In the case of solar flares the problem of reliable beam detection and diagnostics is of exceptional importance. This paper explores the fact that the electron beams moving oblique to the magnetic field or along the field with some angular scatter around the beam propagation direction can generate microwave continuum bursts via gyrosynchrotron mechanism. The characteristics of the microwave bursts produced by beams differ from those in case of isotropic or loss-cone distributions, which suggests a new tool for quantitative diagnostics of the beams in the solar corona. To demonstrate the potentiality of this tool, we analyze here a radio burst occurred during an impulsive flare 1B/M6.7 on 10 March 2001 (AR 9368, N27W42). Based on detailed analysis of the spectral, temporal, and spatial relationships, we obtained firm evidence that the microwave continuum burst is produced by electron beams. For the first time we developed and applied a new forward fitting algorithm based on exact gyrosynchrotron formulae and employing both the total power and polarization measurements to solve the inverse problem of the beam diagnostics. We found that the burst is generated by a oblique beam in a region of reasonably strong magnetic field ($\sim 200-300$ G) and the burst is observed at a quasi-transverse viewing angle. We found that the life time of the emitting electrons in the radio source is relatively short, $\tau_l \approx 0.5$ s, consistent with a single reflection of the electrons from a magnetic mirror at the foot point with the stronger magnetic field. We discuss the implications of these findings for the electron acceleration in flares and for beam diagnostics.Comment: Astrophysical Journal, accepted: 26 pages, 8 figure

Gamma-Ray Polarimetry of Two X-Class Solar Flares

We have performed the first polarimetry of solar flare emission at gamma-ray energies (0.2-1 MeV). These observations were performed with the Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager (RHESSI) for two large flares: the GOES X4.8-class solar flare of 2002 July 23, and the X17-class flare of 2003 October 28. We have marginal polarization detections in both flares, at levels of 21% +/- 9% and -11% +/- 5% respectively. These measurements significantly constrain the levels and directions of solar flare gamma-ray polarization, and begin to probe the underlying electron distributions.Comment: 33 pages, 12 figures, accepted for publication in Ap

Inverse Compton X-rays from relativistic flare electrons and positrons

<p><b>Context:</b> In solar flares, inverse Compton scattering (ICS) of photospheric photons might give rise to detectable hard X-ray photon fluxes from the corona where ambient densities are too low for significant bremsstrahlung or recombination. γ-ray lines and continuum in some large flares imply the presence of the necessary ~100 MeV electrons and positrons, the latter as by-products of GeV energy ions. Recent observations of coronal hard X-ray sources in particular prompt us to reconsider here the possible contribution of ICS.</p> <p><b>Aims:</b> We aim to evaluate the ICS X-ray fluxes to be expected from prescribed populations of relativistic electrons and positrons in the solar corona. The ultimate aim is to determine if ICS coronal X-ray sources might offer a new diagnostic window on relativistic electrons and ions in flares.</p> <p><b>Methods:</b> We use the complete formalism of ICS to calculate X-ray fluxes from possible populations of flare primary electrons and secondary positrons, paying attention to the incident photon angular distribution near the solar surface and thus improving on the assumption of isotropy made in previous solar discussions.</p> <p><b>Results:</b> Both primary electrons and secondary positrons produce very hard ICS X-ray spectra. The anisotropic primary radiation field results in pronounced centre-to-limb variation in predicted fluxes and spectra, with the most intense spectra, extending to the highest photon energies, expected from limb flares. Acceptable numbers of electrons or positrons could account for RHESSI coronal X/γ-ray sources.</p> <p><b>Conclusions:</b> Some coronal X-ray sources at least might be interpreted in terms of ICS by relativistic electrons or positrons, particularly when sources appear at such low ambient densities that bremsstrahlung appears implausible.</p&gt

Influence of spin 1/2 hetero-nuclei on spin relaxation and polarization transfer among strongly coupled protons

Effects of spin-spin interactions on the nuclear magnetic relaxation dispersion (NMRD) of protons were studied in a situation where spin ½ hetero- nuclei are present in the molecule. As in earlier works [K. L. Ivanov, A. V. Yurkovskaya, and H.-M. Vieth, J. Chem. Phys.129, 234513 (2008)10.1063/1.3040272;S. E. Korchak, K. L. Ivanov, A. V. Yurkovskaya, and H.-M. Vieth, J. Chem. Phys.133, 194502 (2010)10.1063/1.3495988], spin-spin interactions have a pronounced effect on the relaxivity tending to equalize the longitudinal relaxation times once the spins become strongly coupled at a sufficiently low magnetic field. In addition, we have found influence of 19F nuclei on the proton NMRD, although in the whole field range, studied protons and fluorine spins were only weakly coupled. In particular, pronounced features in the proton NMRD were found; but each feature was predominantly observed only for particular spin states of the hetero-nuclei. The features are explained theoretically; it is shown that hetero-nuclei can affect the proton NMRD even in the limit of weak coupling when (i) protons are coupled strongly and (ii) have spin-spin interactions of different strengths with the hetero-nuclei. We also show that by choosing the proper magnetic field strength, one can selectively transfer proton spin magnetization between spectral components of choice

Arctic strategies for socio-economic development of circumpolar states: national and regional aspects

In the presented paper, the authors have revealed some key priorities of the state Arctic policies of circumpolar countries on the base of the analysis of political and programmatic documents. The analysis of political and programmatic documents has shown that the state Arctic policies of the circumpolar countries are focused on expanding external interaction in the Arctic and maintaining the sustainable development of their own Arctic territorie

Understanding Human and Ecosystem Dynamics in the Kola Arctic : A Participatory Integrated Study

The Lake Imandra watershed is located in one of the most developed regions in the Arctic - the Kola Peninsula of Russia. Approximately 300 000 people live on the roughly 27 000 km² watershed, making it one of the most densely populated areas of the Arctic. Most of the people are involved in large-scale mineral extraction and processing and the infrastructure needed to support this industry. This paper reports the results of a pilot project staged for the Lake Imandra watershed that has put human dynamics within the framework of ecosystem change to integrate available information and formulate conceptual models of likely future scenarios. The observation period is one of both rapid economic growth and human expansion, with an overall economic decline in the past decade. We are applying the Participatory Integrated Assessment (PIA) approach to integrate information, identify information gaps, generate likely future scenarios, and link scientific findings to the decision-making process. We found an increasingly vulnerable human population in varying states of awareness about their local environment and fully cognizant of their economic troubles, with many determined to attempt maintenance of relatively high population densities in the near future even as many residents of northern Russia migrate south. A series of workshops have involved the citizens and local decision makers in an attempt to tap their knowledge of the region and to increase their awareness about the linkages between the socioeconomic and ecological components.Le bassin hydrographique du lac Imandra est situé dans l'une des régions les plus développées de l'Arctique, soit la presqu'île de Kola, en Russie. Près de 300 000 personnes vivent dans la zone du bassin qui couvre environ 27 000 km², ce qui en fait l'une des régions les plus peuplées de l'Arctique. La plupart des habitants travaillent dans l'extraction et le traitement miniers à grande échelle ainsi que dans l'infrastructure qui soutient cette industrie. Le présent article rapporte les résultats d'un projet pilote mis sur pied pour le bassin du lac Imandra, projet qui a placé la dynamique humaine dans le cadre du changement des écosystèmes, afin d'intégrer l'information disponible et de formuler des modèles conceptuels de scénarios probables dans l'avenir. La période d'observation en est une à la fois de croissance économique et d'expansion démographique rapides, suivie d'un déclin général au cours de la dernière décennie. On a recours à la méthode d'évaluation participative intégrée (EPI) pour intégrer l'information, y dégager des lacunes, générer des scénarios probables dans l'avenir et établir un lien entre résultats de la recherche et processus décisionnel. On a trouvé qu'il y avait une population humaine de plus en plus vulnérable qui était sensibilisée à divers degrés aux problèmes locaux de l'environnement et pleinement consciente des difficultés économiques, population dont une bonne part était fermement décidée à tenter de maintenir à brève échéance des densités de population relativement élevées, alors même que les résidents du nord de la Russie migrent en grand nombre vers le Sud. On a tenu une série d'ateliers avec citoyens et décideurs locaux pour chercher à capter leurs connaissances de la région et à accroître leur sensibilisation aux liens existant entre les composantes socio-économiques et écologiques

Non-thermal recombination - a neglected source of flare hard X-rays and fast electron diagnostic

Context. Flare Hard X-Rays (HXRs) from non-thermal electrons are commonly treated as solely bremsstrahlung (f-f), recombination (f-b) being neglected. This assumption is shown to be substantially in error, especially in hot sources, mainly due to recombination onto Fe ions. Aims. We analyse the effects on HXR spectra and electron diagnostics by including non-thermal recombination onto heavy elements in our model. Methods. Using Kramers hydrogenic cross sections with effective Z, we calculate f-f and f-b spectra for power-law electron spectra, in both thin and thick target limits, and for Maxwellians, with summation over all important ions. Results. We find that non-thermal electron recombination, especially onto Fe, must, in general, be included together with f-f, for reliable spectral interpretation, when the HXR source is hot. f-b contribution is greatest when the electron spectral index is large, and any low energy cut-off small. f-b spectra recombination edges mean a cut-off in F(E) appears as a HXR feature at Photon energy = Ec + Vz, offering an Ec diagnostic. Including f-b lowers, greatly in some cases, the F(E) needed for prescribed HXR fluxes and, even when small, seriously distorts F(E) as inferred by inversion or forward fitting based on f-f alone. Conclusions. f-b recombination from non-thermal electrons can be an important contributor to HXR spectra and should be included in spectral analyses, especially for hot sources. Accurate results will require use of better cross sections than ours and consideration of source ionisation structure.Comment: 13 pages, 2 tables, 9 figures, Accepted for publication in A&

Хірургічне лікування діастазу прямих м’язів живота та гриж на його тлі

The aim of the work: to assess the effectiveness of different techniques of rectus abdominis (RA) diastasis (D) surgical correction as to the point of aim attainment and patient’s satisfaction. Materials and Methods. 92 patients were operated on, 49 men and 43 women at the age from 40 to 72 years with body mass index from 27.2 to 48.6 kg/cm2. Incisional hernia has 47 patients, umbilical or supraumbilical – 45. Hernia M1 has 1 patient, M2 – 11, M3 – 42, M4 – 8, M2+M3+M4 – 30, W1 3, W2 – 48, W3 – 41. Results and Discussion. Ramirez O.M. et al., 1990, technique with mesh placement was used for hernia closure and D liquidation in 5 cases. Even as the surgery aim had been achieved in all cases, in follow up RA fully and lateral abdominal muscles nearly fully lost their ability to contract which caused considerable restriction of patients’ trunk movement. 76 patients were treated by anterior aponeurotic sheet armoring by mesh on lay placement and nearing RA edges by this mean. Live tissue welding technique by means EK-300M1 and Patonmed EKVZ 300 apparats was used for tissue mobilization. D width in epigastrium reflected the distance between the points of RA fixation at the costal arc. Seroma occur in 3 cases leading to mesh removing. Also it was impossible to draw close RA in the case of herniation foramen more 10 cm in width. Posterior sheets of RA mobilization with its armoring by mesh and further suturing was used in 11 patients with full success. RA D is the result of wide situation their places of fixation to the costal arc which was founded in all cases, thereafter their joining is impossible due to divergence in every muscle’s contraction. In the case of coincidence of D RA and herniation hernia gape have no tendency to closing. Posterior sheets of RA mobilization with its armoring by mesh and further suturing mesh use allow to close hernia defect up to 12 cm in width and seem to be highly effective in case of hernia with the RA D background. Combined use of endotracheal narcosis and epidural anesthesia with a prolonged epidural anesthesia throughout 4–7 days after surgery ensure painless postoperative period.Цель работы: оценить эффективность различных способов хирургического лечения диастаза прямых мышц живота (ПМЖ) с позиций достижения цели оперативного вмешательства и приемлемости для пациента. Материалы и методы. Хирургическое вмешательство проведено  92 пациентам: 49 мужчинам и 43 женщинам в возрасте от 40 до 72 лет. Индекс массы тела у пациентов составлял от 27,2 до 48,6 кг/см2. У 47 пациентов на фоне диастаза ПМЖ возникла послеоперационная грыжа, у 45 – первичная. Грыжа М – у 1 пациента, M2 – у 11, M3 – у 42, М4 – у 8, M2+M3+M4 – у 30, W1 – у 3, W2 – у 48, W3 – у 41. Результаты исследований и их обсуждение. У 5 пациентов устранение грыжи и диастаз ПМЖ и закрытие грыжевых ворот осуществили по способу Ramirez O. M. et al., 1990, дополненным размещением полипропиленовой сетки позади ПМЖ. Хотя цель операции была достигнута во всех наблюдениях, однако в послеоперационном периоде ПМЖ полностью, а боковые мышцы в значительной мере утратили способность сокращаться, что существенно ограничило движения туловища пациентов. В 76 наблюдениях применили укрепление переднего листка апоневроза с помощью размещения сетки on lay и сближения с ее помощью ПМЖ. Мобилизацию осуществляли с помощью технологии электросварки живых тканей и аппаратов ЕК 300-М1 и Патонмед ЕКВЗ 300. Во всех наблюдениях ширина диастаза отражала расстояние между точками фиксации внутренних краев ПМЖ к реберной дуге. Оказалось невозможным сведение внутренних краев ПМЖ при ширине грыжевых ворот больше 10 см. У 3 пациентов возникла серома, что потребовало удаления сетки. У 11 пациентов с успехом была осуществлена фиксация сетки к мобилизованным задним листкам апоневроза ПМЖ с их дальнейшим сшиванием. Возникновение диастаза ПМЖ является следствием широкого отстояния мест фиксации ПМЖ к реберной дуге, что мы отметили во всех наблюдениях, вероятность их смыкания отсутствует по причине расхождения при каждом сокращении мышц. В случае возникновения грыжи на фоне диастаза края грыжевых ворот не имеют тенденции к сближению. Мобилизация заднего листка апоневроза ПМЖ и его укрепление сеткой позволяет закрыть грыжевой дефект шириной до 12 см и является высокоэффективным при лечении грыжи на фоне диастаза ПМЖ. Применение эндотрахеального наркоза и эпидуральной анестезии с продолжением эпидуральной анестезии в течение 4–7 дней после операции обеспечивает безболевое течение послеоперационного периода.Мета роботи: оцінити ефективність різних способів хірургічного лікування діастазу прямих м’язів живота (ПМЖ) із позицій досягнення мети оперативного втручання та прийнятності для пацієнта. Матеріали і методи. Хірургічне втручання виконано 92 пацієнтам, з яких 49 –  чоловіки та 43 – жінки  віком від 40 до 72 років. Індекс маси тіла пацієнтів становив від 27,2 до 48,6 кг/см2. У 47 пацієнтів на тлі діастазу ПМЖ була післяопераційна грижа живота, у 45 – первинна. Грижа M1 – у 1 пацієнта, M2 – у 11, M3 – у 42, М4 – у 8, M2+M3+M4 – у 30, W1 – у 3, W2 – у 48, W3 – у 41. Результати досліджень та їх обговорення. У 5 пацієнтів усунення грижі і діастазу ПМЖ та закриття грижових воріт виконали за способом Ramirez O. M. et al., 1990, доповненим розташуванням поліпропіленової сітки позаду ПМЖ. Хоча мету операції було досягнуто у всіх спостереженнях, однак у післяопераційному періоді ПМЖ повністю, а бокові м’язи черевної стінки майже повністю втратили здатність до скорочення, що суттєво обмежило рухи тулуба пацієнтів. У 76 пацієнтів зміцнювали передній листок апоневрозу за допомогою розміщення сітки on lay і за її допомогою зближували ПМЖ. Мобілізацію здійснювали за допомогою технології електрозварювання живих тканин із використанням апаратів ЕК 300-М1 і Патонмед ЕКВЗ 300. В усіх спостереженнях ширина діастазу в епігастрії відображала відстань між точками фіксації внутрішніх країв ПМЖ до реберної дуги.  При ширині грижових воріт більше 10 см було неможливе зведення внутрішніх країв ПМЖ. У 3 пацієнтів виникла серома, що зумовило висічення сітки. В 11 пацієнтів успішно виконано фіксацію сітки до відсепарованих задніх листків апоневрозу ПМЖ із подальшим їх зшиванням. Виникнення діастазу ПМЖ є наслідком широкого розходження місць фіксації ПМЖ до реберної дуги, яке ми спостерігали у всіх пацієнтів, ймовірність їх змикання відсутня через розходження при кожному скороченні м’язів. В разі виникнення грижі на тлі діастазу краї грижових воріт не мають схильності до зближення. Мобілізація заднього листка апоневрозу ПМЖ і його зміцнення сіткою дозволяє закрити грижовий дефект шириною до 12 см і є високоефективним при лікуванні грижі на тлі діастазу ПМЖ. Застосування комбінації ендотрахеального наркозу та епідуральної анестезії з продовженням епідуральної анестезії впродовж 4 – 7 днів після операції забезпечує безбольовий перебіг післяопераційного періоду

Analysis of robustness of homogeneous systems with time delays using Lyapunov-Krasovskii functionals

International audienceThe paper is devoted to stability analysis of homogeneous time-delay systems applying the Lyapunov-Krasovskii theory, and a generic structure of the functional is given that suits for any homogeneous system of non-zero degree (and can also be used for any dynamics admitting a homogeneous approximation). The obtained stability conditions are utilized to evaluate the domain of attraction for the delayed twisting control algorithm