Optical imaging of Rydberg atoms

Thesis (S.B.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Physics, 2012.Cataloged from PDF version of thesis.Includes bibliographical references (p. 109-111).We present an experiment exploring electromagnetically induced transparency (EIT) in Rydberg atoms in order to observe optical nonlinearities at the single photon level. ⁸⁷Rb atoms are trapped and cooled using a magneto-optical trap (MOT) and a far off resonance dipole trap (FORT). Once the system is prepared, a ladder EIT scheme with Rydberg atoms is used to map the photon field onto the ensemble. The powerful dipole interaction between Rydberg atoms allows the system to exhibit many-body quantum mechanical effects. We also describe an imaging method to observe the Rydberg blockade. Last of all, we present a preliminary measurement of EIT in a Rydberg system. In this measurement, the transmission shows sensitivity to the applied photon flux, and exhibits temporal correlations in the photons exiting the EIT medium.by Anton Mazurenko.S.B

Site-resolved imaging of a fermionic Mott insulator

The complexity of quantum many-body systems originates from the interplay of strong interactions, quantum statistics, and the large number of quantum-mechanical degrees of freedom. Probing these systems on a microscopic level with single-site resolution offers important insights. Here we report site-resolved imaging of two-component fermionic Mott insulators, metals, and band insulators using ultracold atoms in a square lattice. For strong repulsive interactions we observe two-dimensional Mott insulators containing over 400 atoms. For intermediate interactions, we observe a coexistence of phases. From comparison to theory we find trap-averaged entropies per particle of $1.0\,k_{\mathrm{B}}$. In the band-insulator we find local entropies as low as $0.5\,k_{\mathrm{B}}$. Access to local observables will aid the understanding of fermionic many-body systems in regimes inaccessible by modern theoretical methods.Comment: 6+7 page

ПАРОГАЗОВА УСТАНОВКА ПІДВИЩЕНОЇ ЕКОНОМІЧНОСТІ ЗА РАХУНОК ЗНИЖЕННЯ НЕЗВОРОТНОСТІ ПРОЦЕСІВ ТЕПЛООБМІНУ В КОТЛІ УТИЛІЗАТОРІ

The maximum achievable efficiency of combined-cycle power plants is determined, first of all, by the initial and final parameters (pressure: temperature) of the combined cycle. At the present time, technical and feasible technical and economic opportunities for significantly expanding the range of these parameters are practically exhausted. The particular interest has the possibility of increasing of combined-cycle power plants indicators with waste heat boilers by reducing the irreversibility of heat exchange process between the combustion products and the working body (water, steam) of the steam turbine part. The use of a parallel gas flow in the recovery boiler allows achieving the set goal and increasing the efficiency of combined-cycle power plants without its substantive complication and rise in priceМаксимально достижимая эффективность парогазовых энергетических установок определяется, в первую очередь, начальными и конечными параметрами (давлением: температурой) комбинированного цикла.  В настоящее время, практически исчерпаны технические и целесообразные технико-экономические возможности существенного расширения диапазона этих параметров. Представляет определенный интерес возможность повышения показателей ПГУ с котлами-утилизаторами за счет снижения необратимости в процессе теплообмена между продуктами сгорания и рабочим телом (вода, пар) паротурбинной части, Применения параллельного потока газов в котле-утилизаторе позволяет достичь поставленной цели и несколько поднять эффективность ПГУ без существенного ее усложнения и удорожанияМаксимально досяжна ефективність парогазових енергетичних установок визначається, в першу чергу, початковими і кінцевими параметрами (тиском, температурою) комбінованого циклу. В даний час, практично вичерпані технічні та доцільні техніко-економічні можливості істотного розширення діапазону цих параметрів. Викликає певний інтерес можливість підвищення показників ПГУ з котлами-утилізаторами за рахунок зниження незворотності в процесі теплообміну між продуктами згоряння і робочим тілом (вода, пара) паротурбінної частини, Застосування паралельного потоку газів в котлі-утилізаторі дозволяє досягти поставленої мети і дещо підняти ефективність ПГУ без суттевого її ускладнення і подорожчання

Розробка раціональних умов одержання калій гліцерату

This paper reports a study into the dependence of efficient glycerate potassium production involving glycerin and potassium hydroxide solution on the process conditions. The concentration of potassium glycerate in the resulting product has been used as a parameter of the efficient glycerate potassium production process. Glycerates of metals are applied to produce articles in the construction industry, electronics, medicine; they are employed as transesterification catalysts to obtain special fats for various purposes, as well as biodiesel fuel. In order to derive potassium glycerate, heating was applied while agitating a mixture of glycerin and potassium hydroxide. The analysis of potassium hydroxide was performed, in which the basic substance mass fraction was 85.5 %, the mass fraction of carbonate potassium – 0.9 %. The p.a.-grade glycerin was applied in this work, whose basic substance mass fraction was 99.5 %. The effect of the heating temperature of the reaction mixture on the concentration of potassium glycerate in the product has been determined. It has been shown that the rational heating temperature is 145 °C. The dependence of potassium glycerate concentration in the resulting product on the following conditions of the process has been established: a change in the molar concentration of glycerin and a reaction mixture heating duration. Such rational conditions for obtaining potassium glycerate have been defined as a molar concentration of glycerin of 60 % and a heating duration of 4 hours. The experimentally established concentration of potassium glycerate in the product under these conditions was 75.77 %. For potassium glycerate, the melting point (69 °C) and the mass fraction of moisture (0.8 %) have been determined. The results of experimental studies would make it possible to obtain potassium glycerate directly at enterprises where the glycerates of metals are used, from available raw materials, under rational conditions. The defined conditions for obtaining potassium glycerate could make it possible to efficiently utilize material and energy resources.Исследована зависимость эффективности получения калий глицерата с использованием глицерина и раствора калий гидроксида от условий проведения процесса. В качестве параметра эффективности процесса получения калий глицерата применена концентрация калий глицерата в конечном продукте. Глицераты металлов используют в производстве продукции строительной отрасли, электроники, медицины, как катализаторы переэтерификации для получения специальных жиров различного назначения, а также биодизельного топлива. С целью получения калий глицерата применен нагрев с одновременным перемешиванием смеси глицерина и калий гидроксида. Выполнен анализ калий гидроксида, в котором массовая доля основного вещества составила 85,5 %, массовая доля калий карбоната ‑ 0,9 %. В работе применен глицерин квалификации ч. д. а. с массовой долей основного вещества 99,5 %. Определено влияние температуры нагрева реакционной смеси на концентрацию калий глицерата в продукте. Показано, что рациональной температурой нагрева является 145 °С. Установлена зависимость концентрации калий глицерата в конечном продукте от следующих условий проведения процесса: изменения мольной концентрации глицерина и продолжительности нагрева реакционной смеси. Определены рациональные условия получения калий глицерата: мольная концентрация глицерина 60 %, продолжительность нагрева 4 ч. Экспериментально установленная концентрация калий глицерата в продукте при этих условиях составила 75,77 %. В калий глицерате определена температура плавления (69 °С) и массовая доля влаги (0,8 %). Результаты экспериментальных исследований позволят получать калий глицерат непосредственно на предприятиях, где используют глицераты металлов, из доступного сырья, по рациональным условиям. Определенные условия получения калий глицерата позволят эффективно использовать материальные и энергетические ресурсыДосліджено залежність ефективності одержання калій гліцерату з використанням гліцерину та розчину калій гідроксиду від умов проведення процесу. Як параметр ефективності процесу одержання калій гліцерату застосовано концентрацію калій гліцерату в кінцевому продукті. Гліцерати металів використовують у виробництві продукції будівельної галузі, електроніки, медицини, як каталізатори переетерифікування для одержання спеціальних жирів різного призначення, а також біодизельного палива. З метою одержання калій гліцерату застосовано нагрівання з одночасним перемішуванням суміші гліцерину та калій гідроксиду. Виконано аналіз калій гідроксиду, в якому масова частка основної речовини склала 85,5 %, масова частка калій карбонату– 0,9 %. В роботі застосовано гліцерин кваліфікації ч. д. а. з масовою часткою основної речовини 99,5 %. Визначено вплив температури нагрівання реакційної суміші на концентрацію калій гліцерату в продукті. Показано, що раціональною температурою нагрівання є 145 °С. Встановлено залежність концентрації калій гліцерату в кінцевому продукті від наступних умов проведення процесу: зміни мольної концентрації гліцерину та тривалості нагрівання реакційної суміші. Визначено раціональні умови одержання калій гліцерату: мольна концентрація гліцерину 60 %, тривалість нагрівання 4 год. Експериментально встановлена концентрація калій гліцерату в продукті за цих умов склала 75,77 %. В калій гліцераті визначено температуру плавлення (69  С) та масову частку вологи (0,8 %). Результати експериментальних досліджень дозволять одержувати калій гліцерат безпосередньо на підприємствах, де використовують гліцерати металів, з доступної сировини, за раціональних умов. Визначені умови одержання калій гліцерату дозволять ефективно використовувати матеріальні та енергетичні ресурс

Разработка методов повышения эффективности работы системы прерывистого отопления за счет опредления условий применения дежурного отопленияРозробка методів підвищення ефективності роботи системи переривчастого опалення за рахунок визначення умов застосуван

In the course of this study we defined conditions for the rational utilization of intermittent heat supply for public buildings of various types: administrative and educational institutions, and other public buildings. Known results of theoretical and experimental research do not take into consideration the dynamics of cooling a building and the appropriateness of employing a standby heating mode. And this is very important for a model of control over a heat supply system. We modeled mathematically a change in temperature indoors for various types of buildings under variable climatic parameters, of different levels of modernization and operating parameters of buildings, all of which defines the appropriateness of employing a standby regime. By cancelling a standby mode, it becomes possible to achieve an additional energy saving effect.This paper shows the impact of enclosing structures of buildings on the dynamics of heating and cooling premises under variable climatic conditions for various operational modes. A mathematical model has been proposed for the basic operational modes when an intermittent heating supply is used. A structure of the mathematical model consists of two inertial links: low­inertial and highly­inertial. The first link reflects the process of heating air indoors. The second link reflects the process of heating a premise’s enclosing structures. Parameters of the proposed model are the coefficients of the transfer of an object along the channel “heating power – change in air temperature”, as well as the time constants for each of the links. The input variables for a given model are the ambient temperature and the premises’ utilization mode (switch time of alternating regimes). The output change is a room temperature in accordance with the current mode. We have defined boundary conditions for employing a standby mode of an intermittent heating system for various types of buildings at different degrees of thermal modernization.The results of this research could be used when designing new public buildings and while modifying heating systems at existing administrative and educational institutions. In this case, it is necessary to take into consideration the degree of thermal modernization of a building, the type of heating systems, as well as modes of utilizationВ ходе исследования были определены условия рационального использования прерывистого теплоснабжения для зданий общественного назначения различных типов: административные и учебные заведения и другие здания общественного назначения. Известные результаты теоретических и экспериментальных исследований не учитывают динамику остывания здания и целесообразность использования дежурного режима отопления. А это крайне важно для модели управления системой теплоснабжения. Проведено математическое моделирование изменения температуры в помещении для различных типов зданий при переменных климатических параметрах, уровня термомодернизации и эксплуатационных параметров зданий, определяет целесообразность использования дежурного режима. Отказ от дежурного режима позволяет достичь дополнительного энергосберегающего эффекта.Показано влияние ограждающих конструкций зданий на динамику нагрева и остывания помещений при переменных климатических условиях для различных режимов эксплуатации. Предложена математическая модель основных режимов работы при использовании прерывистого теплоснабжения. Структура математической модели состоит из двух инерционных звеньев: мало инерционной и высоко инерционной. Первое звено отражает процесс нагрева воздуха в помещении. Второе звено отражает процесс нагрева ограждающих конструкций помещения. Параметрами предложенной модели являются коэффициенты передачи объекта по каналу «мощность нагрева - изменение температуры воздуха», а также постоянные времени для каждого из звеньев. Входными переменными для данной модели является температура окружающей среды и режим эксплуатации помещений (время переключения из режима на режим). Выходящим изменением является температура в помещении в соответствии с действующим режима. Определены краевые условия применения дежурного режима работы системы прерывистого отопления для различных типов зданий при различных степенях термомодернизации.Результаты исследования могут быть использованы при проектировании новых зданий общественного назначения и реконструкции систем теплоснабжения существующих административных и учебных заведений. При этом необходимо учитывать степень термомодернизации здания, тип систем отопления и режимы эксплуатацииВ ході дослідження було визначено умови раціонального використання переривчастого теплопостачання для будівель громадського призначення різних типів: адміністративні та навчальні заклади та інші будинки громадського призначення. Відомі результати теоретичних та експериментальних досліджень не враховують динаміку остигання будівлі та доцільність використання чергового режиму опалення. А це вкрай важливо для моделі управління системою теплопостачання. Проведено математичне моделювання зміни температури в приміщенні для різних типів будівель при змінних кліматичних параметрах, рівня термомодернізації та експлуатаційних параметрів будівель, що визначає доцільність використання чергового режиму. Відмова від чергового режиму дозволяє досягти додаткового енергозберігаючого ефекту.Показано вплив огороджувальних конструкцій будівель на динаміку нагріву та остигання приміщень при змінних кліматичних умовах для різних режимів експлуатації. Запропоновано математичну модель основних режимів роботи при використанні переривчастого теплопостачання. Структура математичної моделі складається з двох інерційних ланок: мало інерційної та високоінерційної. Перша ланка відображає процес нагріву повітря в приміщенні. Друга ланка відображає процес нагріву огороджувальних конструкцій приміщення. Параметрами запропонованої моделі є коефіцієнти передачі об'єкта по каналу «потужність нагріву – зміна температури повітря», а також постійні часу для кожної із ланок. Вхідними змінними для даної моделі є температура навколишнього середовища та режим експлуатації приміщень (час перемикання з режиму на режим). Вихідною зміною є температура в приміщенні відповідно до діючого режиму. Визначено крайові умови застосування чергового режиму роботи системи переривчастого опалення для різних типів будівель при різних ступенях термомодернізації.Результати дослідження можуть бути використанні при проектування нових будівель громадського призначення та реконструкції систем теплопостачання існуючих адміністративних та навчальних закладів. При цьому необхідно враховувати ступінь термомодернізації будівлі, тип систем опалення та режими експлуатаці

ПАРОГАЗОВА УСТАНОВКА ПІДВИЩЕНОЇ ЕКОНОМІЧНОСТІ ЗА РАХУНОК ЗНИЖЕННЯ НЕЗВОРОТНОСТІ ПРОЦЕСІВ ТЕПЛООБМІНУ В КОТЛІ УТИЛІЗАТОРІ

The maximum achievable efficiency of combined-cycle power plants is determined, first of all, by the initial and final parameters (pressure: temperature) of the combined cycle. At the present time, technical and feasible technical and economic opportunities for significantly expanding the range of these parameters are practically exhausted. The particular interest has the possibility of increasing of combined-cycle power plants indicators with waste heat boilers by reducing the irreversibility of heat exchange process between the combustion products and the working body (water, steam) of the steam turbine part. The use of a parallel gas flow in the recovery boiler allows achieving the set goal and increasing the efficiency of combined-cycle power plants without its substantive complication and rise in priceМаксимально достижимая эффективность парогазовых энергетических установок определяется, в первую очередь, начальными и конечными параметрами (давлением: температурой) комбинированного цикла.  В настоящее время, практически исчерпаны технические и целесообразные технико-экономические возможности существенного расширения диапазона этих параметров. Представляет определенный интерес возможность повышения показателей ПГУ с котлами-утилизаторами за счет снижения необратимости в процессе теплообмена между продуктами сгорания и рабочим телом (вода, пар) паротурбинной части, Применения параллельного потока газов в котле-утилизаторе позволяет достичь поставленной цели и несколько поднять эффективность ПГУ без существенного ее усложнения и удорожанияМаксимально досяжна ефективність парогазових енергетичних установок визначається, в першу чергу, початковими і кінцевими параметрами (тиском, температурою) комбінованого циклу. В даний час, практично вичерпані технічні та доцільні техніко-економічні можливості істотного розширення діапазону цих параметрів. Викликає певний інтерес можливість підвищення показників ПГУ з котлами-утилізаторами за рахунок зниження незворотності в процесі теплообміну між продуктами згоряння і робочим тілом (вода, пара) паротурбінної частини, Застосування паралельного потоку газів в котлі-утилізаторі дозволяє досягти поставленої мети і дещо підняти ефективність ПГУ без суттевого її ускладнення і подорожчання

Antiferroelectric instability in the kagome francisites Cu3Bi(SeO3)2O2X (X=Cl,Br)

Density-functional calculations of lattice dynamics and high-resolution synchrotron powder diffraction uncover antiferroelectric distortion in the kagome francisite Cu$_3$Bi(SeO$_3$)$_2$O$_2$Cl below 115K. Its Br-containing analogue is stable in the room-temperature crystal structure down to at least 10K, although the Br compound is on the verge of a similar antiferroelectric instability and reveals local displacements of Cu and Br atoms. The I-containing compound is stable in its room-temperature structure according to density-functional calculations. We show that the distortion involves cooperative displacements of Cu and Cl atoms, and originates from the optimization of interatomic distances for weakly bonded halogen atoms. The distortion introduces a tangible deformation of the kagome spin lattice and may be responsible for the reduced net magnetization of the Cl compound compared to the Br one. The polar structure of Cu$_3$Bi(SeO$_3$)$_2$O$_2$Cl is only slightly higher in energy than the non-polar antiferroelectric structure, but no convincing evidence of its formation could be obtained.Comment: 11 pages, 7 figure

ЕКОНОМІЧНА ЕФЕКТИВНІСТЬ ПАРОГАЗОВИХ УСТАНОВОК НА БІОПАЛИВІ

The prospects of use of biofuels for power plants as one of the priority way for energy development of Ukraine and world energy are considered. The ways to improve the economic efficiency of power generation systems based at alternative fuels for rising energy security of countries, improving the environment and preservation of traditional energy sources are estimated. A method of determination of economic efficiency the combined-cycle power plant by comparing its payback period which depends of electric power and the type of fuel is worked out. The analysis of the economic feasibility of using combined-cycle power plants at biofuel and feasibility study of use of biogas power plants that provide thermal energy for heating and hot water supply both the production of clean bio-fertilizers are presented. Justification of the prospects for using combined-cycle power plants at biofuels and the ways of reducing the payback period at principles of energy-saving technologies are given.Розглянуті перспективи використання біопалива в енергоустановках, як один з пріоритетних напрямком розвитку енергетики України й світової економіки. Намічені шляхи підвищення економічної ефективності роботи систем генерації енергії на альтернативному паливі для підвищення енергетичної стабільності країн, покращення стану навколишнього середовища і збереженню запасів традиційних енергоресурсів. Представлено методику визначення економічної ефективності парогазових енергоустановок шляхом зіставлення строку їх окупності при зміні електричної потужності та виду палива, що використовується. Виконано аналіз економічної доцільності використання парогазових установок на біопаливі та представлено техніко-економічне обґрунтування використання біогазових електростанцій, які забезпечують вироблення електроенергії, теплової енергії для опалювання, гарячого водопостачання та виробництво екологічно чистих біодобрив. Наведено обґрунтування перспектив використання парогазових установок на біопаливі та намічено шляхи зменшення строку їх окупності на засадах енергозберігаючих технологій