Institutional Repository of the Technical University of Crete
Not a member yet
19304 research outputs found
Sort by
Antibacterial properties of fabrics impregnated with TiO2
No full textΠερίληψη: Η παρούσα προπτυχιακή διπλωματική εργασία αποτελεί πειραματική μελέτη με θέμα τις αντιβακτηριακές ιδιότητες υφασμάτων εμποτισμένων με Διοξείδιο του Τιτανίου (TiO₂). Οι καταλύτες και τα υφάσματα παρασκευάστηκαν στο Ινστιτούτο Ηλεκτρονικής Δομής και Λέιζερ (ΙΤΕ-Ηράκλειο) και στο Istituto Italiano di Tecnologia, Genova (Smart Materials and In Vivo Pharmacology Facility), αντίστοιχα. Η εργασία χωρίζεται σε δύο μεγάλα μέρη: το Θεωρητικό Μέρος, που διαρθρώνεται σε έξι υποκεφάλαια, και το Πειραματικό Μέρος.
Στα πρώτα κεφάλαια περιγράφεται η έννοια της ηλιακής φωτοκατάλυσης, το Διοξείδιο του Τιτανίου, τα αυτοκαθαριζόμενα υφάσματα και οι εφαρμογές τους. Ακολουθεί η περιγραφή της παραγωγής και επεξεργασίας υφασμάτων, καθώς και η παρουσίαση παθογόνων μικροοργανισμών και των φωτοκαταλυτικών ιδιοτήτων του TiO₂ ενισχυμένου με μαγγάνιο (Mn).
Το Πειραματικό Μέρος περιλαμβάνει τη μελέτη της αντιβακτηριακής δράσης των υφασμάτων έναντι των βακτηρίων Staphylococcus aureus (Gram-θετικό) και Klebsiella pneumoniae (Gram-αρνητικό), τα οποία επιλέχθηκαν λόγω της σημασίας τους για τη δημόσια υγεία και της χρήσης τους ως δείκτες αντιμικροβιακής δραστικότητας. Τα υφάσματα υποβλήθηκαν σε εμποτισμό με νανοσωματίδια (nanoparticles – NPs) TiO₂:Mn και εκτέθηκαν σε ηλιακό φως.
Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι, υπό ηλιακή ακτινοβολία, παρατηρήθηκε 100% μείωση των βακτηριακών πληθυσμών και για τα δύο στελέχη εντός 120 λεπτών. Αντίθετα, σε συνθήκες σκοταδιού ή χωρίς τη χρήση καταλύτη, η βακτηριακή μείωση ήταν σχεδόν μηδενική. Η K. pneumoniae εμφάνισε ελαφρώς μεγαλύτερη αντοχή σε σύγκριση με τον S. aureus, αλλά και τα δύο εξουδετερώθηκαν πλήρως υπό τις πειραματικές συνθήκες.Summarization: This undergraduate thesis presents an experimental investigation into the antibacterial properties of fabrics impregnated with Titanium Dioxide (TiO₂). The catalysts and textiles were prepared at the Institute of Electronic Structure and Laser (IESL–FORTH, Heraklion) and the Istituto Italiano di Tecnologia, Genova (Smart Materials and In Vivo Pharmacology Facility), respectively.
The thesis is divided into two main sections: the Theoretical Part, comprising six subsections, and the Experimental Part.
The theoretical framework introduces the concept of solar photocatalysis, the properties of Titanium Dioxide, and the development and applications of self-cleaning fabrics. It also includes an overview of textile processing methods and a presentation of pathogenic microorganisms, along with the photocatalytic properties of manganese-doped TiO₂ (TiO₂:Mn).
The Experimental Part focuses on evaluating the antibacterial activity of the treated fabrics against Staphylococcus aureus (Gram-positive) and Klebsiella pneumoniae (Gram-negative), two clinically significant bacterial strains frequently used as indicators of antimicrobial efficacy. The fabrics were impregnated with TiO₂:Mn nanoparticles and exposed to natural sunlight.
The results demonstrated a complete (100%) reduction in bacterial populations for both strains within 120 minutes under solar irradiation. In contrast, under dark conditions or in the absence of a catalyst, bacterial reduction was negligible. While K. pneumoniae exhibited slightly greater resistance compared to S. aureus, both strains were fully neutralized under the experimental conditions
Η χρήση αλγορίθμων μηχανικής μάθησης στην πρόβλεψη της έκβασης ασθενών με καρδιακή ανεπάρκεια
No full textSummarization: The weakening of the heart muscle is a major cause of illness and death all over the world, so there is an immediate need to have precise predictive tools, which can enable doctors to make well-informed decisions and help them to use healthcare resources appropriately. Recent advancements in artificial intelligence and machine learning have improved the capability to predict outcomes in heart failure patients by utilizing numerous and high-resolution healthcare datasets. The research of this diploma thesis considers the application of different types of machine learning algorithms (Logistic Regression, Support Vector Machine, Random Forest, Extreme Gradient Boosting, Light Gradient Boosting Machine, Tabular Transformer) to precisely predict critical outcomes, including intensive care unit (ICU) admission and mortality within the first month of hospitalization. The useful data that these models are using were extracted from a well-known medical database, Medical Information Mart for Intensive Care IV (MIMIC-IV). Experimental results demonstrate that the proposed models effectively predict ICU admissions with high accuracy and robust performance metrics. However, the prediction of mortality within one month after hospitalization demonstrates limited effectiveness due to significant class imbalance, leading to suboptimal performance in area under the curve (AUC) and accuracy. Despite applying class balancing techniques, the model struggles to accurately identify minority class instances. These findings underscore the challenges of class imbalance in prediction problems and the need for more advanced resampling or algorithmic approaches to improve predictive accuracy. The proposed models are designed to improve prognostic accuracy and identify high-risk patients, ultimately contributing to personalized treatment strategies and better healthcare management.Περίληψη: Η αποδυνάμωση του μυοκαρδίου αποτελεί κύρια αιτία ασθενειών και θανάτων
σε όλο τον κόσμο, οπότε υπάρχει άμεση ανάγκη για ακριβή εργαλεία
πρόβλεψης που θα επιτρέπουν στους γιατρούς να λαμβάνουν τεκμηριωμένες
αποφάσεις οι οποίες θα τους βοηθήσουν να χρησιμοποιήσουν τους πόρους της
υγειονομικής περίθαλψης με ορθό τρόπο. Οι πρόσφατες εξελίξεις στην τεχνητή
νοημοσύνη και τη μηχανική μάθηση έχουν βελτιώσει την ικανότητα πρόβλεψης
αποτελεσμάτων σε ασθενείς με καρδιακή ανεπάρκεια με τη χρήση
πολυπληθών και υψηλής ανάλυσης δεδομένων υγειονομικής περίθαλψης. Η
έρευνα της παρούσας διπλωματικής εργασίας εξετάζει την εφαρμογή
διαφορετικών τύπων αλγορίθμων μηχανικής μάθησης (Logistic Regression,
Support Vector Machine, Random Forest, Extreme Gradient Boosting, Light
Gradient Boosting Machine, Tabular Transformer) για την ακριβή πρόβλεψη
κρίσιμων αποτελεσμάτων, συμπεριλαμβανομένης της εισαγωγής στη μονάδα
εντατικής θεραπείας και της θνησιμότητας εντός του πρώτου μήνα νοσηλείας.
Τα χρήσιμα δεδομένα που χρησιμοποιούν αυτά τα μοντέλα εξήχθησαν από μια
γνωστή ιατρική βάση δεδομένων, τη ιατρική βάση δεδομένων για μονάδα
εντατικής θεραπείας IV (MIMIC-IV). Τα πειραματικά αποτελέσματα
καταδεικνύουν ότι τα προτεινόμενα μοντέλα προβλέπουν αποτελεσματικά τις
εισαγωγές σε μονάδα εντατικής θεραπείας με υψηλή ακρίβεια και ισχυρές
μετρήσεις απόδοσης. Ωστόσο, η πρόβλεψη της θνησιμότητας εντός ενός μηνός
μετά τη νοσηλεία δεν είναι τόσο αποτελεσματική εξαιτίας της σημαντικής
ανισορροπίας των κλάσεων, με αποτέλεσμα μη βέλτιστες επιδόσεις όσον
αφορά το εμβαδόν κάτω από την καμπύλη (AUC) και την ακρίβεια. Παρά την
εφαρμογή τεχνικών εξισορρόπησης κλάσεων, τα μοντέλα δυσκολεύονται να
εντοπίσουν με ακρίβεια περιπτώσεις κλάσεων μειονοτήτων. Αυτά τα ευρήματα
υπογραμμίζουν τις προκλήσεις της ανισορροπίας κλάσεων σε προβλήματα
πρόβλεψεις και την ανάγκη για πιο προηγμένες προσεγγίσεις
αναδειγματοληψίας ή αλγοριθμικές προσεγγίσεις για τη βελτίωση της
προγνωστικής ακρίβειας
On computation of approximate solutions to large-scale backstepping kernel equations via continuum approximation
No full textFunded by the European Union (ERC, C-NORA, 101088147). Views and opinions expressed are however those of the authors only and do not necessarily reflect those of the European Union or the European Research Council Executive Agency. Neither the European Union nor the granting authority can be held responsible for them.Summarization: We provide two methods for computation of continuum backstepping kernels that arise in control of continua (ensembles) of linear hyperbolic PDEs and which can approximate backstepping kernels arising in control of a large-scale, PDE system
counterpart (with computational complexity that does not grow with the number of state components of the large-scale system). In the first method, we provide explicit formulae for the solution to the continuum kernels PDEs, employing
a (triple) power series representation of the continuum kernel and establishing its convergence properties. In this case, we also provide means for reducing computational complexity by properly truncating the power series (in the powers of
the ensemble variable). In the second method, we identify a class of systems for which the solution to the continuum (and hence, also an approximate solution to the respective large-scale) kernel equations can be constructed in closed
form. We also present numerical examples to illustrate computational efficiency/accuracy of the approaches, as well as to validate the stabilization properties of the approximate control kernels, constructed based on the continuum.Presented on: Systems & Control Letter
Πολυστατικός εντοπισμός θέσης με κοινά ραδιόφωνα ελεγχόμενα από λογισμικό
No full textΔιπλωματική εργασία που υποβλήκε στην σχολή ΗΜΜΥ του Πολυτεχνείου Κρήτης για την πλήρωση των προυποθέσεων λήψης του διπλώματος.Dissertation submitted to the School of Electrical and Electronic Engineering of the Technical University of Crete for the fulfilment of the requirements for the diploma.Summarization: Passive radio frequency identification (RFID) tag localization has been mostly examined for monostatic and synchronized setups. This work takes it a few steps further and performs real-time, distributed, multistatic localization of such tags. It succeeds by exploiting the recently-proposed elliptical direction-of-arrival-based (EllDoA) localization algorithm, designed for multi-antenna setups, with however, synchronized radios at the carrier level. This work also employs a carrier frequency offset (CFO) mitigation method and demonstrates its real-time feasibility even with cheap and distributed, unsynchronized software defined radios (SDR). The inherent carrier phase offset (CPO) problem of such setups is also addressed, and it is experimentally shown that the calibration step needs to be done only once, and not for further reruns of the experiment, rendering it ideal for practical applications. As a collateral dividend, a complete GNURadio-based software solution was developed for distributed, unsynchronized and real-time localization. It was also shown that an unsynchronized setup with ultra-low cost SDRs is possible to perform localization with a 15-20\% impact on accuracy, compared to the centrally-synchronized case.Περίληψη: Ο εντοπισμός παθητικών ετικετών RFID έχει μελετηθεί κυρίως για μονοστατικές και συγχρονισμένες τοπολογίες. Αυτή η πτυχιακή έχει σκοπό να προχωρήσει την έρευνα σε αυτό τον τομέα ερευνώντας το κατανεμημένο, πολυστατικό εντοπισμό RFID ετικετών σε πραγματικό χρόνο. Το επιτυγχάνει χρησιμοποιώντας τον αλγόριθμο εντοπισμού με βάση την ελλειπτική κατεύθυνση άφιξης (EllDoA), ο οποίος έχει σχεδιαστεί για διατάξεις πολλαπλών κεραιών, αλλά συγχρονισμένων σε επίπεδο φέροντος. Το έργο αυτό χρησιμοποιεί μια μέθοδο αντιμετώπισής της ολίσθησης συχνότητας φέροντος (CFO) και αποδεικνύει τη δυνατότητα υλοποίησής της σε πραγματικό χρόνο ακόμη και με φτηνά, κατανεμημένα, μη συγχρονισμένα ραδιόφωνα ελεγχόμενα από λογισμικό (SDR). Το εγγενές πρόβλημά της απόκλισης φάσης φέροντος (CPO) αντιμετωπίζεται επίσης, και αποδεικνύεται και πειραματικά ότι το βήμα βαθμονόμησης αρκεί να εκτελεστεί μόνο την πρώτη φορά, και όχι ξανά σε επόμενες επαναλήψεις του πειράματος. Ως παράπλευρο κέρδος, υλοποιήθηκε ένα πλήρες πακέτο λογισμικού γύρω από το GNURadio για μη συγχρονισμένο εντοπισμό σε πραγματικό χρόνο. Τελικά, φάνηκε ότι το πείραμα στην περίπτωση των ασυγχρόνιστων ραδιοφώνων πολύ χαμηλού κόστος ερχόταν με κόστος ακρίβειας της τάξης των 15-20\% σε σχέση με τα συγχρονισμένα ραδιόφωνα
Πολυ-Κριτηριακοί εξελικτικοί αλγόριθμοι βελτιστοποίησης
No full textΠερίληψη: Η παρούσα μεταπτυχιακή διατριβή έχει ως στόχο την επισκόπηση των πολυ-αντικειμενικών ή πολυ-κριτήριων εξελικτικών αλγορίθμων. Η εργασία επικεντρώνεται στην πολυ-κριτηριακή βελτιστοποίηση και στους εξελικτικούς αλγόριθμους πολυ-κριτηριακής βελτιστοποίησης. Αναλύονται οι βασικές αρχές της πολυ-κριτηριακής βελτιστοποίησης, η έννοια των αντικειμενικών συναρτήσεων, η χρήση των κατά Pareto βέλτιστων λύσεων προκειμένου να επιτύχουμε την βέλτιστη δυνατή λύση με βάση τους περιορισμούς κάθε αντικειμενικής συνάρτησης. Η εργασία κατηγοριοποιεί τους πολυ-κριτηριακούς εξελικτικούς αλγόριθμους σε 3 κατηγορίες:
1.Τους πολυ-κριτηριακούς εξελικτικούς αλγόριθμους βελτιστοποίησης βασισμένους στην αποσύνθεση.
2.Τους πολυ-κριτηριακούς εξελικτικούς αλγόριθμους βελτιστοποίησης βασισμένους στις σχέσεις κυριαρχίας.
3.Τους πολυ-κριτηριακούς εξελικτικούς αλγόριθμους βελτιστοποίησης βασισμένους σε δείκτες αξιολόγησης.
Με βάση την παραπάνω κατάτμηση, γίνεται ανάλυση στις έννοιες και τις τεχνικές που χρησιμοποιεί η κάθε κατηγορία ενώ παρουσιάζονται και ενδεικτικά παραδείγματα αλγορίθμων. Στη συνέχεια, παραθέτονται λίγο εκτενέστερα δύο αλγόριθμοι οι οποίοι κατά την άποψη του συγγραφέα αλλά και με βάση την διεθνή βιβλιογραφία θεωρούνται “σημείο αναφοράς”. Οι αλγόριθμοι αυτοί είναι ο NSGA-II και ο SPEA2.
Η εργασία ολοκληρώνεται με την ανάλυση του τρόπου αξιολόγησης των αλγορίθμων βελτιστοποίησης και ελέγχου τους, ενώ γίνεται αναφορά στην μελλοντική εξέλιξη της πολυ-κριτηριακής ανάλυσης
Ρύθμιση της παραγωγής ισχύος φωτοβολταϊκών μετατροπέων DC/AC
No full textSummarization: The continuously increasing demand of electric energy in modern societies, along with the increasing cost of fossil fuels are two of the main factors that led to a rapid increase on the share of photovoltaic (PV) systems in modern electricity generation and transmission grids. This may affect the grid frequency stability, since the energy production of PV systems varies over time, following the stochastic variation of solar irradiance. Grid frequency stability can be improved by regulating the output power of grid-connected PV systems to a specific reference value with the application of a Flexible Power Point Tracking (FPPT) algorithm. In cases where some of the modules of a PV array are shaded (e.g., due to neighboring buildings), the application of a Global FPPT (GFPPT) algorithm ensures efficient regulation of the PV system’s power production. In this thesis a novel reinforcement learning-based GFPPT algorithm is presented. After examining its performance on a standalone PV battery charging system, it was modified to be applicable on a grid-connected PV inverter with Internet of Things (IoT) connectivity, which is remotely controlled via a Wi-Fi interface. In this case the algorithm had been trained before being applied to the real system, to ensure satisfying grid-injected power quality and quick convergence to the reference power from the first operation hours of the system. The experimental results of applying the proposed GFPPT algorithm on both systems showed that it is more efficient than the existing GFPPT algorithms that have been presented in the literature. A neural network-based GFPPT algorithm was also developed and compared with the aforementioned GFPPT method. The experimental results showed that while both algorithms had been trained on the same dataset, the neural network-based algorithm cannot guarantee the minimization of the PV inverter power losses during the process of regulating its power production.Περίληψη: Η διαρκώς αυξανόμενη ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας στις σύγχρονες κοινωνίες, σε συνδυασμό με το αυξανόμενο κόστος των ορυκτών καυσίμων αποτελούν δυο από τους κυριότερους παράγοντες που οδήγησαν στη ραγδαία αύξηση του μεριδίου συμμετοχής των φωτοβολταϊκών (Φ/Β) συστημάτων στα σύγχρονα δίκτυα παραγωγής και διανομής ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτό μπορεί να επηρεάσει την ευστάθεια της συχνότητας του δικτύου, αφού η παραγωγή ενέργειας των Φ/Β συστημάτων μεταβάλλεται χρονικά, ακολουθώντας τη στοχαστική μεταβολή της ηλιακής ακτινοβολίας. H ευστάθεια της συχνότητας του δικτύου μπορεί να ενισχυθεί ρυθμίζοντας την παραγωγής ισχύος των διασυνδεδεμένων Φ/Β συστημάτων σε μια συγκεκριμένη τιμή αναφοράς, με την εφαρμογή ενός αλγορίθμου Flexible Power Point Tracking (FPPT). Σε περιπτώσεις όπου ορισμένα από τα πλαίσια μιας Φ/Β συστοιχίας σκιάζονται (π.χ. λόγω γειτονικών κτηρίων), η εφαρμογή ενός αλγορίθμου Global FPPT (GFPPT) εξασφαλίζει την αποδοτική ρύθμιση της παραγωγής ισχύος του Φ/Β συστήματος. Στην εργασία αυτή παρουσιάζεται ένας νέος αλγόριθμος GFPPT βασισμένος στην ενισχυτική μάθηση. Αφού εξετάστηκε η απόδοσή του σε ένα αυτόνομο Φ/Β σύστημα φόρτισης μπαταριών, τροποποιήθηκε ώστε να είναι εφαρμόσιμος σε ένα Φ/Β αντιστροφέα διασυνδεδεμένο στο δίκτυο, με Internet of Things (IoT) συνδεσιμότητα, ο οποίος ελέγχεται απομακρυσμένα μέσω διεπαφής Wi-Fi. Σε αυτή την περίπτωση, ο αλγόριθμος εκπαιδεύτηκε πριν εφαρμοστεί στο πραγματικό σύστημα, για να εξασφαλιστεί ότι η ποιότητα της εγχεόμενης στο δίκτυο ισχύος θα είναι ικανοποιητική και ότι θα επιτευχθεί γρήγορη σύγκλιση στην ισχύ αναφοράς από τις πρώτες ώρες λειτουργίας του συστήματος. Τα πειραματικά αποτελέσματα της εφαρμογής του προτεινόμενου αλγορίθμου GFPPT στα δυο συστήματα έδειξαν ότι είναι αποδοτικότερος από υπάρχοντες αλγορίθμους GFPPT που έχουν προταθεί στη βιβλιογραφία. Ακολούθως, αναπτύχθηκε ένας αλγόριθμος GFPPT βασισμένος σε νευρωνικό δίκτυο και συγκρίθηκε με τον προαναφερθέντα. Τα πειραματικά αποτελέσματα έδειξαν ότι ενώ και οι δυο αλγόριθμοι εκπαιδεύτηκαν χρησιμοποιώντας το ίδιο σύνολο δεδομένων, ο αλγόριθμος που βασίζεται στο νευρωνικό δίκτυο δεν μπορεί να εγγυηθεί την ελαχιστοποίηση των απωλειών ισχύος του αντιστροφέα κατά τη διαδικασία ρύθμισης της παραγωγής ισχύος του
Alpha particles production and their contribution to plasma heating effect in fusion devices
No full textΑνετρονικές αντιδράσεις πυρηνικής σύντηξης, Φαινόμενο αλυσιδωτών αντιδράσεων και σχετικό φαινόμενο θέρμανσης πλάσματος.Περίληψη: Tα τελευταία χρόνια, και ιδιαίτερα στις ΗΠΑ, υπάρχει αυξανόμενο ενδιαφέρον για την ανάπτυξη Συμπαγών Συσκευών Μαγνητικής Σύντηξης (Compact Magnetic Fusion Devices - CMFDs). Αυτές λειτουργούν με ενδιάμεσες πυκνότητες πλάσματος: n ~ (1020 m-3 - 1024 m-3), σε σχέση με τις μηχανές μαγνητικής (MCF): n ~ 1019 m-3 ή αδρανειακής (ICF) σύντηξης: n ~ 1029 m-3. Οι Συμπαγείς Διατάξεις Μαγνητικής Σύντηξης εμφανίζονται κατάλληλες για βιομηχανικές εφαρμογές, στις οποίες συμπεριλαμβάνονται η μελέτη ενός πλάσματος MCF, οι δοκιμές παραγωγής ενέργειας μέσω σύντηξης, η διαστημική πρόωση και οι μελέτες γύρω από τα υλικά κατασκευής του χιτώνα των διατάξεων MCF. Σε σχέση με τις συμβατικές μηχανές Tokamak και ICF, το τελικό κόστος (κατασκευής - λειτουργίας) των συσκευών CMFD είναι τουλάχιστον εκατό (100) φορές χαμηλότερο.
Οι συμβατικές μηχανές μαγνητικού (MCF) και αδρανειακού (ICF) περιορισμού, όπως επίσης και οι αναπτυσσόμενες Συμπαγείς Διατάξεις Μαγνητικής Σύντηξης (CMFD), θεωρούν ως επί το πλείστων, τα πυρηνικά καύσιμα του Δευτερίου - Τριτίου (D - Τ) και του Υδρογόνου - 11Bορείου (p – 11B). Εν τούτοις, η πυρηνική αντίδραση: D + T → (_2^4)He+ n, δεν αποτελεί τον ιδανικό υποψήφιο για την παραγωγή “καθαρής” ενέργειας, καθόσον απελευθερώνει το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας της, υπό τη μορφή ακτινοβολίας νετρονίων υψηλής ενέργειας {1 νετρόνιο (n), ενέργειας 14.1 MeV, ανά αντίδραση σύντηξης}. Η πυρηνική αντίδραση: p + 11B → 3 (_2^4)He από την άλλη πλευρά, όχι μόνο εκπέμπει λιγότερο (<) από το 1.0 % της συνολικής της ενέργειας, υπό τη μορφή ακτινοβολίας νετρονίων, αλλά και παράγει τρία (3) ισο-ενεργητικά, φορτισμένα σωματίδια άλφα ((_2^4)He), με συνολική ενέργεια στα 8.7 MeV. Το τελευταίο ποσό ενέργειας μπορεί να μετατραπεί σε ηλεκτρική ενέργεια, με αποδοτικότητα ~ 60 – 70 %, δίχως την απαίτηση ενός θερμοδυναμικού κύκλου.
Πρόσφατα πειράματα της διεθνούς βιβλιογραφίας μετρούν την παραγωγή σωματιδίων άλφα από πυρηνικές αντιδράσεις p-11B, οφειλόμενες στην αλληλοεπίδραση μίας δέσμης πρωτονίων υψηλής ενέργειας, παραγόμενης μέσω δέσμης laser, με ένα στερεό στόχο ή ένα στερεό πλάσμα Βορείου (διατάξεις δέσμης - στόχου). Καθόσον στην προκειμένη περίπτωση, η παραγωγή σωματιδίων άλφα εξαρτάται από την αρχική ενέργεια της δέσμης των πρωτονίων, την αρχική πυκνότητα και την θερμοκρασία του μέσου Βορείου, αλλά και την χρονική εξέλιξη όλων αυτών των παραμέτρων, οι διατάξεις δέσμης – στερεού στόχου (ή μέσου) παράγουν τελικά, ένα σχετικά μικρό αριθμό σωματιδίων άλφα.
Τη βασική κύρια δυσκολία της έρευνας που πραγματοποιείται γύρω από την αντίδραση σύντηξης p-11B, αποτελεί η αποδοτικότητα της ενεργής της διατομής (cross section), σε θερμοκρασίες πλάσματος υψηλότερες των 250 keV. Σε αυτές τις τόσο υψηλές θερμοκρασίες, τα ηλεκτρόνια του πλάσματος p-11B, σαν αποτέλεσμα της επιτάχυνσης τους από το ηλεκτρικό πεδίο άλλων φορτισμένων σωματιδίων (πρωτόνια ή ατομικούς πυρήνες), εκπέμπουν έντονη ακτινοβολία Bremsstrahlung, Η ακτινοβολία Bremsstrahlung αποτελεί τον κύριο μηχανισμό απώλειας ενέργειας του καυσίμου p-11B, που εμποδίζει την ανάφλεξη του {Q = (Pfus / PBrems) ≥ 1, όπου: Pfus η παραγόμενη ισχύς σύντηξης και PBrems οι απώλειες ισχύος της ακτινοβολίας Bremsstrahlung}. Προκειμένου να ξεπεραστεί η δυσκολία της αποδοτικότητας της πυρηνικής ενεργής διατομής, προτείνεται ο σχηματισμός του πλάσματος σύντηξης p-11B στο εσωτερικό μίας Συμπαγούς Διάταξης Μαγνητικής Σύντηξης (CMFD). To πλάσμα πρωτονίων και ιόντων Βορείου θα προκύπτει από την αλληλοεπίδραση δύο (2) δεσμών σωματιδίων υψηλής ενέργειας {μίας δέσμης πλάσματος πρωτονίων και μίας δέσμης πλάσματος ιόντων Βορείου}, στο εύρος ενεργειών 100 keV – 300 keV. Στο εσωτερικό του σχηματιζόμενου πλάσματος σύντηξης, τα παραγόμενα σωματίδια άλφα των πυρηνικών αντιδράσεων p-11B θα μεταφέρουν το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας τους, μέσω δυαδικών συγκρούσεων Coulomb, στα πρωτόνια και τα ιόντα Βορείου (φαινόμενο αλυσιδωτών αντιδράσεων και σχετικό φαινόμενο θέρμανσης πλάσματος, από τα παραγόμενα σωματίδια άλφα των αντιδράσεων πυρηνικής σύντηξης p-11B, με βάση τη διεθνή βιβλιογραφία). Ο τύπος της Συμπαγούς Διάταξης Μαγνητικής Σύντηξης που περιεγράφηκε παραπάνω, θα επιτρέπει ένα σχετικά μεγάλο χρόνο συγκράτησης της ενέργειας του πλάσματος p-11B (τΕ ~ 10 s), ούτως ώστε ο συνολικά παραγόμενος αριθμός σωματιδίων άλφα, να μπορεί στη συνέχεια να συμβάλλει στην παραγωγή “καθαρής” ενέργειας.
Στο πλαίσιο της παρούσας διδακτορικής διατριβής, θα μελετηθούν: i) Οι διαδικασίες παραγωγής πλάσματος, ii) H διαδικασία σύντηξης p-11B σε μία Συμπαγή Μηχανή Σύντηξης, στην οποία το πλάσμα θα παράγεται από δύο (2) δέσμες ιόντων (πρωτονίων και Βορείου) υψηλής ενέργειας, iii) Οι αλληλοεπιδράσεις των παραγόμενων σωματιδίων άλφα στο εσωτερικό του πλάσματος, iv) Το αποτέλεσμα των κρούσεων των παραγόμενων σωματιδίων άλφα με τα φορτισμένα σωματίδια του πλάσματος (ηλεκτρόνια, ιόντα), όπως επίσης και οι κρούσεις μεταξύ των ιόντων, v) Το φαινόμενο θέρμανσης πλάσματος από σωματίδια άλφα. Για όλα τα παραπάνω αντικείμενα θα διενεργηθεί σε ένα πρώτο στάδιο βιβλιογραφική έρευνα. Η δημιουργία του πλάσματος, μέσω δεσμών σωματιδίων υψηλής ενέργειας, θα μελετηθεί για τις περιπτώσεις, όπου οι δέσμες πλάσματος (ιονισμένου ρευστού, υψηλής θερμοκρασίας) παράγονται από: 1) Δέσμη βραχύχρονου παλμού laser μεγάλης έντασης με διάφορους στόχους, 2) Μαγνητικά Μονωμένες Διόδους. Τα αποτελέσματα της διενεργούμενης έρευνας θα επιτρέψουν σε ένα τελευταίο στάδιο, την πρόταση μίας διάταξης, για τη μετατροπή της ενέργειας των σωματιδίων άλφα σε ηλεκτρική ενέργεια.Summarization: Fusion of light nuclei (of small atomic number) is the method of clean energy production for large scale power generation. The European fusion activity is implemented through Euratom and more recently, through Eurofusion, which is a world leader in research and technology, due to the construction and operation of large Magnetic Confinement Fusion (MCF) devices, like ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) and JET (Joint European Torus), both costing 10 - 12 billions of euros.
The last few years and especially in the USA, there is an increasing interest for the development of Compact Magnetic Fusion Devices (CMFDs), operating with intermediate plasma densities: 1020 m-3 - 1024 m-3, compared to magnetic (MCF) or inertial (ICF) confinement fusion devices: 1019 m-3 και 1029 m-3, correspondingly. Compact Magnetic Fusion Devices are suitable for industrial applications, including magnetic confinement fusion plasma studies, fusion energy generation tests, space propulsion and blanket material construction studies for future MCF and ICF devices. It is noteworthy to mention that the final CMFD construction and operating cost is at least 100 times lower than that of conventional Tokamak and ICF machines.
Conventional MCF and ICF machines, as well as CMFDs use mostly the nuclear fuels of Deuterium - Tritium (D-T) or Hydrogen - 11Boron (p-11B). However, D-T nuclear fusion reaction: D + T → 24+ n, isn’t the ideal candidate for clean energy generation, as it releases most of its energy in the form of high-energy neutrons (1 neutron of 14.1 MeV energy, per fusion reaction). p-11B nuclear fusion reaction: p - 11B → 3 24 on the other hand, not only emits less than 1.0% of its total energy in the form of neutrons, but also produces three (3) iso-energetic alpha particles (24) with 8.7 MeV total energy. The latter energy amount can be converted into
electricity with a 60 % - 70 % efficiency, without passing through a thermodynamic cycle.
Recent experiments of the international literature measure alpha particle generation from p – 11B nuclear reactions, arising from the interaction of a laser-driven high-energy proton beam with a solid 11Boron target or plasma (beam-target schemes). Since the generation of alpha particles depends on the initial proton beam energy, the initial density and temperature of 11Boron plasma, as well as the temporal evolution of both of these parameters, beam – solid target (or plasma) configurations produce a relatively small number of alpha particles.
The major difficulty in the research conducted around p-11B fusion is its nuclear fusion cross section efficiency, at higher than 250 keV reactant energies. At these high energies, p-11B fusion plasma electrons emit intense Bremsstrahlung radiation, as a consequence of their acceleration from the electric field of other charged particles (protons or atomic nuclei). Bremsstrahlung radiation isn’t absorbed by the thermonuclear plasma and thus, is an unavoidable energy loss from it. For the overcome of the difficulty related to nuclear cross section efficiency, the formation of the proton - 11Boron plasma is suggested inside a Compact Magnetic Fusion Device (CMFD). The proton - 11Boron plasma will arise from the interaction of two high-energy particle beams (one proton fluid plasma beam and one Boron ions plasma beam), in the energy range of 100 keV – 300 keV. Inside the formed p-11B fusion plasma, the fusion produced alpha particles will transfer most of their energy to the protons and 11Boron ions, through elastic binary Coulomb collisions (chain reactions effect and related avalanche alpha heating effect, according to the international literature). The type of Compact Magnetic Fusion Device described above, will allow a relatively long plasma energy confinement type (τΕ ~ 10 s), so that the total number of produced alpha particles can contribute to “clean” energy generation.
In the context of the present PhD dissertation, the following topics will be discussed: i) The plasma formation processes, ii) The p-11B fusion process inside a Compact Magnetic Fusion Device (CMFD), iii) The interactions of the fusion produced alpha particles inside the fusion plasma, iv) The result of the binary Coulomb collisions of the fusion produced alpha particles with the plasma charged particles (electrons, protons, Boron ions), v) The induced plasma heating plasma heating by the fusion produced alpha particles. The plasma formation by the high-energy particle beams will be discussed for the cases of beam production from: i) Short pulse high-intensity laser beam interactions with solid targets, and ii) Magnetically Insulated Diodes (MIDs). The results of the research will allow in a final stage, the proposal of a device, for the conversion of alpha particles energy into electrical energy
The importance of color in Bauhaus architecture
No full textΠερίληψη: Πως χρησιμοποιήθηκε το χρώμα στην αρχιτεκτονική του Bauhaus;
Ποιες ήταν οι βασικές διαφορές στις χρωματικές παλέτες ανάμεσα στα διάφορα κτίρια κατά τη διάρκεια του Bauhaus;
Και τελικά, ποιος είναι ο αντίκτυπος αυτού του κινήματος στην αντίληψη και χρήση του χρώματος στη σύγχρονη αρχιτεκτονική;
Η έρευνα επιχειρεί να αποκαλύψει μια διαφορετική διάσταση της χρήσης του χρώματος στην αρχιτεκτονική του Bauhaus, εκτός από τη “μονοχρωματική” αισθητική για την οποία είναι γνωστή. Μέσα από τις καινοτόμες θεωρίες των βασικών δασκάλων της σχολής, Itten, Kandinsky, Klee και Albers, και άλλων σπουδαίων δασκάλων, γίνεται κατανοητό το πώς χρησιμοποιήθηκε το χρώμα σε πολλές πτυχές της αρχιτεκτονικής και του σχεδιασμού, όχι μόνο σε εκείνη την εποχή αλλά και σήμερα. Από κατοικίες που κρύβουν πλούσιες παλέτες εσωτερικών χρωμάτων, μέχρι κατοικίες με διακριτικές χρωματικές επιλογές, η μελέτη εξετάζει τις διαφορετικές αυτές προσεγγίσεις, παραθέτοντας σημαντικά παραδείγματα. Οι διαφορετικές χρωματικές κλίμακες που αναλύονται στην έρευνα θα προσπαθήσουν να αποδώσουν τη σχέση της αρχιτεκτονικής σύνθεσης και του χώρου μέσα από τη χρήση του χρώματος. Εν κατακλείδι, στόχος της εργασίας είναι να αποδείξει πως παρά το γεγονός ότι το Bauhaus υπήρξε πρωτοπόρος του μινιμαλισμού, εισήγαγε μια σουδαία επιρροή χρώματος, με το ίδιο το χρώμα να προσδίδει ψυχή και αίσθηση στην αρχιτεκτονική.Summarization: How was color used in Bauhaus architecture?
What were the main differences in color palettes among the various buildings during the Bauhaus movement?
And finally, what is the impact of this movement on the perception and use of color in today’s architecture?
The research attempts to reveal a different dimension of the use of color in Bauhaus architecture, beyond the “monochromatic” aesthetic for which it is known. Through the innovative theories of the school’s key teachers, Itten, Kandinsky, Klee and Albers, and other great masters, it becomes clear how color was used in many aspects of architecture and design, not only at that time but also today. From residences that had rich palettes of interior colors, to residences with discreet color choices, the study examines these different approaches, citing important examples. The different color scales analyzed in the research will attempt to convey the relationship between architectural composition and space through the use of color. In conclusion, the aim of the paper is to demonstrate that despite the fact that Bauhaus was a pioneer of minimalism, it introduced a great influence of color, with color itself giving soul and feeling to architecture.Presented on
The role of rice cultivation in methane emissions: detection and analysis of its environmental footprint and investigation of alternative sustainable methods (of cultivation) to reduce it
No full textΜη διαθέσιμη περίληψηNot available summarizatio
Investigation of suspended solids removal from municipal wastewater using hydrocyclone
No full textΠερίληψη: Στη σύγχρονη εποχή, οι Εγκαταστάσεις Επεξεργασίας Λυμάτων (ΕΕΛ) αναζητούν ολοένα και περισσότερο τρόπους που αποσκοπούν στην μείωση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων, ελαχιστοποίησης κόστους και ενεργειακών αναγκών, καθώς και αύξηση αποτελεσματικότητας. Συνεπώς αποτελείται επιτακτική ανάγκη η εύρεση καινοτόμων τεχνολογιών που έχουν ως στόχο τη μείωση της ενέργειας σε ΕΕΛ. Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας ενός υδροκυκλώνα στην απομάκρυνση των Ολικών Αιωρούμενων Στερεών (TSS), του Βιοχημικά Απαιτούμενου Οξυγόνου (BOD5), καθώς και του Χημικά Απαιτούμενου Οξυγόνου (COD) από αστικά λύματα. Επίσης, μελετήθηκε η αποτελεσματικότητα του υδροκυκλώνα σε διαφορετικές παροχές εισερχόμενων αποβλήτων με σκοπό τη διερεύνηση της επίδρασης της ταχύτητας εισόδου του αποβλήτου στην αποτελεσματικότητα του συστήματος. Ωστόσο, πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις για την κατανομή της διαμέτρου των σωματιδίων πριν και μετά την επεξεργασία των αποβλήτων με το σύστημα υδροκυκλώνα. Οι αναλύσεις έδειξαν σημαντικές απομακρύνσεις των TSS 46,34 ± 17,63 %, BOD5 23,34 ± 9,023 %, COD 16,04 ± 4,881 %. H συγκέντρωση των TSS στο συμπύκνωμα υπολογίστηκε ίση με 1150 ± 220 mg/L. Στις μέρες που πραγματοποιήθηκαν πειράματα με διαφορετικές παροχές εισόδου (15 m3 /h , 10 m3 /h , 5 m3 /h ), παρατηρήθηκε ότι στα 10 m3 /h εμφανίζονται οι μεγαλύτερες απομακρύνσεις (TSS 64,9 ± 5,5 %), BOD5 (30,2 ± 4,5 %), COD (26,5 ± 1,45 %). Επιπρόσθετα, η αποτελεσματικότητα της συγκεκριμένης παροχής εμφανίστηκε και στη μέτρηση μεγέθους των σωματιδίων. Παρατηρήθηκε, μείωση σε όλους τους δείκτες d10 , d50 , d90 . Αναλυτικότερα για τον δείκτη d10 παρουσιάστηκε μείωση 19,6 %, 32,6% στον d50 και 52,8 % d90. Συμπερασματικά τα αποτελέσματα που λάβαμε από τη χρήση του υδροκυκλώνα ήταν ενθαρρυντικά σχετικά με την δυνατότητα τους στην απομάκρυνση ρύπων από τα υγρά απόβλητα.Summarization: In the modern era, Wastewater Treatment Plants (WWTPs) are increasingly seeking ways to reduce environmental impacts, minimize costs and energy demands, and enhance efficiency. Consequently, there is an urgent need to identify innovative technologies aimed at reducing energy consumption in WWTPs. The objective of this thesis is to evaluate the effectiveness of a hydrocyclone in removing Total Suspended Solids (TSS), Biochemical Oxygen Demand (BOD₅), and Chemical Oxygen Demand (COD) from urban wastewater. Additionally, the efficiency of the hydrocyclone was examined under different incoming wastewater flow rates to investigate the impact of inlet velocity on system performance. Furthermore, measurements were conducted to assess the particle size distribution before and after wastewater treatment using the hydrocyclone system.The analyses demonstrated significant removal rates: TSS 46.34% ± 17.63%, BOD₅ 23.34% ± 9.023%, COD 16.04% ± 4.881%. The concentration of the rejected water was calculated at 1150 ± 220 mg/L. In the experiments conducted at different inlet flow rates (15 m³/h, 10 m³/h, 5 m³/h), it was observed that at 10 m³/h, the highest removal efficiencies were recorded: TSS 64.9% ± 5.5%, BOD₅ 30.2% ± 4.5%, COD 26.5% ± 1.45%.Moreover, the effectiveness of this flow rate was also reflected in particle size measurements. A reduction was observed in all size distribution indices (d₁₀, d₅₀, d₉₀). Specifically, a 19.6% reduction in d₁₀, 32.6% in d₅₀, and 52.8% in d₉₀ was recorded.In conclusion, the results obtained from the use of the hydrocyclone were encouraging regarding its ability to remove pollutants from liquid wastewater