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Dissertations / Theses on the topic 'Simulations Monte Carlo cinétiques'
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Dinter, Nicolas. "Simulations Monte Carlo de cinétiques de réaction gaz/solide et application en catalyse d'hydrotraitement." Paris 6, 2008. http://www.theses.fr/2008PA066579.
Full textAbstract:
En vue de respecter les nouvelles normes sur la teneur en soufre des carburants diesels, l'industrie pétrolière doit apporter des améliorations des unités d'hydrodésulfuration (HDS), en particulier sur les catalyseurs de type MoS2. Nous proposons ici d'étudier ces catalyseurs par une méthode de simulations Monte Carlo cinétique (kMC) basées sur des calculs DFT. L'activation des surfaces actives de MoS2 a été étudiée par DFT. Nous avons développé un code kMC implémentant les résultats DFT afin de reproduire et d'interpréter des spectres expérimentaux de Réduction en Température Programmée. Ainsi nous avons pu attribuer le premier pic à la réduction de 100% à 50% de couverture en soufre. Nous avons remarqué l'importance de la prise en compte les changements d'entropie. Nous avons également étudié les spéciations de surface dans les conditions d' HDS industrielles. Les résultats obtenus ont mis en évidence un état stationnaire cinétique différent des prédictions thermodynamiques.
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Burdeau, Alexis. "Propriétés cinétiques de milieux granulaires vibrés." Paris 6, 2009. http://www.theses.fr/2009PA066249.
Full textAbstract:
La réalisation expérimentale des résultats théoriques obtenus ces dernières années en théorie cinétique des gaz granulaires n'a pas encore été caractérisée de façon certaine. Parmi tous les systèmes expérimentaux, les milieux granulaires vibrofluidisés présentent des propriétés tout à fait adaptées pour tenter cette caractérisation. Lorsqu'on observe des particules vibrées dans le plan horizontal, on peut en effet s'affranchir de l'influence de la gravité sur les vitesses, ce qui permet une comparaison plus aisée avec les prédictions théoriques. Ces dernières années, des expériences de ce type ont montré l'existence de distributions des vitesses caractéristiques de la théorie des gaz granulaires : distributions des vitesses Gaussiennes, queues de distributions en exponentielles étirées, corrections de Sonine à la Gaussienne, mais l'étude microscopique des mécanismes sous-jacents à ces résultats était manquante. L'objectif de la présente étude est de combler cette lacune en conjuguant modélisation numérique et approche cinétique pour reproduire et interpréter ces résultats expérimentaux. Le modèle de simulation que nous avons développé pour reproduire numériquement l'observation expérimentale d'un bain Gaussien granulaire a été mis à profit pour confirmer la réalisation expérimentale possible d'un moteur Brownien granulaire. Les propriétés de ce moteur, qui découlent d'une dissipation répartie de façon non uniforme à sa surface, ont été étudiées par l'équation de Boltzmann-Lorentz. Les prédictions théoriques obtenues de la sorte sont en bon accord avec les résultats numériques.
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Gaillard, Philippe. "Modélisation de la croissance de boîtes quantiques sous contrainte élastique." Thesis, Aix-Marseille, 2014. http://www.theses.fr/2014AIXM4303/document.
Full textAbstract:
La formation et la morphologie des boîtes quantiques est un sujet d'un grand intérêt, ces structures ayant de nombreuses application potentielles, en particulier en microélectronique et optoélectronique. Cette thèse porte sur l'étude théorique et numérique de la croissance et de la morphologie d'ilots par épitaxie par jet moléculaire. Un premier modèle de croissance est une étude non-linéaire de l'instabilité de type Asaro-Tiller-Grinfeld, il convient pour les systèmes à faibles désaccords de maille, et est plus spécifiquement appliquée au cas où le désaccord de maille est anisotrope (voir le cas du GaN sur AlGaN). Le calcul de l'instabilité que nous avons effectué prend en compte les effets élastiques causés par le désaccord de maille, les effets de mouillage et les effets d'évaporation. La résolution numérique de l'instabilité nous permet de constater une croissance plus rapide dans le cas anisotrope comparé au cas isotrope, ainsi que la croissance d'ilots fortement anisotropes.Le deuxième modèle est basé sur des simulations Monte Carlo cinétiques, qui permettent de décrire la nucléation d'ilots 3D. Ces simulations sont utilisées pour les systèmes à fort désaccord de maille, comme Ge sur Si. Nos simulations prennent en compte la diffusion des adatomes, les effets élastiques, et un terme simulant la présence de facettes (105). Des ilots pyramidaux se formaent, conformément aux expériences et subissent un mûrissement interrompu. Les résultats obtenus ont été comparés au cas de la nucléation 2D, et on retrouve en particulier une densité d'ilots en loi de puissance par rapport au rapport D/F du coefficient de diffusion et du flux de dépositionThe growth and morphology of quantum dots is currently a popular subject as these structures have numerous potential uses, specifically in microelectronics and optoelectronics. Control of the size, shape and distribution of these dots is of critical importance for the uses that are being considered. This thesis presents a theoretical and numerical study of the growth of islands during molecular beam epitaxy. In order to study these dots, we used two models : a nonlinear study of an Asaro-Tiller-Grinfeld like instability, and kinetic Monte Carlo simulations. The first model is appropriate for low misfit systems, and is detailed in the case where misfit is anisotropic (this is the case when depositing GaN on AlGaN). In this case we took into account elastic effects, wetting effects and evaporation. Numerical calculations show faster growth, compared to the isotropic misfit case, and the growth of strongly anisotropic islands.The second model is based on kinetic Monte Carlo simulations that can describe 3D island nucleation. We use these simulations to study systems with high misfits, specifically Ge on Si. Adatom diffusion on a surface is considered and takes into account elastic effects, and surface energy anisotropy, that allows us to stabilize (105) facets. Simulation results show the growth of pyramid-shaped 3D islands, as observed in experiments, and their ripening is interrupted. The results of these simulations are then compared to the case of 2D nucleation, and we find that several of the known 2D properties also apply to 3D islands. Specifically, island density depends on a power law of D/F, the diffusion coefficient divided by the deposition flux
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Brenet, Gilles. "Simulations multi-échelles de la cinétique dans les matériaux pour l'énergie : le silicium solaire et les composés d'intercalation pour les batteries lithium-ions." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016GREAY028/document.
Full textAbstract:
La production et le stockage de l'énergie est un grand défi de notre société. Les propriétés de certains matériaux sont dues principalement aux défauts qu'ils contiennent. Afin d'améliorer les matériaux que nous utilisons, il est nécessaire de pouvoir les modéliser. Ce travail est centré sur l'étude de divers défauts dans deux matériaux, le silicium et le graphite lithié. Au travers de la simulation multi-échelles, nous modélisons les défauts et leur cinétique, afin de pouvoir prédire leur formation mais aussi leur vieillissement.La première partie est centrée sur les différentes méthodes que nous avons employées. Ces méthodes sont réparties dans trois catégories, qui donnent accès chacune à une échelle de simulation. En démarrant sur des modèles électroniques et des simulations textit{ab initio}, nous avons pu mener des simulations atomistiques grâce à des algorithme stochastiques. Ces résultats ont ensuite mené vers des modèles macroscopiques, afin de pouvoir les comparer aux résultats expérimentaux.La seconde partie développe nos analyse sur les défauts ponctuels dans le silicium : carbones, oxygènes, lacunes et interstitiels. Ces défauts se regroupent et forment des complexes dans le silicium irradié. En analysant le comportement de ces complexes à l'échelle atomique, nous avons pu construire un modèle permettant de simuler la cinétique de multiples défauts, ainsi que la chaîne de réactions, sur plusieurs dizaines d'années. Ainsi, il est possible de déterminer les conditions permettant un meilleur contrôle de la formation et du vieillissement des complexes.La dernière partie présente l'analyse du graphite lithié. Ce composant de base des batteries lithium-ion est du graphite dans lequel s'intercale des atomes de lithium lors de la charge. La cinétique de la charge prédit le regroupement des atomes en îles, qui se déplacent lors de la charge. La propagation des atomes de lithium des bords de l'électrode vers le centre du graphite est également analyséEnergy production and storage is a big challenge in our society. The properties of some materials are mainly due to the defects therein. To improve the materials we use, it is necessary to be able to model them. This work focuses on the study of various defects in both materials, silicon and lithium graphite. Through the multi-scale simulation, we model the defects and their kinetics in order to predict their formation but also aging.The first part focuses on the various methods we used. These methods are divided into three categories, each providing access to a simulation scale. By starting on electronic models with textit{ab initio} simulations, we were able to simulate defects behavior with atomistic simulations using stochastic algorithm. These results then led to macroscopic models, in order to compare our simulations with the experimental results.The second part develops our analysis of point defects in silicon: carbon, oxygen, vacancies and interstitials. These defects gather and form complexes in the irradiated silicon. By analyzing the behavior of these complexes at the atomic scale, we could build a model to simulate the kinetics of multiple defects, and the reaction chain, over several decades. Thus, it is possible to determine the conditions for greater control of the formation and aging of various complexes.The last part presents the analysis of lithium graphite. This component of lithium-ion batteries is made of graphite in which lithium atoms intercalate during charging. The kinetics of the charging predicts the grouping of lithium atoms in islands, which move during charging. The lithium atoms diffusion from the edges of the electrode towards the center of the graphite is also analyzed
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Xu, Yu. "Etude de la diffusion du carbone dans le zirconium et la zircone en volume des gaines de combustible usées par simulations multi-échelles." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015SACLS199/document.
Full textAbstract:
Dans le cadre de la gestion des déchets nucléaires, les coques et embouts des gaines de combustibles sont coupées, compactées et empilés dans les colis CSD-C (Colis Standards de Déchets Compactés). Actuellement entreposés à la Hague, ces déchets seront stockés en milieu géologique profond dans des alvéoles en béton. Ces déchets MA-VL contiennent des RN d’intérêts dont le carbone-14 qui provient de l’activation neutronique de l’azote-14 et de l’oxygène-17 présents dans le Zircaloy. L’objectif de cette thèse, qui est menée en collaboration avec EDF et AREVA, est de répondre à la question du devenir et du comportement du carbone-14 dans ZrO₂ et Zr-métal. Cette thèse consistera à utiliser la simulation numérique, au moyen de la Théorie de la Fonctionnelle de la Densité (DFT), afin demodéliser le comportement du carbone-14 dans les CSD-C. Les simulations sont effectuées avec une approche multi-échelles : 1) Échelle atomique, optimisation de modèles atomiques permettant de représenter les différentes phases de ZrO₂ ; identification des différents sites d’insertion possibles pour l’atome de carbone en sites interstitiels et en substitutions à un atome d’oxygène ou de zirconium ; modélisation des différentes chemins d’énergie minimum associées à la migration d’un atome de carbone d’un site à un autre par mécanismes interstitiels et lacunaires. 2) Échelle macroscopique, détermination des coefficients de diffusion par la méthode Monte-Carlo dans ZrO₂ monoclinique pure et Zr pureAs part of the nuclear waste management, hulls and ends of fuel claddings are cut, compacted and put in CSD-C containers (compacted standard waste containers). Currently stored at La Hague, the waste will be stored in deep geological environment. The MA-VL waste contains RN including carbon-14, which comes from the neutron activation of nitrogen-14 and oxygen-17 present in the oxide Zircaloy. The objective of this thesis, which is taken in collaboration with EDF and AREVA, is to answer the question of the carbon-14 behavior in ZrO₂ and Zr metal. This thesis is to perform numerical simulations, using the Theory of Density Functional (DFT) to model the behavior of carbon-14 in the CSD-C. The simulations are performed with multi-scale approach: 1) At atomic scale, optimization of atomic models to represent the different phases of ZrO₂; identification of the insertion sites for the carbon atom in interstitial sites and substitutions of an oxygen or zirconium atom; modeling different minimum energy path for the migration of a carbon atom from one site to another by interstitial and vacancye mechanisms. 2) At macroscopic scale, determination of diffusion coefficients in pure bulk monoclinic ZrO₂ and pure bulk Zr by the Monte Carlo method
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Dabli, Djamel. "Utilisation d'un modèle microdosimétrique cinétique (MKM) pour l'interprétation d'irradiations cellulaires dans le cadre de l'hadronthérapie : Application de simulations Monte‐Carlo." Phd thesis, Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00504039.
Full textAbstract:
L'hadronthérapie est une technique de traitement de cancer basée sur l'utilisation de particules lourdes chargées. Les caractéristiques physiques de ces particules permettent un ciblage plus précis des tumeurs et une efficacité biologique supérieure à celle des photons et des électrons. Ce travail de thèse traite la problématique de la modélisation des effets biologiques induits par ce type de particules. Une partie de ce travail est consacrée à l'analyse de l'outil de simulation Monte‐Carlo " Geant4 ", utilisé pour simuler la phase physique de l'interaction des particules avec le milieu biologique. Nous avons évalué la capacité de " Geant4 " à simuler la distribution microscopique des dépôts d'énergie des particules chargées et confronté ces résultats à ceux d'un autre code de simulation dédié aux applications de radiobiologie. L'autre partie du travail est dédiée à l'étude de deux modèles radiobiologiques basés sur deux approches différentes qui sont le modèle LEM (Local Effect Model) basé sur une approche de trace amorphe et le modèle MKM (Microdosimetric Kinetic Model) basé sur une approche microdosimétrique. Une analyse théorique des deux modèles est effectuée ainsi qu'une comparaison de leurs concepts. Ensuite, nous nous sommes focalisé sur le modèle microdosimétrique " MKM " que nous avons analysé de manière plus approfondie. Enfin, nous avons appliqué le modèle MKM pour reproduire les résultats expérimentaux d'irradiation cellulaire obtenus au GANIL avec des ions carbone et argon sur des cellules tumorales (lignées SCC61 et SQ20B) de radiosensibilité différente.
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Coulibaly, Ibrahim. "Contributions à l'analyse numérique des méthodes quasi-Monte Carlo." Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 1997. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00004933.
Full textAbstract:
Les méthodes de type quasi-Monte Carlo sont des versions déterministes des méthodes de Monte Carlo. Les nombres aléatoires sont remplacés par des nombres déterministes qui forment des ensembles ou des suites à faible discrepance, ayant une meilleure distribution uniforme. L'erreur d'une méthode quasi-Monte Carlo dépend de la discrepance de la suite utilisée, la discrepance étant une mesure de la déviation par rapport à la distribution uniforme. Dans un premier temps nous nous intéressons à la résolution par des méthodes quasi-Monte Carlo d'équations différentielles pour lesquelles il y a peu de régularité en temps. Ces méthodes consistent à formuler le problème avec un terme intégral pour effectuer ensuite une quadrature quasi-Monte Carlo. Ensuite des méthodes particulaires quasi-Monte Carlo sont proposées pour résoudre les équations cinétiques suivantes : l'équation de Boltzmann linéaire et le modèle de Kac. Enfin, nous nous intéressons à la résolution de l'équation de la diffusion à l'aide de méthodes particulaires utilisant des marches quasi-aléatoires. Ces méthodes comportent trois étapes : un schéma d'Euler en temps, une approximation particulaire et une quadrature quasi-Monte Carlo à l'aide de réseaux-$(0,m,s)$. A chaque pas de temps les particules sont réparties par paquets dans le cas des problèmes multi-dimensionnels ou triées si le problème est uni-dimensionnel. Ceci permet de démontrer la convergence. Les tests numériques montrent pour les méthodes de type quasi-Monte Carlo de meilleurs résultats que ceux fournis par les méthodes de type Monte Carlo.
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Hennad, Ali. "Cinétique des ions dans les gaz moléculaires par simulations de Monte Carlo classique et optimisée : détermination des données de base dans l'air." Toulouse 3, 1996. http://www.theses.fr/1996TOU30184.
Full textAbstract:
Ce travail est consacre a la simulation numerique de la cinetique des ions dans les gaz moleculaires faiblement ionises se trouvant dans un regime de non-equilibre thermique et a la determination des donnees de base ioniques (potentiels d'interaction, sections efficaces, et parametres de transport) necessaires a la modelisation des decharges electriques hors equilibre. Il s'agit des donnees de base de certains ions dans l'oxygene, l'azote et l'air utiles notamment a l'etude des dispositifs de depollution des gaz d'echappement par plasmas non-thermiques. Apres avoir rigoureusement etudie et analyse plusieurs types de potentiels d'interaction, il apparait que les potentiels de polarisation et de lennard-jonesn-6 sont les plus appropries pour decrire les interactions ion-molecule respectivement aux faibles et aux valeurs plus elevees de l'energie des ions. Ils permettent notamment de determiner les sections efficaces integrales et surtout differentielles capables de rendre compte de l'anisotropie des collisions elastiques ion-molecule. Ensuite, on a developpe une methode de simulation statistique de monte carlo pour etudier le transport des ions en prenant en consideration les processus collisionnels specifiques aux systemes ion-molecule comme la diffusion elastique anisotrope ou le transfert de charge resonant ou non-resonant, ou encore l'excitation vibrationnelle des molecules par impacts ioniques. Puis cette methode de monte carlo a ete optimisee en ajoutant un processus collisionnel supplementaire fictif de creation d'ions afin d'ameliorer la precision des calculs en presence de certains processus de disparition des ions. En utilisant ces techniques de monte carlo couplees a une methode d'ajustement des sections efficaces a partir des parametres de transport, les donnees de base (sections efficaces et parametres de transport) ont ete determinees dans le cas des ions d'azote et d'oxygene dans leurs gaz parents (n#+#2/n#2, n#+/n#2, o#+#2/o#2, o#-#2/o#2, o#+/o#2, et o#-/o#2). L'influence de l'anisotropie des collisions elastiques sur les parametres de transport pour deux systemes particuliers (n#+#2/n#2 et o#-/o#2) a ete ensuite discutee en montrant que son influence est importante uniquement dans le cas des systemes asymetriques. Ensuite, afin de pouvoir etudier le transport des ions dans les melanges d'azote et d'oxygene tels que l'air, les donnees de base des ions d'azote et d'oxygene ont ete determinees d'abord dans leurs gaz non-parents et ceci pour la premiere fois dans la litterature dans des systemes comme o#+#2/n#2, o#+/n#2, n#+#2/o#2, et n#+/o#2. Apres avoir analyse et discute la non-validite des lois de linearite en fonction du champ, l'ensemble des sections efficaces deja obtenues dans les gaz parents et non-parents a permis de determiner les parametres de transport des ions n#+#2, o#+#2, n#+, et o#+ dans les melanges de gaz n#2-o#2 comme l'air pour des champs allant de 1 td jusqu'a environ 1000 td
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Arnoult, Mickaël. "Contribution à l’étude des dynamiques moléculaires associées aux cinétiques de relaxation sous contrainte dans les polymères semi-critallins : Etude expérimentale et simulation numérique." Rouen, 2007. http://www.theses.fr/2007ROUES039.
Full textAbstract:
Ce travail est une contribution à l’étude de la transition vitreuse et de la relaxation structurale des verres. L’ensemble du travail suit deux axes: une étude expérimentale concernant un polymère linéaire (PLLA) avec différents taux de cristallinité et la simulation numérique qui utilise le modèle du Bond Fluctuating Length (BFL) en simulation Monte Carlo. Dans un premier temps, il a été montré que la présence d’une phase cristalline au sein du PLLA change peu la mobilité moléculaire de la phase amorphe. Néanmoins, pour des taux intermédiaires, cette phase cristalline peut conduire à une séparation de la phase amorphe en deux phases distinctes, l’une éloignée de l’influence cristalline et une seconde plus proche des cristaux qui interagit avec eux ayant, présentant ainsi une mobilité moléculaire plus réduite. Dans un second temps, il a été montré qu’il était possible de simuler la transition vitreuse en choisissant deux potentiels d’interaction : le Lennard-Jones (inter-moléculaire) et le potentiel de Liaison (intra-moléculaire). Cependant, le choix du poids relatif d’un potentiel par rapport à l’autre est prépondérant dans l’obtention du résultat. Des traitements isothermes à des températures inférieures à celles du liquide ont mis en évidence deux phénomènes : à basses températures est observée la relaxation d’un liquide figé tandis que pour des températures juste en dessous du liquide est observée une mise en ordre du système au cours du temps de recuitThis work is a contribution to the study of the glass transition and of the relaxation phenomenon in glasses. This study is divided into two axis: a/ an experimental study on a linear polymer (PLLA) with different crystallinity degrees and b/ a Monte Carlo computer simulation using the Bond Fluctuating Length (BFL) model. In the first part, the presence of a crystalline phase in PLLA has been shown to have a weak influence on the amorphous phase molecular mobility. However, for intermediate degrees, this crystalline phase can lead to an amorphous phase separation: one phase far and free from the crystal influence, a second phase, closer to the crystals, interacting with the latters and so presenting a lower molecular mobility. In the second part of the work, the glass transition has been simulated using two interaction potentials: a Lennard-Jones (inter-molecular) and a Bond Length (intra-molecular). However, the choice of the ration between this two potential is of a great importance in regard of the result obtained. Isothermal treatments at temperature lower than the ones of the liquid has enlightened two phenomena: at low temperatures is observed the relaxation of a frozen liquid as at temperatures just under the liquid state, an ordering appears during the annealing time
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Ngayam, Happy Raoul. "Prévisions de l’évolution microstructurale sous irradiation d’alliages ferritiques par simulations numériques à l’échelle atomique." Thesis, Lille 1, 2010. http://www.theses.fr/2010LIL10173/document.
Full textAbstract:
Dans ce travail, nous avons amélioré un modèle de diffusion des défauts ponctuels (lacunes et interstitiels) en introduisant les hétéro-interstitiels. Ce modèle permet ainsi de simuler par Monte Carlo cinétique (MCC) la formation d’amas riches en solutés observés expérimentalement dans des alliages modèles ferritiques irradiés de type Fe – Cu MnNiSiP – C.Des calculs de structure électronique nous ont permis de caractériser les interactions existant entre les interstitiels et les différents atomes de solutés et aussi le carbone. Le P interagit avec les lacunes et très fortement avec l'interstitiel, le Mn interagit également avec l’interstitiel pour former un dumbbell mixte. Le C, en position octaédrique, interagit fortement avec la lacune et plus faiblement avec l'interstitiel. Les énergies de liaison, de migration ainsi que d’autres propriétés à l’échelle atomique, déterminées par calculs ab initio, nous ont conduits à un jeu de paramètres pour le code de MCC. Dans un premier temps, ces paramètres ont été optimisés sur des expériences, de la littérature, de recuits isochrones d’alliages binaires préalablement irradiés aux électrons. Les simulations de recuit isochrone, en reproduisant les tendances observées expérimentalement, nous ont permis d'associer précisément un mécanisme à chacune des évolutions de la résistivité au cours du recuit. Par ailleurs, les limites de solubilité des différents éléments ont été déterminées par Monte Carlo Metropolis. Dans un second temps, nous avons simulé l’évolution à 300 °C de la microstructure sous irradiation dans des alliages de complexité croissante : fer pur, alliages binaires, ternaires, quaternaires, et enfin alliages complexes de compositions proches de celle de l'acier de cuve. L'ensemble des simulations montrent que le modèle reproduit globalement les tendances des résultats expérimentaux, ce qui a permis de proposer des mécanismes pour expliquer les différents comportements observésIn this work, we have improved a diffusion model for point defects (vacancies and self-interstitials) by introducing hetero-interstitials. The model has been used to simulate by Kinetic Monte Carlo (KMC) the formation of solute rich clusters that are observed experimentally in irradiated ferritic model alloys of type Fe – CuMnNiSiP – C.Electronic structure calculations have been used to characterize the interactions between self-interstitials and all solute atoms, and also carbon. P interacts with vacancies and strongly with self-interstitials. Mn also interacts with self-interstitials to form mixed dumbbells. C, with occupies octahedral sites, interacts strongly with vacancies and less with self-interstitials. Binding and migration energies, as well as others atomic scale properties, obtained by ab initio calculations, have been used as parameters for the KMC code. Firstly, these parameters have been optimized over isochronal annealing experiments, in the literature, of binary alloys that have been electron-irradiated. Isochronal annealing simulations, by reproducing experimental results, have allowed us to link each mechanism to a single evolution of the resistivity during annealing. Moreover, solubility limits of all the elements have been determined by Metropolis Monte Carlo. Secondly, we have simulated the evolution at 300 °C of the microstructure under irradiation of different alloys of increasing complexity: pure Fe, binary alloys, ternaries, quaternaries, and finally complex alloys which compositions are close to those of pressure vessel steels. The results show that the model globally reproduces all the experimental tendencies, what has led us to propose mechanisms to explain the behaviours observed
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Dellacherie, Stéphane. "Contribution à l'analyse et à la simulation numériques des équations cinétiques décrivant un plasma chaud." Phd thesis, Université Paris-Diderot - Paris VII, 1998. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00479816.
Full textAbstract:
Lors de la formation du point chaud dans une expérience de Fusion par Confinement Inertiel, le plasma au centre de la sphère de deutérium-tritium peut être loin de l'équilibre thermodynamique local. Dans la première partie, on décrit donc un modèle cinétique ionique de type Vlasov-Fokker-Planck susceptible de prendre en compte ces déséquilibres. Après avoir rappelé les grandes étapes pour résoudre numériquement le système obtenu, on introduit la notion de moyenne entropique pour définir un nouveau schéma numérique traitant les collisions ion-électron homogènes en espace. Ce schéma est conservatif, stable et entropique sous un critère de type CFL dans sa version explicite. Dans sa version semi-implicite, on établit que ce schéma conserve l'équilibre thermodynamique. Le temps de calcul pour résoudre les équations cinétiques étant très important, il est nécessaire d'étudier la possibilité de ne résoudre ces équations que là où c'est nécessaire c'est à dire principalement au centre de la sphère de deutérium-tritium. Dans la seconde partie, on propose donc une technique de couplage cinétique-fluide, la formation du point chaud étant traitée avec le modèle cinétique, le reste avec les équations d'Euler à deux températures (températures ionique et électronique). Les ions deutérium et tritium pouvant ne pas être à l'équilibre thermodynamique, on s'est ensuite posé la question de la validité des formules analytiques donnant le taux de réaction nucléaire, formules établies en supposant que le plasma est à l'équilibre thermodynamique. Dans la troisième partie, on propose donc une méthode de type Monte-Carlo pour résoudre numériquement les équations cinétiques de type Boltzmann qui décrivent les réactions de fusion thermonucléaire et on montre qu'effectivement, les déséquilibres thermodynamiques rencontrés lors de la formation du point chaud peuvent invalider les formules usuelles.
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Bryskhe, Henrik. "Optimization of Monte Carlo simulations." Thesis, Uppsala University, Department of Information Technology, 2009. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:uu:diva-121843.
Full textAbstract:
This thesis considers several different techniques for optimizing Monte Carlo simulations. The Monte Carlo system used is Penelope but most of the techniques are applicable to other systems. The two mayor techniques are the usage of the graphics card to do geometry calculations, and raytracing. Using graphics card provides a very efficient way to do fast ray and triangle intersections. Raytracing provides an approximation of Monte Carlo simulation but is much faster to perform. A program was also written in order to have a platform for Monte Carlo simulations where the different techniques were implemented and tested. The program also provides an overview of the simulation setup, were the user can easily verify that everything has been setup correctly. The thesis also covers an attempt to rewrite Penelope from FORTAN to C. The new version is significantly faster and can be used on more systems. A distribution package was also added to the new Penelope version. Since Monte Carlo simulations are easily distributed, running this type of simulations on ten computers yields ten times the speedup. Combining the different techniques in the platform provides an easy to use and at the same time efficient way of performing Monte Carlo simulations.
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Brangian, Claudio. "Monte Carlo simulations of Potts glasses." [S.l.] : [s.n.], 2002. http://ArchiMeD.uni-mainz.de/pub/2002/0115/diss.pdf.
Full text
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Desplat, Jean-Christophe. "Monte Carlo simulations of amphiphilic systems." Thesis, Sheffield Hallam University, 1996. http://shura.shu.ac.uk/19557/.
Full textAbstract:
Results are presented from NVT Monte Carlo simulations of a three-dimensional lattice model of a binary mixture of solvent and surfactant chains in which free self assembly is allowed. It is demonstrated that the model exhibits a critical micelle concentration together with cluster size distributions consistent with experiment and theory (minimum and maximum in the distribution within the micellar region). The weight average aggregation number, N[w], increases linearly with the square root of the concentration of micellised surfactant as predicted theoretically. The dilute solution excess chemical potential (beta[0n] --- beta[01]) is determined from the cluster size distribution. It is found to be a monotonically decreasing function of n with different functional forms for small and large clusters. A single analytical expression is found to describe the cluster size distribution and the X[1] versus X[a] curve on the concentration range from 0 to 5 vol. % . It is necessary to introduce an activity coefficient to accurately describe the behaviour of the model for amphiphile concentrations greater than 5 vol. % . The dependence of this expression on temperature and molecular interaction parameters is determined. Results are also presented for the simulation of longer chains. Following investigation of three of the models free parameters, regions of phase space in which 'spongy' structures and vesicles --- either spherical or tubular --- are successfully identified. A preliminary phase diagram is established by considering the variation in the cavity size distribution function. These results are discussed in relation with experimental data and existing phenomenological studies. An extension of the Configurational-bias Monte Carlo (CBMC) based on a self-avoiding walk using sites selected from subsets of sites known a priori available for the regrowth is also established. Its theoretical fondation is laid out together with a partial assessment of its efficiency relative to both the classic reptation and CBMC for the simulation of chains lying on a lattice of high coordination number. A methodology for the simulation of polyoxyethylene oxide (POE) surfactants using a cubic lattice of coordination number c = 26 is briefly discussed.
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Jaeckel, Alain. "Simulations Monte Carlo de chaînes confinées." Montpellier 2, 1997. http://www.theses.fr/1997MON20206.
Full textAbstract:
Par simulation monte carlo (smc), nous generons a l'ordinateur des chemins statistiques (rfws) ou auto-evitants (saws) a l'interieur de pores spheriques de rayons variables. Ces chemins modelisent respectivement des chaines polymere confinees en solvant theta et en bon solvant. A partir des chaines ainsi construites, on estime les dimensions moyennes usuelles (distance moyenne bout a bout et rayon de giration moyen), les distributions des milieux et des extremites ou tous maillons confondus dans la sphere de confinement, la variation d'entropie en fonction du confinement impose et enfin la pression exercee par la chaine sur la surface de confinement. Nous donnons egalement une relation universelle entre le nombre de conformations d'une chaine de n pas, quel que soit son type, et un parametre de compacite determine par smc. Nous proposons aussi une extension de la theorie des blobs de de gennes. Nous discutons nos resultats au vu de resultats theoriques ou de publications anterieures. Nous etablissons l'existence de lois d'echelle, moyennant l'utilisation de parametres de reduction specifiques a chaque type de chaines (rfws ou saws), et montrons que rfws et saws presentent des comportements comparables pour des valeurs egales du rayon reduit de la sphere de confinement. Ainsi, certaines proprietes des saws confines dans des spheres peuvent etre deduits des resultats theoriques plus accessibles des rfws confines en tenant compte d'une simple renormalisation des dimensions, et ce avec un degre d'approximation satisfaisant, voire bon. Nous etendons nos smc au cas des parcours hamiltoniens dont le nombre peut etre estime, pour un carre de cote donne, via l'utilisation d'une loi d'echelle empirique que nous avons etablie. Enfin, nous avons cherche a elucider un vieux probleme de la litterature qui concerne l'exposant d'echelle et la dimension critique des chaines auto-evitantes generees par la procedure reflechissante non ponderee de rosenbluth et rosenbluth.
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Rönnby, Karl. "Monte Carlo Simulations for Chemical Systems." Thesis, Linköpings universitet, Matematiska institutionen, 2016. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:liu:diva-132811.
Full textAbstract:
This thesis investigates dierent types of Monte Carlo estimators for use in computationof chemical system, mainly to be used in calculating surface growthand evolution of SiC. Monte Carlo methods are a class of algorithms using randomsampling to numerical solve problems and are used in many cases. Threedierent types of Monte Carlo methods are studied, a simple Monte Carlo estimatorand two types of Markov chain Monte Carlo Metropolis algorithm MonteCarlo and kinetic Monte Carlo. The mathematical background is given for allmethods and they are tested both on smaller system, with known results tocheck their mathematical and chemical soundness and on larger surface systemas an example on how they could be used
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Carpentier, Denise. "Simulation de la cinétique d’absorption des défauts ponctuels par les dislocations et amas de défauts." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLX077/document.
Full textAbstract:
La dynamique d'amas (DA) est une méthode de simulation en champ moyen permettant la prédiction de l'évolution des matériaux sous irradiation. Dans cette thèse, on s'intéresse aux forces de puits, qui sont les paramètres utilisés en DA pour représenter la capacité des puits (dislocations, cavités...) à absorber les défauts ponctuels (lacunes, interstitiels). Pour calculer les forces de puits, on réalise des simulations Monte Carlo cinétique sur objets (OKMC) dans lesquelles l'énergie des défauts ponctuels au point stable et au point col est décrite à l'aide de dipôles élastiques. Ces quantités sont préalablement calculées pour un cristal d'aluminium en utilisant la théorie de la fonctionnelle de la densité. Une première partie de ce travail vise à évaluer les forces des principaux puits présents dans les microstructures sous irradiation (cavité, dislocation droite et boucle de dislocation) dans des configurations simples. L'étude met en évidence l'importance des interactions élastiques, et permet d'identifier l'anisotropie des dipôles élastiques au point col comme un paramètre très important qui modifie à la fois les trajectoires des défauts ponctuels et les valeurs de forces de puits. On s'intéresse dans une deuxième partie à l'importance de la position relative des puits sur leur capacité à absorber les défauts ponctuels. Des microstructures contenant un grand nombre de boucles de dislocation sont générées par des simulations OKMC et l'absorption des défauts ponctuels par ces microstructures est mesurée. Il est montré que le voisinage d'un puits modifie sensiblement sa capacité à absorber les défauts ponctuels et ce comportement est rationalisé en utilisant le volume de Voronoï associé à chaque puits. Cette étude conduit à proposer une nouvelle expression de force de puits, ainsi qu'un nouveau formalisme de DA dans lequel les amas sont caractérisés par leur taille et par le volume de leur cellule de Voronoï. Il est montré que ce formalisme permet d'améliorer fortement la prédiction de l'évolution des distributions de tailles d’amas lors d'une irradiationCluster Dynamics (CD) is a mean field simulation method which makes it possible to predict the materials evolution under irradiation. In this work, we focus on sink strengths, which are the parameters used in CD to represent the capacity of sinks (dislocations, cavities…) to absorb point defects (vacancies, self-interstitials). To calculate the sink strengths, object kinetic Monte Carlo (OKMC) simulations are performed. The energy of point defects at stable and saddle points is described through their elastic dipoles. These elements are computed in an aluminum crystal using density functional theory. In a first part, the sink strengths of the main objects found in irradiated microstructures (dislocations, cavities and dislocation loops) are calculated on simple configurations. This study reveals the importance of elastic interactions, and enables us to identify the saddle point anisotropy of point defects as an important parameter, as it modifies both the point defects trajectories and the sink strength values. Then, we focus on the role of the relative position of sinks in their capacity to absorb point defects. Microstructures containing a large number of dislocation loops are generated by OKMC simulations and the absorption of point defects by those microstructures is measured. It is shown that the neighborhood of a sink modifies noticeably its capacity to absorb the point defects and this behavior is rationalized through the Voronoi volume associated with each sink. This study leads to the proposal of a new sink strength expression, and of a new formalism for CD in which clusters are described by their size and their Voronoi volume. The results show that this formalism makes it possible to strongly improve the prediction of the evolution of cluster size distributions during irradiation
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Wong, Hilda Evangeline. "Advanced Monte Carlo simulations and option pricing." Thesis, National Library of Canada = Bibliothèque nationale du Canada, 2001. http://www.collectionscanada.ca/obj/s4/f2/dsk3/ftp05/mq64991.pdf.
Full text
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Vliet, Johannes Henricus van. "Monte Carlo simulations of confined polymer systems." [S.l. : [Groningen : s.n.] ; University Library Groningen] [Host], 1991. http://irs.ub.rug.nl/ppn/293041210.
Full text
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Hanassab, Shabnam. "Monte Carlo simulations in non-Euclidean geometries." Thesis, Queen Mary, University of London, 2004. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.408221.
Full text
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Tully, Jonathan. "Monte Carlo simulations of hard QCD radiation." Thesis, Durham University, 2009. http://etheses.dur.ac.uk/145/.
Full textAbstract:
Monte Carlo event generators, such as Herwig++, provide a full simulation of events at collider experiments. They give a fully exclusive description of hadronic final states and are therefore crucial tools for the planning of future experiments and analysing of data from existing experiments. The key component that allows this description of high-multiplicity final states is the parton shower. There has been much recent progress improving the parton shower description of hard radiation using exact matrix elements. This thesis describes research into implementing and improving such methods within the Herwig++ event generator. In Chapter 1, the parton-shower formalism is reviewed and the structure of event generators described. Chapter 2 details the specifics of the \textsf{Herwig++} parton shower. In Chapters 3 and 4, the POWHEG next-to-leading-order matching procedure is described, and work implementing the scheme within Herwig++ is presented. The method is implemented for the processes e+e- to hadrons and Drell-Yan vector boson production and the results are compared to experimental data from LEP and the Tevatron. This work includes the first full implementation of the truncated shower. A description of the development and implementation of a modified matrix-element merging scheme is presented in Chapter 5. This scheme is based on CKKW merging but uses an extension of the POWHEG idea to improve the method using truncated showers. The method is implemented first for final-state radiation in e+e- to hadrons and then, in Chapter 6, extended to include initial-state radiation in Drell-Yan vector boson production.
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Amir-Azizi, Siamak. "Linear filtering algorithms for Monte Carlo simulations." Thesis, University of Southampton, 1990. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.280859.
Full text
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Webster, Stephen James. "Improved Monte Carlo simulations of massive quarks." Thesis, Durham University, 2019. http://etheses.dur.ac.uk/12954/.
Full textAbstract:
Motivated by the interest in top and bottom quark production processes at the LHC, we study the simulation of heavy quarks in the Herwig 7 Monte Carlo event generator. We first present a much improved treatment of heavy quarks in the dipole shower in Herwig 7 and extend the shower to handle decays of massive coloured particles. Taking advantage of these developments, we perform an in-depth study of the simulation of top quark pair production at the LHC, paying particular attention to the parton shower and matching uncertainties involved. Next we implement an algorithm in the dipole shower to include spin correlation effects. Using this algorithm we can produce accurate predictions of the angular distributions of top quark decay products in top pair production at the LHC. Following this we describe a modified version of the veto algorithm used in parton showers that enables the incorporation of weights. We show that the algorithm can be used to significantly reduce the CPU time required to evaluate the effects of scale variations in parton showers. Finally, we investigate the description of gluon splittings to heavy quark pairs in the angular-ordered and dipole parton showers in Herwig 7. While both parton showers correctly reproduce the leading-logarithmic term in the description of these splittings, we find that the effects of subleading contributions are significant.
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Joshi, Kriten J. (Kriten Jayant) 1971. "Monte-Carlo simulations of globular cluster dynamics." Thesis, Massachusetts Institute of Technology, 2000. http://hdl.handle.net/1721.1/53041.
Full textAbstract:
Thesis (Ph.D.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Physics, 2000.Includes bibliographical references (leaves 156-163).
We present the results of theoretical calculations for the dynamical evolution of dense globular star clusters. Our new study was motivated in part by the wealth of new data made available from the latest optical, radio, and X-ray observations of globular clusters by various satellites and ground-based observatories, and in part by recent advances in computer hardware. New parallel supercomputers, combined with improved computational methods, now allow us to perform dynamical simulations of globular cluster evolution using a realistic number of stars (N - 10 - 106) and taking into account the full range of relevant stellar dynamical and stellar evolutionary processes. These processes include two-body gravitational scattering, strong interactions and physical collisions involving both single and binary stars, stellar evolution of single stars, and stellar evolution and interactions in close binary stars. We have developed a new numerical code for computing the dynamical evolution of a dense star cluster. Our code is based on a Monte Carlo technique for integrating numerically the Fokker-Planck equation. We have used this new code to study a number of important problems. In particular, we have studied the evolution of globular clusters in our Galaxy, including the effects of a mass spectrum, mass loss due to the tidal field of the Galaxy, and stellar evolution. Our results show that the direct mass loss from stellar evolution can significantly accelerate the total mass loss from a globular cluster, causing most clusters with low initial central concentrations to disrupt completely. Only clusters born with high central concentrations, or with relatively few massive stars, are likely to survive until the present and remain observable. Our study of mass segregation in clusters shows that it is possible to retain significant numbers of very-low-mass (m < 0.1M.) objects, such as brown dwarfs or planets, in the outer halos of globular clusters, even though they are quickly lost from the central, denser regions. This is contrary to the common belief that globular clusters are devoid of such low-mass objects. We have also performed, for the first time, dynamical simulations of clusters containing a realistic number of stars and a significant fraction of binaries. We find that the energy generated through binarybinary and binary-single-star interactions in the cluster core can support the system against gravothermal collapse on timescales exceeding the age of the Universe, explaining naturally the properties of the majority of observed globular clusters with resolved cores.
by Kriten J. Joshi.
Ph.D.
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Denholm, David Richardson. "Monte Carlo simulations of random anisotropy magnets." Thesis, University of Southampton, 1995. https://eprints.soton.ac.uk/394155/.
Full text
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Cox, Isaiah. "Monte Carlo Simulations of Ultracold Neutron Velocities." Digital Commons @ East Tennessee State University, 2020. https://dc.etsu.edu/honors/588.
Full textAbstract:
An electric dipole moment (EDM) in the neutron would indicate a source of CP-violation that is needed to explain the dominance of matter over antimatter in the universe. Several experiments are currently looking for a neutron EDM and so far, the value has been constrained to dn 1.8 x10 26 ecm. Presented here is work supporting the nEDM experiment at Los Alamos National Laboratory which utilizes ultracold neutrons (UCNs) and Ramsey’s separated oscillating fields method. In such an experiment, it is important to understand the velocity of the neutrons due to false EDM signals that can be pro- duced by the presence of a magnetic field. Monte Carlo simulations were used to study the optimal design parameters of a chopper system that would reproduce a given velocity spectrum of a population of neutrons by measuring the time of flight to a detector.
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Wang, Dong-Mei. "Monte Carlo simulations for complex option pricing." Thesis, University of Manchester, 2010. https://www.research.manchester.ac.uk/portal/en/theses/monte-carlo-simulations-for-complex-option-pricing(a908ec86-2fb2-4d5d-83e5-9bff78033edd).html.
Full textAbstract:
The thesis focuses on pricing complex options using Monte Carlo simulations. Due to the versatility of the Monte Carlo method, we are able to evaluate option prices with various underlying asset models: jump diffusion models, illiquidity models, stochastic volatility and so on. Both European options and Bermudan options are studied in this thesis.For the jump diffusion model in Merton (1973), we demonstrate European and Bermudan option pricing by the Monte Carlo scheme and extend this to multiple underlying assets; furthermore, we analyse the effect of stochastic volatility.For the illiquidity model in the spirit of Glover (2008), we model the illiquidity impact on option pricing in the simulation study. The four models considered are: the first order feedback model with constant illiquidity and stochastic illiquidity; the full feedback model with constant illiquidity and stochastic illiquidity. We provide detailed explanations for the present of path failures when simulating the underlying asset price movement and suggest some measures to overcome these difficulties.
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Wand, Charlie Ray. "Monte Carlo simulations of confined nematic systems." Thesis, University of York, 2013. http://etheses.whiterose.ac.uk/4897/.
Full textAbstract:
In this thesis, a systematic Monte Carlo simulation study of confined nematic and cholesteric systems is carried out. A simple off-lattice model is developed to explore a range of confined systems. Double emulsion nematic shells are investigated with planar anchoring which is then extended to solid particles of different geometries with nematic coatings before progressing to single and n-fold toroidal droplets. For shells and coatings with planar anchoring the total topological charge on both surfaces must be +2. A bipolar structure is found in thick shells and four s=+1/2 defects are found for thin nematic shells. A metastable defect configuration comprising of two s=+1/2 and one s=+1 defects is occasionally observed for intermediate thicknesses. With the addition of chirality, a transition to a twisted bipolar director configuration is observed at all thicknesses. A single toroidal droplet with planar anchoring has a defect free ground state. Previous work has predicted the presence of a twisted director configuration ground state. The relative stabilities of the twisted and untwisted configurations are investigated here. It was found that, for all the systems investigated, the twisted director configuration is only stable for a cholesteric torus. For multiple tori system, with each additional handle the total topological charge on the surface decreases by 2. In a non-chiral nematic system the constraint on the topological charge on the surface is fulfilled by the required number of s=-1 defects located at either the innermost surface of a handle or the join between two tori. With increasing chirality, the s=-1 defects detach from the surface and migrate to form s=-1/2 disclination lines through the cholesteric. In handled droplets with homeotropic anchoring, two s=+1/2 disclination lines are found that, with the addition of chirality form a helical structure around the tube.
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Brown, M. "Monte Carlo simulations of cold atom ratchets." Thesis, University College London (University of London), 2008. http://discovery.ucl.ac.uk/1444166/.
Full textAbstract:
This thesis reports the theoretical study of several cold atom ratchet systems. In particular the focus of the work is the determination of the ratchet current as a function of the ratchet parameters through analysis of the system symmetries and through numerical simulation. Ratchets are devices that exhibit directed motion in the absence of net forces. It is necessary to drive them away from thermal equilibrium so as to not violate the second law of thermodynamics. Currents are generated when the symmetries of the ratchet do not forbid it, a consequence of Curie's principle. An analysis of the symmetries will help determine for what parameters currents will be generated we perform such analyses in our investigations. The ratchets studied are modelled on the experimentally realised implementation of cold atoms in a driven optical lattice. Through the parameters of the driving and the optical lattice itself, we control the breaking of the symmetries and thus the generation of atomic currents. The precise relationship between current and ratchet parameters is explored by numerical simulation. In experiments the driving is achieved through a phase-modulation of the optical lattice beams. In numerical simulations we include the driving force directly in the equations of motion. We verify theoretically and numerically that the two approaches are equivalent. We have modelled the dynamics of atoms in light-fields through semiclassical and quantum treatments. The semiclassical treatment results in stochastic differential equations for the external degrees of freedom. These are simulated using the Monte-Carlo technique. For the fully quantum treatment we apply a stochastic trajectory method to simulate the master equation. We perform a comparison between different treatments for an over-damped ratchet.
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Mazaleyrat, Guillaume. "Modélisation multi échelles de la croissance des oxydes à fortes permittivités : simulation Monte-Carlo cinétique." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011574.
Full textAbstract:
La miniaturisation des composants électroniques et en particulier celle d'une des "briques élémentaires" de la microélectronique, le transistor MOS, nécessite l'emploi d'un nouvel oxyde de grille en remplacement du traditionnel oxyde de silicium. En effet, cette grille tend à devenir tellement fine que les courants de fuite à travers celle-ci deviennent trop importants pour garantir un fonctionnement satisfaisant. Plusieurs oxydes à fortes permittivités on été identifiés pour remplacer le SiO2. Notre étude repose sur le développement d'un simulateur Monte-Carlo cinétique original au sein d'une approche multi-échelles, allant de la molécule au réacteur de dépôt. Des études ab initio contribuent à identifier les mécanismes réactionnels élémentaires avant de les intégrer dans le simulateur. Celui-ci peut alors gérer jusqu'à plusieurs millions d'atomes, sur des durées de l'ordre de la seconde. Atteindre ces échelles d'espace et de temps permet une confrontation directe avec les résultats expérimentaux et les simulations de type macroscopique. Après un tour d'horizon du contexte de l'étude et du cadre méthodologique, cette thèse expose la conception du simulateur Monte-Carlo en interaction avec les différentes contributions du projet européen « Hike » (5ème PCRD de l'Union Européenne): modélisation du substrat, simulation du procédé de croissance par monocouches atomiques (Atomic Layer Deposition), dynamique temporelle, mécanismes réactionnels élémentaires... La validation du logiciel a non seulement conforté la démarche adoptée mais aussi donné de précieuses informations concernant la réactivité du substrat, les mécanismes et la cinétique de croissance de plusieurs oxydes à fortes permittivités, en particulier l'oxyde d'hafnium.
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Pascale, Alina. "EVOLUTION MORPHOLOGIQUE DES NANOSTRUCTURES Si1-xGex PENDANT LA CROISSANCE PAR EJM." Phd thesis, Université de la Méditerranée - Aix-Marseille II, 2003. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00504903.
Full textAbstract:
Les hétérostructures à base d'alliage Silicium Germanium (SiGe) sont utilisées dans certains transistors depuis la fin des années '90. De nouveaux composants très prometteurs pour la nanoélectronique pourraient être fabriqués en utilisant les propriétés quantiques d'objets de basse dimensionalité à base de SiGe. Pour cela, la taille et l'organisation de ces objets doivent être parfaitement contrôlées à l'échelle nanométrique. Le but est d'atteindre des tailles d'îlots de ~20 nm et une densité ~1011/cm2. Une voie simple et peu coûteuse pour la réalisation de telles nanostructures est l'auto-organisation naturelle d'îlots quantiques de Ge par la croissance par épitaxie par jets moléculaires (EJM). Les trois problèmes qui persistent à l'heure actuelle pour réaliser ce type de structures sont : 1) l'interdiffusion entre le Ge et le substrat ; 2) la taille moyenne des îlots qui est très inhomogène et toujours supérieure à 70 nm; 3) l'organisation des îlots de taille nanométrique, impossible à réaliser à grande échelle par des techniques locales. Dans ce travail nous avons étudié l'auto-organisation d'îlots de Ge sur des substrats vicinaux de Si nanostructurés, en utilisant un processus à deux étapes qui consiste en : i) l'auto-structuration naturelle du substrat et ii) la nucléation préférentielle des îlots de Ge sur les motifs créés. Dans les trois premiers chapitres des rappels bibliographiques sur les mécanismes de croissance et d'auto-organisation, sur les instabilités de croissance et sur les simulations Monte Carlo sont présentés. Les résultats, à la fois théoriques et expérimentaux de ce travail, ont permis de mettre en évidence une pseudo-barrière Ehrlich-Schwoebel inverse implicite à l'origine de l'instabilité cinétique qui se développe durant l'homoépitaxie Si/Si(001). Les exposants critiques de l'évolution de cette instabilité ont été extraits expérimentalement et sont en bon accord avec la théorie. Les instabilités qui apparaissent durant la croissance SiGe/Si ont des origines complexes liées à un couplage de la contrainte et de la cinétique. Par ailleurs, nous avons mis en évidence une réduction importante de l'énergie élastique d'un système comprenant un îlot de Ge, une couche de mouillage de Ge et un substrat à motifs de Si (où chaque motif est représenté par des marches) lorsque le motif présente au moins trois marches.
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Dubreus, Terrance Maurice. "Monte Carlo simulations for small-world stochastic processes." Diss., Mississippi State : Mississippi State University, 2005. http://library.msstate.edu/content/templates/?a=72.
Full text
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Eichinger, David Albert. "Non-Lattice Monte Carlo Simulations of Polymer Motion." W&M ScholarWorks, 1989. https://scholarworks.wm.edu/etd/1539625515.
Full text
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Malone, Fionn Dara. "Quantum Monte Carlo simulations of warm dense matter." Thesis, Imperial College London, 2017. http://hdl.handle.net/10044/1/53379.
Full textAbstract:
Recent experimental progress in laser technology has led to renewed interest in warm dense matter. Found in the interiors of gas giants and in inertial confinement fusion experiments, warm dense matter is relevant to problems of fundamental and technological importance but is a challenge to create experimentally and describe theoretically. Modern electronic structure theory, in the form of density functional theory coupled with molecular dynamics, in principle offers a route to describing realistic warm dense matter. However, until quite recently, no accurate exchange correlation free energy functionals existed and the accuracy of existing fits was largely unknown. %Moreover, existing accurate quantum Monte Carlo data for the exchange correlation energy of the warm dense electron gas differ substantially. In this thesis we extend the independent, systematically exact, density matrix quantum Monte Carlo method, to address these issues. Focussing on the warm dense uniform electron gas, we first outline how sampling issues present in the original formulation can be overcome and how numerical basis set corrections can significantly reduce the computational burden at high electronic temperatures. We next introduce a systematic approximation allowing larger system sizes to be tackled. In the process we resolve a controversy present between two competing path integral Monte Carlo methods, whose results for the exchange correlation energy of the uniform electron gas differ substantially in the warm dense regime. Finally, we develop a general procedure for deriving analytic finite size corrections in the warm dense regime, thus removing the final barrier to reaching the thermodynamic limit.
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Li, Lulu Ph D. Massachusetts Institute of Technology. "Acceleration methods for Monte Carlo particle transport simulations." Thesis, Massachusetts Institute of Technology, 2017. http://hdl.handle.net/1721.1/112521.
Full textAbstract:
Thesis: Ph. D., Massachusetts Institute of Technology, Department of Nuclear Science and Engineering, 2017.Cataloged from PDF version of thesis.
Includes bibliographical references (pages 166-175).
Performing nuclear reactor core physics analysis is a crucial step in the process of both designing and understanding nuclear power reactors. Advancements in the nuclear industry demand more accurate and detailed results from reactor analysis. Monte Carlo (MC) eigenvalue neutron transport methods are uniquely qualified to provide these results, due to their accurate treatment of space, angle, and energy dependencies of neutron distributions. Monte Carlo eigenvalue simulations are, however, challenging, because they must resolve the fission source distribution and accumulate sufficient tally statistics, resulting in prohibitive run times. This thesis proposes the Low Order Operator (LOO) acceleration method to reduce the run time challenge, and provides analyses to support its use for full-scale reactor simulations. LOO is implemented in the continuous energy Monte Carlo code, OpenMC, and tested in 2D PWR benchmarks. The Low Order Operator (LOO) acceleration method is a deterministic transport method based on the Method of Characteristics. Similar to Coarse Mesh Finite Difference (CMFD), the other acceleration method evaluated in this thesis, LOO parameters are constructed from Monte Carlo tallies. The solutions to the LOO equations are then used to update Monte Carlo fission sources. This thesis deploys independent simulations to rigorously assess LOO, CMFD, and unaccelerated Monte Carlo, simulating up to a quarter of a trillion neutron histories for each simulation. Analysis and performance models are developed to address two aspects of the Monte Carlo run time challenge. First, this thesis demonstrates that acceleration methods can reduce the vast number of neutron histories required to converge the fission source distribution before tallies can be accumulated. Second, the slow convergence of tally statistics is improved with the acceleration methods for the earlier active cycles. A theoretical model is developed to explain the observed behaviors and predict convergence rates. Finally, numerical results and theoretical models shed light on the selection of optimal simulation parameters such that a desired statistical uncertainty can be achieved with minimum neutron histories. This thesis demonstrates that the conventional wisdom (e.g., maximizing the number of cycles rather than the number of neutrons per cycle) in performing unaccelerated MC simulations can be improved simply by using more optimal parameters. LOO acceleration provides reduction of a factor of at least 2.2 in neutron histories, compared to the unaccelerated Monte Carlo scheme, and the CPU time and memory overhead associated with LOO are small.
by Lulu Li.
Ph. D.
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Galassi, Giulio Roberto. "Monte Carlo simulations of diatomics, polymers and alkanes." Thesis, University of Southampton, 1993. https://eprints.soton.ac.uk/421719/.
Full text
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Odof, Serge. "Microanalyse x des isolants : simulations de monte-carlo." Reims, 2000. http://www.theses.fr/2000REIMS022.
Full textAbstract:
La grande majorite des materiaux dans l'environnement humain sont des materiaux isolants. Ces materiaux jouent un role tres important dans differents domaines d'etude notamment en geologie et en biologie. Il est bien connu que ces materiaux sont difficiles a caracteriser a l'aide de techniques utilisant des particules chargees (microscopie electronique et techniques associees (epma, cathodoluminescence, etc. )). En effet, sous irradiation electronique, ils developpent une charge d'espace qui perturbe l'observation et l'analyse. Le but de ce travail, est de montrer l'influence de cette charge sur les signaux x emis, que l'echantillon soit recouvert par un film metallique mis a la masse ou non. L'etude des isolants recouverts est abordee theoriquement en utilisant les simulations de monte-carlo. Il s'agit d'inclure dans ces simulations le champ electrique interne resultant de la charge d'espace pour determiner les variations du signal x emis dues soit aux modifications des parametres d'interaction electron-matiere, soit aux modification chimiques (electromigration). Une etude experimentale de ces phenomenes (effets de charge) a ete realisee pour valider ces simulations. Dans cette etude nous avons mesure pour la premiere fois la quantite de charge piegee dans l'isolant recouvert par une methode basee sur le phenomene d'influence. Les isolants nus sont abordes qualitativement. Nous avons mis en evidence a l'aide d'un spectrometre d'electrons de type toroidal, une source d'electrons parasite responsable d'un spectre d'emission x perturbateur qui deforme le spectre initial, empechant toute analyse meme qualitative. D'autre part, nous avons mis en cause les methodes mesurant le potentiel de surface utilisant la limite de duane-hunt.
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Ercolano, Barbara. "Three-dimensional Monte Carlo simulations of photonized nebulae." Thesis, University College London (University of London), 2002. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.398087.
Full text
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Eden-Jones, Kym Denys. "Kinetic Monte Carlo simulations of autocatalytic protein aggregation." Thesis, University of Edinburgh, 2014. http://hdl.handle.net/1842/9365.
Full textAbstract:
The self-assembly of proteins into filamentous structures underpins many aspects of biology, from dynamic cell scaffolding proteins such as actin, to the amyloid plaques responsible for a number of degenerative diseases. Typically, these self-assembly processes have been treated as nucleated, reversible polymerisation reactions, where dynamic fluctuations in a population of monomers eventually overcome an energy barrier, forming a stable aggregate that can then grow and shrink by the addition and loss of more protein from its ends. The nucleated, reversible polymerisation framework is very successful in describing a variety of protein systems such as the cell scaffolds actin and tubulin, and the aggregation of haemoglobin. Historically, amyloid fibrils were also thought to be described by this model, but measurements of their aggregation kinetics failed to match the model's predictions. Instead, recent work indicates that autocatalytic polymerisation - a process by which the number of growth competent species is increased through secondary nucleation, in proportion to the amount already present - is better at describing their formation. In this thesis, I will extend the predictions made in this mean-field, autocatalytic polymerisation model through use of kinetic Monte Carlo simulations. The ubiquitous sigmoid-like growth curve of amyloid fibril formation often possesses a notable quiescent lag phase which has been variously attributed to primary and secondary nucleation processes. Substantial variability in the length of this lag phase is often seen in replicate experimental growth curves, and naively may be attributed to fluctuations in one or both of these nucleation processes. By comparing analytic waiting-time distributions, to those produced by kinetic Monte Carlo simulation of the processes thought to be involved, I will demonstrate that this cannot be the case in sample volumes comparable with typical laboratory experiments. Experimentally, the length of the lag phase, or "lag time", is often found to scale with the total protein concentration, according to a power law with exponent γ. The models of nucleated polymerisation and autocatalytic polymerisation predict different values for this scaling exponent, and these are sometimes used to identify which of the models best describes a given protein system. I show that this approach is likely to result in a misidentification of the dominant mechanisms under conditions where the lag phase is dominated by a different process to the rest of the growth curve. Furthermore, I demonstrate that a change of the dominant mechanism associated with total protein concentration will produce "kinks" in the scaling of lag time with total protein concentration, and that these may be used to greater effect in identifying the dominant mechanisms from experimental kinetic data. Experimental data for bovine insulin aggregation, which is well described by the autocatalytic polymerisation model for low total protein concentrations, displays an intriguing departure from the predicted behaviour at higher protein concentrations. Additionally, the protein concentration at which the transition occurs, appears to be affected by the presence of salt. Coincident with this, an apparent change in the fibril structure indicates that different aggregation mechanisms may operate at different total protein concentrations. I demonstrate that a transition whereby the self-assembly mechanisms change once a critical concentration of fibrils or fibrillar protein is reached, can explain the observed behaviour and that this predicts a substantially higher abundance of shorter laments - which are thought to be pathogenic - at lower total protein concentrations than if self-assembly were consistently autocatalytic at all protein concentration. Amyloid-like loops have been observed in electron and atomic-force microscographs, together with non-looped fibrils, for a number of different proteins including ovalbumin. This implies that fibrils formed of these proteins are able to grow by fibrillar end-joining, and not only monomer addition as is more commonly assumed. I develop a simple analytic expression for polymerisation by monomer addition and fibrillar end-joining, (without autocatalysis) and show that this is not sufficient to explain the growth curves obtained experimentally for ovalbumin. I then demonstrate that the same data can be explained by combining fibrillar end-joining and fragmentation. Through the use of an analytic expression, I estimate the kinetic rates from the experimental growth curves and, via simulation, investigate the distribution of lament and loop lengths. Together, my findings demonstrate the relative importance of different molecular mechanisms in amyloid fibril formation, how these might be affected by various environmental parameters, and characteristic behaviour by which their involvement might be detected experimentally.
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Ciantar, Marine. "Étude des premières étapes de l'oligomérisation des zéolithes par simulation moléculaire de Monte Carlo cinétique (kMC)." Thesis, Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066292.
Full textAbstract:
Ce travail de recherche portant sur la compréhension des premières étapes de synthèse des zéolithes s'inscrit dans le cadre général de développements efficients de nouveaux catalyseurs performants. De nombreuses incertitudes demeurent quant aux mécanismes moléculaires de leur formation, en particulier lors de la nucléation en conditions de synthèse hydrothermale. Dans ce contexte, une méthodologie globale a été proposée afin d'évaluer l'impact des variables de synthèse sur la formation des espèces siliciques. La réalisation de ce travail a nécessité l'usage de différentes méthodes théoriques, combinant des calculs ab initio DFT et des simulations kMC. Un nouveau module kMC nommé Réacdiff a ainsi été développé et validé avec le modèle Lodka. L'extension des chemins réactionnels vers des espèces plus complexes a été effectuée et le recours à des modèles théoriques du type Brønsted-Evans-Polanyi (BEP) a été indispensable afin de les estimer rapidement. Un nouveau modèle des étapes réactionnelles d'oligomérisation a été proposé et a permis de tester l'effet crucial des agents organiques structurants (AS). Ces travaux ont permis de donner un nouveau regard sur la compréhension de la condensation des espèces siliciques durant les premières étapes de la synthèse des zéolithesThis research work on the understanding of the early stages of zeolites synthesis fits withinthe general framework of the technological lock on the lower cost of new efficient catalysts synthesisoptimization. Many uncertainties remain with respect to the molecular mechanisms of their formation,in particular during nucleation in hydrothermal synthesis conditions. In this context, a comprehensivemethodology was proposed to assess the impact of synthesis variables in the formation of silicicspecies. This objective has required the use of different theoretical methods, combining ab initio DFTcalculations and kMC simulations. The creation of a new kMC module named Reacdiff has beendeveloped and validated with the Lodka model. The extension of reaction pathways to more complexspecies was carried out with the essential use of theoretical models like Brønsted-Evans-Polanyi(BEP) to quickly estimate. A new anionic model of the reaction steps of oligomerization has beenproposed and has allowed testing the crucial effect of organic templates. These thesis works gave anew understanding on the condensation of silicic species in early stages of zeolite synthesis
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Mastail, Cédric. "Modélisation et simulation du dépôt des oxydes à forte permittivité par la technique du Monte-Carlo cinétique." Toulouse 3, 2009. http://thesesups.ups-tlse.fr/989/.
Full textAbstract:
Miniaturiser les composants impose des changements radicaux pour l'élaboration des dispositifs micro électroniques du futur. Dans ce cadre, les oxydes de grille MOS atteignent des épaisseurs limites qui les rendent perméables aux courants de fuite. Une solution est de remplacer le SiO2 par un matériau de permittivité plus élevée permettant l'utilisation de couches plus épaisses pour des performances comparables. Dans ce travail nous présentons une modélisation multi-échelle de la croissance par couche atomique (ALD) d'HfO2 sur Si permettant de relier la nano-structuration d'une interface au procédé d'élaboration. Nous montrons que la connaissance de processus chimiques élémentaires, via des calculs DFT, permet d'envisager une simulation procédé qui repose sur le développement d'un logiciel de type Monte Carlo Cinétique nommé "HIKAD". Au delà des mécanismes les plus évidents, adsorption, désorption, décomposition et hydrolyse des précurseurs sur la surface, nous introduirons la notion de mécanismes de densification des couches d'oxyde déposées. Ces mécanismes sont l'élément clé permettant de comprendre comment s'effectue la croissance de la couche en termes de couverture. Mais au delà de cet aspect ils nous permettent d'appréhender comment, à partir de réactions de type moléculaire le système évolue vers un matériau massif. Nous discuterons ces divers éléments à la lumière de résultats de caractérisations obtenus récemment sur le plan expérimental du dépôt d'oxydes d'hafniumMiniaturizing components requires radical changes in the development of future micro electronic devices. In this perspective, the gate dielectric of MOS devices can become so thin as to be made permeable to leakage currents. One solution is to replace SiO2 by a material with a higher permittivity which would allow the use of thicker layers with similar results. My work presents a multi-scale modelling of the growth of HfO2 on Si by atomic layer (ALD), which allows me to link the nano-structuration of an interface with the process of development. I demonstrate that knowing how basic chemical processes work, thanks to DFT calculations, allows considering a process simulation based on the development of a Kinetic Monte Carlo software named "HIKAD. " Going beyond rather obvious mechanisms, I introduce the notion of densification mechanisms of deposited oxide layers. These mechanisms are the key element to understand how the growth of the layer in terms of coverage works. But even beyond that aspect, they allow to study the system's evolution towards a massive material, starting from molecular reactions. I shall discuss all those points in the light of recent experimental characterisation results concerning the deposition of hafnium oxides
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Mastail, Cedric. "Modélisation et simulation du dépôt des oxydes à forte permittivité par la technique du Monte-Carlo cinétique." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00541993.
Full textAbstract:
Miniaturiser les composants impose des changements radicaux pour l'élaboration des dispositifs micro électroniques du futur. Dans ce cadre, les oxydes de grille MOS atteignent des épaisseurs limites qui les rendent perméables aux courants de fuite. Une solution est de remplacer le SiO2 par un matériau de permittivité plus élevée permettant l'utilisation de couches plus épaisses pour des performances comparables. Dans ce travail nous présentons une modélisation multi-échelle de la croissance par couche atomique (ALD) d'HfO2 sur Si permettant de relier la nano-structuration d'une interface au procédé d'élaboration. Nous montrons que la connaissance de processus chimiques élémentaires, via des calculs DFT, permet d'envisager une simulation procédé qui repose sur le développement d'un logiciel de type Monte Carlo Cinétique nommé "HIKAD". Au delà des mécanismes les plus évidents, adsorption, désorption, décomposition et hydrolyse des précurseurs sur la surface, nous introduirons la notion de mécanismes de densification des couches d'oxyde déposées. Ces mécanismes sont l'élément clé permettant de comprendre comment s'effectue la croissance de la couche en termes de couverture. Mais au delà de cet aspect ils nous permettent d'appréhender comment, à partir de réactions de type moléculaire le système évolue vers un matériau massif. Nous discuterons ces divers éléments à la lumière de résultats de caractérisations obtenus récemment sur le plan expérimental du dépôt d'oxydes d'hafnium.
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Burns, Kimberly A. "Monte Carlo simulations for Homeland Security using anthropomorphic phantoms." Thesis, Georgia Institute of Technology, 2008. http://hdl.handle.net/1853/22573.
Full textAbstract:
After a radiation dispersion device (RDD) event, there may be internally and/or externally contaminated victims. After the RDD event, victims may require immediate medical assistance prior to decontamination. The dose rates to which a healthcare provider is exposed due to the internal and external contamination of the victim were computed using Monte Carlo simulations and five anthropomorphic phantoms. The dose rates to which the victim is exposed due to his/her own external contamination were also computed. For the external contamination modeling, the contamination is assumed to be distributed over the entire exterior of the victimâ s body. The geometrical models of the human body were based on the MIRD stylized phantom. The specific isotopes considered were 60Co, 137Cs, 131I, 192Ir, and 241Am. The surface contamination was generated by creating a 2-mm thick layer adjacent to the outside of the skin of the victim and uniformly sampling the emissions of the radioactive sources throughout this volume. The attending healthcare provider was assumed to be standing 20 cm from mid-torso of the victim. The organ absorbed doses in both the contaminated individual and a healthcare professional were computed. The effective dose to the victim and the attending healthcare professional were computed using the tissue weighting factors in ICRP Publication 60. For example, the dose rate to a reference male healthcare provider from the victim six hours after the inhalation of one ALI by an adipose male victim will be 0.277 mSv/hr. In addition, the air kerma was computed at different distances from the surfaces of the victim phantom and ratios were generated for the air kerma and the effective dose due to the victim from the surface contamination on the victim.
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Baluti, Florentina. "Monte Carlo Simulations of Chemical Vapour Deposition Diamond Detectors." Thesis, University of Canterbury. Physics and Astronomy, 2009. http://hdl.handle.net/10092/3190.
Full textAbstract:
Chemical Vapour Deposition (CVD) diamond detectors were modelled for dosimetry of radiotherapy beams. This was achieved by employing the EGSnrc Monte Carlo (MC) method to investigate certain properties of the detector, such as size, shape and electrode materials. Simulations were carried out for a broad 6 MV photon beam, and water phantoms with both uniform and non-uniform voxel dimensions. A number of critical MC parameters were investigated for the development of a model that can simulate very small voxels. For a given number of histories (100 million), combinations of the following parameters were analyzed: cross section data, boundary crossing algorithm and the HOWFARLESS option, with the rest of the transport parameters being kept at default values. The MC model obtained with the optimized parameters was successfully validated against published data for a 1.25 MeV photon beam and CVD diamond detector with silver/carbon/silver structure with thicknesses of 0.07/0.2/0.07 cm for the electrode/detector/electrode, respectively. The interface phenomena were investigated for a 6 MV beam by simulating different electrode materials: aluminium, silver, copper and gold for perpendicular and parallel detector orientation with regards to the beam. The smallest interface phenomena were observed for parallel detector orientation with electrodes made of the lowest atomic number material, which was aluminium. The simulated percentage depth dose and beam profiles were compared with experimental data. The best agreement between simulation and measurement was achieved for the detector in parallel orientation and aluminium electrodes, with differences of approximately 1%. In summary, investigations related to the CVD diamond detector modelling revealed that the EGSnrc MC code is suitable for simulation of small size detectors. The simulation results are in good agreement with experimental data and the model can now be used to assist with the design and construction of prototype diamond detectors for clinical dosimetry. Future work will include investigating the detector response for different energies, small field sizes, different orientations other than perpendicular and parallel to the beam, and the influence of each electrode on the absorbed dose.
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Gigg, Martyn Anthony. "Monte Carlo simulations of physics beyond the standard model." Thesis, Durham University, 2008. http://etheses.dur.ac.uk/2301/.
Full textAbstract:
The Large Hadron Collider, currently under construction at CERN, will give direct access to physics at the TeV scale for the first time. The lack of certainty over the type of physics that will be revealed has produced a wealth of ideas for so-called Beyond the Standard Model physics, all with the aim of solving the problems possessed by the Standard Model. The oldest and most well studied is supersymmetry but new ideas based on extra dimensions and collective symmetry breaking have been proposed more recently. In order to study these models most effectively, we argue that they must be implemented within the framework of a Monte Carlo event generator so that their signals can be studied in a real world setting. In this thesis we develop a general approach for the simulation of new physics models with the aim of reducing the effort in implementing a new model into the Herwig++ event generator. The approach is based upon the external spin structures of production and decay matrix elements so that the amount of information required to input a new model is simply a set of Feynman rules and mass spectrum. The first method uses an on-shell approximation throughout but this is later refined to include the effects of finite widths, as these are found to be important when processes occur close to threshold. In all of the discussions regarding our new approach we make specific reference to two models of new physics, the Minimal Supersymmetrie Standard Model and the Minimal Universal Extra Dimensions model. Our general matrix elements and approach to finite widths are all demonstrated and tested using examples from these two models. The concluding discussion makes use of a third model, the Littlest Higgs model with T-parity, such that signals from the three models are compared and contrasted using the general framework developed here.
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Benoit, David Michel. "Diffusion Quantum Monte Carlo simulations of hydrogen-bonded clusters." Thesis, University College London (University of London), 2000. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.313057.
Full text
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Mee, Thomas. "Monte Carlo applications for local treatment healthcare usage simulations." Thesis, University of Surrey, 2015. http://epubs.surrey.ac.uk/808053/.
Full textAbstract:
Cancer is currently the second leading cause of death within the UK. In 2010, cancer caused 29% of all registered deaths, second only to circulatory disease. Cancer incidence is much higher in the elderly than in younger people, so cancer is considered a disease of the elderly. This combined with the fact that the population of England is getting both larger and older suggests that the number of incidences within England will keep on increasing year on year. However, there is an uneven spread of incidences throughout England, different regions have different cancer profiles depending on factors such as age profiles within the region or deprivation levels. There are three principal modalities for cancer treatment: radiotherapy, chemotherapy and surgery. These are used standalone or in conjunction with each other. This project will only look at the provision of radiotherapy. Currently 40% of all patients cured of cancer receive radiotherapy. However, a 2007 study comparing modelled demand and audited activity has indicated that England is currently under providing radiotherapy. The National Cancer Action Team commissioned The MALTHUS project in 2010 after the 2007 study was criticised for being too hard to apply to regional areas, as it is a national model. MALTHUS builds on the 2007 study by creating a piece of demand prediction software that will be used to predict the number of radiotherapy fractions, the appropriate rate of radiotherapy required to be given to England, or within a health care boundary in England. This enables localised models and not just a single, countrywide average. A team of clinicians at Addenbrooke’s Hospital created the clinical decision trees used within MALTHUS and they gained general clinical consensus throughout England. MALTHUS will also utilise high quality incidence and population data to operate a novel Virtual Patient style of decision tree simulation, placing emphasis on the patient walking through the tree instead of the decision tree itself. The decision trees used in MALTHUS are different in design from those created by other research groups. The trees from two major research groups, CCORE and QCRI, use a program called TreeAge and are set up for a single decision with ultimately one of two terminal decisions, radiotherapy or no radiotherapy. The trees in MALTHUS are much more complex with more information within them and give the number of fractions, not just whether radiotherapy is given or not. The basis of them is a Virtual Patient construct where information passes between the tree and the Virtual Patients. It is the Virtual Patients themselves that have the information about the treatment stored and information gathered from all stages of the walkthrough, not just relying on the state of a terminal decision node. MALTHUS Pro also has the ability to offer a suite of statistical and sensitivity analysis options. In terms of tree size, there are 415 branches in CCORE’s trees, but around 2000 nodes in the MALTHUS trees. There are fewer trees from QCRI and so fewer branches. After the successful completion of model verification tests, a complete one way sensitivity analysis on the input data and clinical decision trees was undertaken, highlighting the effect that these parameters have on the outputs of the model. The most sensitive decision out of all cancers is colon cancer - palliative radiotherapy indications or no radiotherapy indications. For each percentage change in the decision the overall answer, for total amount of radiotherapy to be given to a region, changes approximately -1.7% or +2%. Simulations have been completed on both the full Monte Carlo and fast Monte Carlo operating methods, both utilising Monte Carlo integrations, providing a full range of results including the appropriate rate of radiotherapy and number of fractions for every Primary Care Trust and Cancer iii Network within England. Summary tables of these results once again showed how different regions within England are when it comes to the amount of radiotherapy that should be given. The largest difference being in prostate cancer with Hartlepool giving 845 fractions per 100,000 population and Dorset giving 2346 fractions per 100,000 population. The application of deprivation indices show any potential links between the differences in the predicted number of fractions and levels of deprivation. Breast cancer shows a strong correlation to the more deprived while stomach shows a strong opposite correlation. MALTHUS has successfully achieved the original objectives of creating a robust, local radiotherapy utilisation model, using actual population and incidence data to be able to build a true representative cohort of patients and then be able to walk them through a clinical decision tree to predict the number of required fractions. MALTHUS not only works on a regional level and country level, but on any level that the input population and incidence data is available. Additionally the fast Monte Carlo results are applicable to any population/incidence data, including any future predictions in the data, adding in extra flexibility.
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Khatchadourian, Rafael. "Monte Carlo simulations for neutron shielding in radiotherapy bunkers." Thesis, McGill University, 2013. http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=119421.
Full textAbstract:
Photoneutrons generated in the linac head are a byproduct of the radiotherapy process and can be potentially harmful to clinical personnel. The lack of accuracy associated with analytical photoneutron shielding methods has generated much interest in the Monte-Carlo (MC) method as a more flexible and precise tool for radiotherapy bunker design. The purpose of this work was to use MC simulations to characterize photoneutron fluence, dose, and spectrum throughout various radiotherapy bunker configurations and for various room design features, such as the presence of a maze, a bulkhead, and the addition of borated polyethylene on the maze walls. Three existing rooms at the MUHC and two hypothetical doorless rooms were modelled with the MCNP5 code and using the Visual Editor GUI. The analytical spectrum of an 18 MV linac served as the point source of photoneutrons and was surrounded with a 10 cm radius tungsten sphere placed 100 cm above the isocenter. The next-event estimator variance reduction technique was used and simulations were performed with 20 million particle histories yielding un- certainties under 1%. Physical measurements were also attempted with bubble detectors and a He-3 neutron spectrometer. The latter was unsuccessful because of pulse pile-up caused by the Linac's pulsed mode of operation, whereas the former gave us qualitative information on neutron equivalent dose distribution in the maze and around the linac. Simulation results showed a marked decrease in neutron equivalent dose near the bunker entrance when maze walls are lined with BPE and when a bulk-head is added in the inner maze passage. It was found that the high thermal neutron cross-section of BPE was key in reducing the portion of thermal photoneutrons in the spectrum along the maze. The bulkhead was also useful in reducing photoneutron fluence entering the maze and hence reducing overall photoneutron dose near the entrance of the bunker. Future work will focus on validating simulations with accurate physical measurements and refining the MC code to make it more user friendly and flexible in reproducing bunker geometry.Les photoneutrons générés par le linac sont un produit secondaire de la radiothérapie et peuvent être nuisibles au personnel médical. Le manque de précision des équations analytiques pour le blindage contre les photoneutrons a accéléré le développement des méthodes Monte-Carlo (MC), qui sont considérées plus flexibles et précises pour le design des salles de radiothérapie. L'objectif de cette étude est d'utiliser les simulations MC afin de caractériser le flux, la dose, et le spectre des photoneutrons pour différentes configurations de salles de radiothérapie, telles que la présence d'un corridor, d'un bloc d'atténuation, et l'addition de borate de polyéthyléne sur les murs du corridor. Trois chambres du MUHC et deux chambres hypothétiques ont été modélisées avec le code MCNP5 et le logiciel Visual Editor. Le spectre d'énergie analytique d'un linac opérant à 18 MV a été utilisée comme source ponctuelle de photoneutrons. Ce point est entouré d'une sphére de Tungsténe de 10 cm de rayon positionnée 100 cm au dessus de l'isocentre. L'estimateur du prochain événement est la technique de réduction de variance qui a été utilisée et les simulations ont été effectuées avec 20 millions de particules résultant en des incertitudes inférieures à 1%. Des mesures physiques ont aussi été tentées à l'aide de compteurs à bulles et un spectrométre de neutrons à He-3. Ce dernier n'a pas eu de succés à cause de l'effet d'accumulation du signal pulsé. Les tests avec compteurs de bulles ont permis d'avoir une idée qualitative sur la distribution de la dose équivalente dans le corridor et autour du linac. Les résultats des simulations ont montré une diminution de la dose équivalente de neutron prés de l'entrée de la chambre quand les murs du corridor sont couverts de borate de polyéthyléne et quand un bloc d'atténuation est présent dans le passage de la chambre centrale vers le corridor. Il a été confirmé que la haute probabilité d'interaction des neutrons de basses énergies avec le borate de polyéthyléne est essentiel à la réduction de la portion de photoneutrons à basses énergies à travers le corridor. Le bloc atténuateur contribue aussi à la réduction du flux de photoneutrons entrant dans le corridor et réduit ainsi la dose totale à l'entrée de la chambre. La suite des travaux vise à mettre l'emphase sur la validation des simulations à l'aide de mesures expérimentales et sur le perfectionnement du code MC pour donner plus de flexibilité à l'utilisateur dans la reproduction des salles de radiothérapie.
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Aung, Pyie Phyo. "Monte Carlo Simulations of charge Transport in Organic Semiconductors." University of Akron / OhioLINK, 2014. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=akron1418272111.
Full text
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Santamaría, Diego, and Álvaro de Ramón. "Data Mining Web-Tool Prototype Using Monte Carlo Simulations." Thesis, Blekinge Tekniska Högskola, Avdelningen för programvarusystem, 2008. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:bth-3164.
Full textAbstract:
Facilitating the decision making process using models and patterns is viewed in this thesis to be really helpful. Data mining is one option to accomplish this task. Data mining algorithms can show all the relations within given data, find rules and create behavior patterns. In this thesis seven different types of data mining algorithms are employed. Monte Carlo is a statistical method that is used in the developed prototype to obtain random data and to simulate different scenarios. Monte Carlo methods are useful for modeling phenomena with significant uncertainty in the inputs. This thesis presents the steps followed during the development of a web-tool prototype that uses data mining techniques to assist decision-makers of port planning to make better forecasts using generated data from the Monte Carlo simulation. The prototype generates random port planning forecasts using Monte Carlo simulation. These forecasts are then evaluated with several data mining algorithms. Then decision-makers can evaluate the outcomes of the prototype (rules, decision tress and regressions) to be able to make better decisions.