DOLAG KLAUS;GRASSO DARIO;SPRINGEL VOLKER;TKACHEV IGOR
Journal of The Korean Astronomical Society
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v.37
no.5
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pp.427-431
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2004
We use simulations of large-scale structure formation to study the build-up of magnetic fields (MFs) in the intergalactic medium. Our basic assumption is that cosmological MFs grow in a magnetohy-drodynamical (MHD) amplification process driven by structure formation out of a magnetic seed field present at high redshift. This approach is motivated by previous simulations of the MFs in galaxy clusters which, under the same hypothesis that we adopt here, succeeded in reproducing Faraday rotation measurements (RMs) in clusters of galaxies. Our ACDM initial conditions for the dark matter density fluctuations have been statistically constrained by the observed large-scale density field within a sphere of 110 Mpc around the Milky Way, based on the IRAS 1.2-Jy all-sky redshift survey. As a result, the positions and masses of prominent galaxy clusters in our simulation coincide closely with their real counterparts in the Local Universe. We find excellent agreement between RMs of our simulated galaxy clusters and observational data. The improved numerical resolution of our simulations compared to previous work also allows us to study the MF in large-scale filaments, sheets and voids. By tracing the propagation of ultra high energy (UHE) protons in the simulated MF we construct full-sky maps of expected deflection angles of protons with arrival energies $E = 10^{20}\;eV$ and $4 {\times} 10^{19}\;eV$, respectively. Accounting only for the structures within 110 Mpc, we find that strong deflections are only produced if UHE protons cross galaxy clusters. The total area on the sky covered by these structures is however very small. Over still larger distances, multiple crossings of sheets and filaments may give rise to noticeable deflections over a significant fraction of the sky; the exact amount and angular distribution depends on the model adopted for the magnetic seed field. Based on our results we argue that over a large fraction of the sky the deflections are likely to remain smaller than the present experimental angular sensitivity. Therefore, we conclude that forthcoming air shower experiments should be able to locate sources of UHE protons and shed more light on the nature of cosmological MFs.
The magnetic domain walls at the edges of a large patterned and exchanged-biased NiO(10-60 nm)/NiFe(10 nm) bilayers and their motions with applied field were investigated by magnetic force microscopy. Three kinds of domain walls, namely, head-to-head zig-zag and tail-to-tail zig-zag Bloch walls and straight Neel walls were found at specific edges of the unidirectional biased NiO(30 nm)/NiFe(10 nm) bilayer having the exchange biasing field (H$\sub$ex/) of 21 Oe. No walls were observed for the strong exchange-biased bilayer (60 nm NiO, H$\sub$ex/ = 75 Oe), while the amplitude of the zig-zag domain increased with decreasing exchange biasing. This may be explained by mutual restraint between H$\sub$ex/ and the demagnetization field of edge. We similarly investigated the magnetization reversal process, the subsequent motion of the walls and identified the pinning and nucleation sites during reversal.
The vacuum interrupter (VI) is used for medium-voltage switching circuits due to its abilities and advantages as a compact and environmental friendly circuit breaker. In general, the application of a sufficiently strong axial magnetic field (AMF) permits the arc to be maintained in a diffused mode to a high-current vacuum arc. A full understanding of the vacuum arc physics is very important since it can aid to improve the performance of vacuum interrupter. In order to closely examine the vacuum arc phenomena, it is necessary to predict the magnetohydrodynamic (MHD) characteristics by the multidisciplinary numerical modeling, which is coupled with the electromagnetic and hydrodynamic fields, simultaneously. In this study, we have investigated the electromagnetic behaviors of high-current vacuum arcs for two different types of AMF contacts, which are coil-type and cup-type, using a commercial finite element analysis (FEA) package, ANSYS. The present results are compared with those of MAXWELL 3D, a reliable electromagnetic analysis software, for verification.
In this paper, we report a small-scale emerging island and double arc loops, which are associated with a M6.5 flare, in Active Region 12371. We investigate the spatial and temporal changes of both photospheric magnetic fields using SDO/HMI data and coronal magnetic structures obtained from nonliner force-free field (NLFFF) extrapolation. From the vector magnetograms, we find a small-scale emerging island near the main polarityy inversion line about three hours before the flare. The island has a strong shear angle, which is determined by difference between transverse component of observed field and potential field, of around 90 degrees. Furthermore, the NLFFF well reproduces a sigmoidal structure seen in SDO/AIA 94, which is consistent with the double arc loops configuration suggested by Ishiguro and Kusano (2017) who introduced a magnetic configuration showing the double arc instability. The observed emerging island is located among the double arc loops, which is also supproted by their model. Finally, there was an eruption (M6.5 flare) associated with the loops. We discuss a possible role of the double arc instability for the eruption.
A conduction-cooled superconducting magnet system is developed for material separation. The superconducting magnet for material separation has to be designed to have a strong magnetic field in a control volume. Since the magnetic field gradient is larger at the end rather than at the center of the magnet, we developed a design method to optimize the superconducting magnet for material separation. The safety of the superconducting magnet is evaluated, taking into account the electro-magnetic field, heat and structure. The superconducting coil is successfully wound by the wet-winding method. The superconducting coil is installed in a cryostat maintaining high vacuum, and cooled down to approximately 4 K by a two-stage GM cryocooler. The performance of the conduction-cooled superconducting magnet system is discussed with respect to the supplied current, cooling medium and cooling power of a cryocooler.
Seo, Y.H.;Heo, S.C.;Ku, T.W.;Song, W.J.;Kang, B.S.;Kim, J.
Transactions of Materials Processing
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v.17
no.1
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pp.35-45
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2008
Electromagnetic Forming (EMF) technology such as magnetic pulse forming, which is one of the high velocity forming methods, has been used for the joining and forming process in various industry fields. This method could be derived a series of deformation of sheet metal by using a strong magnetic field. In this study, numerical approach by finite element simulation of the electromagnetic forming process was presented. A transient electromagnetic finite element code was used to obtain the numerical model of the time-varying currents that are discharged through the coil in order to obtain the transient magnetic forces. Also, the body forces generated in electromagnetic field were used as the loading condition to analyze deformation of thin sheet metal workpiece using explicit dynamic finite element code. In this study, after finite element analysis for thin sheet metal forming process with free surface configuration was performed, analytical approach for a dimpled shape by using EMF was carried out. Furthermore, the simulated results of the dimpled shape by EMF were compared with that by a conventional solid tool in view of the deformed shape. From the results of finite element analysis, it is confirmed that the EMF process could be applied to thin sheet metal forming.
The vacuum interrupter (VI) is widely used in medium-voltage switching circuits due to its abilities and advantages as an environmental friendly circuit breaker. An understanding of the vacuum arc flow phenomena is very important for improving the performance of vacuum interrupter. In order to closely examine the vacuum arc phenomena, it is necessary to predict the magnetohydrodynamic (MHD) characteristics by the multidisciplinary numerical modeling, which is coupled with the electromagnetic and the thermal flow fields, simultaneously. In this study, we have investigated arc plasma constriction phenomena and an effect of AMF on the arc plasma with the high-current vacuum arcs for the cup-type AMF electrode by using a commercial finite element analysis (FEA) package, ANSYS. The simulation results applied with various AMFs and constant Joule heat generation show that strong axial magnetic field (AMF) permits the arc to be maintained in a diffused mode to a high-current vacuum arc. However, further studies are required on the two-way coupling method and radiation model for arc plasma in order to accomplish the advanced analysis method.
Semiconductor quantum structures are often characterized by their energy gaps which are modified by the quantum size effect. Energy levels in semiconductors can be realized by optical transitions within confined structures. Photoluminescence spectroscopy in magnetic fields at low temperatures has proved to be a powerful technique for investigating the electronic states of quantum semiconductor heterostructures and offers a complimentary tool to electrical transport studies. In this review, we examine comprehensive investigations of magneto-excitonic and Landau transitions in a large variety of undoped and doped quantum-well structures. Strong magnetic fields change the diamagnetic energy shift of free excitons from quadratic to linear in B in undoped single quantum well samples. Two-dimensional electron gas induced by modulation doping shows pronounce quantum oscillations in integer quantum Hall regime and discontinuous transition at ${\nu}=1$. Such discontinuous transition can be explained as the formation of spin waves or Skyrmions.
To seek an atmospheric heating mechanism operating on the Sun we investigated a heating source generated by a downflow, both of which may arise in a magnetic loop dynamically formed on the Sun via flux emergence. Since an observation shows that the illumination of evolving magnetic loops under the dynamic formation occurs sporadically and intermittently, we performed a magnetohydrodynamic simulation of flux emergence to obtain a high-cadence simulated data, where temperature enhancement was identified at the footpoint of an evolving magnetic loop. Unlike a rigid magnetic loop with a confined flow in it, the evolving loop in a low plasma β atmosphere is subjected to local compression by the magnetic field surrounding the loop, which drives a strong supersonic downflow generating an effective footpoint heating source in it. This may introduce an energy conversion system to the magnetized atmosphere of the Sun, in which the free magnetic energy causing the compression via Lorentz force is converted to the flow energy, and eventually reduced to the thermal energy. Dynamic and thermodynamic states involved in the system are explained.
Transport of carbon and boron impurity ions parallel to magnetic field lines in the tokamak SOL (scrape-off layer) is numerically investigated for a one-dimensional steady state. The spatial distributions of density and velocity of the impurity ions in a steady state are calculated by finite difference method for a single-fluid model. The calculated results show that among forces acting on SOL particles thermal force produced tv plasma temperature gradient is a principal force determining the feature of impurity distribution profiles in the tokamak edge. However, strong collisional friction forces appearing dominant in front of the diverter plate restrain impurity ion flows due to temperature gradients from moving toward the midplane. Consequently, the stagnation point develops in the impurity flow by these two forces near the diverter region, in which ion flows change their directions. Impurity ions turn out to be accumulated at the stagnation points, where peaked profiles of highly-ionized state ions are relatively predominant over those of low-ionized state ions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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