Dette heftet inneholder forslag til hovedoppgaver for studieåret 1999/2000.

Oppgavene er ordnet med forslag fra instituttets faggrupper først og forslag fra eksterne kilder til slutt.

Oppgavetekstene gir ofte bare eksempler på hva som kan gjøres. Hvis du har egne mer eller mindre spesifiserte idéer til emner, så ta kontakt med den faglærer som det synes naturlig å utvikle idéen sammen med.

Det er også mulig å ta kontakt med eksterne bedrifter eller forskningsinstitutter som kan foreslå temaer for hovedoppgaver. I slike tilfelle kan veiledningen godt gis fra den eksterne institusjonen, men du må finne en ansvarlig faglærer ved institutt for fysikk som kan godkjenne det faglige opplegget før slike ordninger kan etableres.

Etter spesielle regler som er vedtatt av Høgskolestyret (nye reglementer er under utarbeidelse), kan to eller flere studenter gå sammen om en hovedoppgave.

Avtaler gjøres direkte med faglærere, og søknad sendes instituttkontoret innen 1. juni 1999.

Hovedoppgaven leveres til instituttkontoret i 3 eksemplarer (for institutt, faglærer og sensor). Kostnadene ved kopiering og innbinding for tilsammen 4 eksemplarer ved NTH-Trykk dekkes av instituttet.

Avtalen må være inngått, undertegnet og innlevert til instituttkontoret innen 1. juni 1999.

Student : ……………………………………………………………………………….

Veileder(e) : ……………………………………………………………………………….

Instituttansvarlig (hvis ekstern veileder) : ………………………………………………….

Tittel på hovedoppgave : …………………………………………………………………...

Dato : ……………….

Underskrift : ……………………………………. ……………………………………….

Veileder Student

Veiledere: Anne Borg email: anne.borg@phys.ntnu.no

Turid Worren email: worren@phys.ntnu.no

Trond Ramsvik email: tramsvik@yahoo.com

Studier av vekstprosesser i metall-metall systemer er av såvel fundamental som av anvendt interesse. Studier av hvordan tynne filmer av et metall dannes og gror på en metalloverflate gir informasjon om hvordan øyer nukleerer på overflaten og hvordan de deponerte metallatomene diffunderer på denne. Forståelse av disse prosessene er vesentlig for ulike varanter av tynnfilmteknologi.

I denne oppgaven skal vekst av rhenium (Re) på platina (Pt) studeres ved hjelp av scanning tunneling mikroskopi (STM). STM gir informasjon om atomstrukturen på en elektrisk ledende overflate på atomær skala og er derfor spesielt egnet for å studere dannelse av øyer og vekst av tynne filmer på overflater på atomært nivå. Tynne Re-filmer på Pt er valgt fordi platina er kataysator for en rekke viktige kjemiske reasjoner og Re brukes som tilsatsmateriale til Pt for spesifikke reaksjoner. Studier av Re/Pt danner således en basis for å forstå de grunnleggende egenskapene til denne typen bimetalliske systemer.

Oppgaven, som er av eksperimentell karakter, består i å studere vekst av Re-filmer som er fra mindre enn ett atomlag til 2-3 atomlag tykke på Pt(111)-overflaten. Størrelsesfordeling, lengde/bredde-forhold og avstander mellom øyene som oppstår skal bestemmes med STM. Legeringsdannelse mellom de to metallene i overflaten som følge av oppvarming skal også undersøkes.

Veiledere: Anne Borg email: anne.borg@phys.ntnu.no

Turid Worren email: worren@phys.ntnu.no

Trond Ramsvik email: tramsvik@yahoo.com

Lav energi elektron diffraksjon (LEED) er en standard teknikk for å bestemme overflatestruktur. Lavenergetiske elektroner (<3-400eV) skytes mot overflaten som skal studeres, og elastisk spredte elektroner detekteres på en fluorescerende skjerm. På skjermen oppstår det et diffraksjonsmønster bestående av skarpe reflekser som gjenspeiler strukturen i overflaten. For å bestemme båndlengder mellom overflateatomene og mellom disse og eventuelle molekyler som sitter på overflaten kan en måle hvordan intensiteten i de enkelte refleksene som diffraksjonsmønsteret består av, som funksjon av energien til elektronene, I(V)-kurver. Disse målte I(V)-kurvene sammenliknes så med beregnede I(V)-kurver for ulike sett av båndlengder etc. for overflaten. Ved optimalisering av parametrene, som inngår i beregningene av spredningen av elektronene fra overflaten, kan overflatestukturen bestemmes. Denne metoden kalles kvantitativ LEED.

Oppgaven består i å sette sammen et eksperimentelt oppsett for kvantitative LEED studier. Oppsettet vil bestå av et eksisterende LEED-instrument. Til dette skal det knyttes et CCD-kamera som skal styres fra en PC utstyrt med en "framegrabber". Utstyret skal benyttes til å måle I(V)-kurver for stukturen som oppstår når (11-20) overflaten av kobolt (Co) eksponeres for karbonmonoksid (CO). Denne Co-overflaten består av siksakrader, og CO danner en såkalt (3x1)-struktur som vår gruppe tidligere har studert med scanning tunneling mikroskopi (STM). Målet med eksperimentene er å undersøke hvordan CO er bundet til overflaten. Dette kan vi ikke finne ut fra STM-eksperimentene alene. Om tiden tillater skal sammenlikning med beregnede I(V)-kurver foretas.

Veiledere: Dan Östling email: Dan.Ostling@matek.sintef.no

Ved Inst. for Anvendt Optikk pågår et prosjekt der vi utvikler et lavkoherent interferometer som skal måle forskjellige parametere til biologiske objekter som f.eks. hud og netthinne. Innen dette prosjektet har vi plass for flere motiverte diplomstudenter. Oppgavene kan være av enten teoretisk eller eksperimentell karakter og vil avhenge av både studentens og prosjektets interesse-områder. Oppgaven kan utføres enten ved Anvendt optikk eller ved Fysikalsk elektronikk.

Følgende oppgaver kan være aktuelle:

• Modellering/simulering av et lavkoherent interferometer (teoretisk/programmering).
• Modellering av lyspropagering i spredende objekter (teoretisk).
• Studie av speckle-effekter i et hvitt lys interferometer (teoretisk/eksperimentell).
• Oppbygging av et fiberbasert lavkoherent interferometer (eksperimentell).
• Longitudinal scanning av referense (eksperimentell).
• Transversal scanning av lys-spot på måleobjekt (eksperimentell).
• Programmering av signalbehandlingsrutiner i LabView (teoretisk/programmering).

Aktuelle faglærere: Prof. Lars O. Svaasand, Prof. Tore Lindmo, Prof. Ole Johan Løkberg, Prof. Hans M Pedersen, Prof. Helge E. Engan.

Veiledere: Arnljot Elgsæter email: arnljot:elgseter@phys.ntnu.no

Arne Mikkelsen email: arne.mikkelsen@phys.ntnu.no

1. Transportegenskaper til stive nanopartikler

Nanopartikler er partikler med karakteristiske dinemsjoner som ligger i området 1nm – 1000nm. Alle biologiske makromolekyler faller inn under denne kategorien.

Det samme gjelder aerosoler, suspensjoner av mineralpartikler (for eksempel leire), væskekrystaller og mange kjemiske reaksjonssystemer av industriell interesse. Et karakteristisk felleestrekk ved alle slike systemer er at stokastiske termiske bevegelsene er av stor betydning for systemers makroskopiske egenskaper.

Kvantitativ forståelse av nanopartiklers egenskaper er av stor praktisk interesse. Vi er også interesserte i sammenlenkede nanopartikler (polymerkjeder), men før vi kan komme videre i studiet av polymerkjeder, er det nødvendig å etablere en kvantitativ forståelse av blant annet transportegenskapene til stive ikke-vekselvirkende nanopartikler.

Dette arbeidet vil foregå på to fronter :

1. Detaljert numerisk modellering av asymmetriske nanopartiklers dynamikk.
2. Eksperimentell høgpresisjonsbestemmelse av de dynamiske egenskaper til stive nanopartikler med kjent atomær struktur.

Stine Nalum Næss er alt i full gang med punkt 1 som en del av sitt studentprosjekt og vil fortsette arbeidet høsten 1999 som en del av sin hovedoppgave. Stine har videre gitt uttrykk for at hun gjerne kan tanke seg å fortsette dette arbeidet som hoveddelen av et doktorgradsarbeid.. I praksis betyr dette at det inntil videre ikke er plass for flere på teorisida av dette prosjektet. Derimot har Stine stort behov for en eksperimentell makker. Det som her er mest aktuell, er høgpresisjonsmålinger av de transiente elektrisk induserte optiske egenskapene til løsninger/suspensjoner av stive nanopartikler. Som modellsystem vil vi her benytte proteiner med kjent atom struktur.

Den nødvendige instrumenteringa er ikke kommersielt tilgjengelig og må derfor bygges. Dette arbeidet er i god gjenge, men det vil fortsatt stå igjen betydelig med arbeid høsten 1999, spesielt på data/elektronikk sida. Den nye instrumenteringa vil representere ikke bare "state of the art" per i dag, men vil også inneholde flere viktige design-aspekter som tidligere ikke har vært benyttet. Vi har stor tro på at dette vil gi oss ei instrumentering for bestemmelse av transiente elektro-optiske egenskaper med unike eksperimentelle muligheter.

Oppgaven vil passe godt også for studenter fra studieretningen for teknisk fysikk.

1. Eksperimentell bestemmelse av de elektro-optiske egenskaper til alfa- og beta-spektrin

Det er nettopp blitt publisert et gjennombrudd når det gjelder preparering av isolerte alfa- og beta-kjeder av spektrin. Til nå har man i praksis kun hatt tilgang til heterodimerer bestående av an alfa- og en beta- kjede. Dette har i betydelig grad komplisert tolkninga av for eksempel elektro-optiske data fra spektrin. Med det nye gjennombrudd på den preparative sida ligger terrenget nå åpent for kvantitative eksperimentelle studier av spektrin som tidligere ikke var mulig.

En hovedoppgave vil delvis bestå i etablering av den nye prepaeringsteknikken og delvis eksperimentell bestemmelse av alfa- og beta-kjedenes elektro-optiske egenskaper. Denne oppgaven omfatter flere biokjemiske teknikker og passer best for noen med biofysikkbakgrunn.

Veileder: Bjørn T.Stokke email: Bjorn.Stokke@phys.ntnu.no

Scleroglukan er et langkjedet polysakkarid som danner en trippel-heliksstruktur i vandig løsning. Det er stor interesse for slike b (1,3)-glukaner på grunn av deres immunstimmulerende evne. Det er velkjent hvilke løsningsmiddelbetingelser som kan brukes for å dissosiere trippel-heliks strukturen. Det er imidlertid vanskelig å utlede stabiliteten til trippel-heliksen ut fra betingelsene som skal til for å dissosiere denne. I denne oppgaven planlegges det å bestemme kraft-strekke relasjoner til enkeltmolekyler, og geler av scleroglukan. Målsettingen med å bestemme kraft-strekke relasjoner til enkeltmolekyler er todelt. For det første, det reversible område av kraft-deformasjons-kurven vil gi fundamental informasjon om kjedestivhet til denne type strukturer. For det andre, forventes det at de kreftene som holder trippel-heliksen sammen vil destabiliseres tilstrekkelig til å endre på lokal struktur ved økende forlengelse, og til slutt føre til delvis eller fullstendig dissosiering av trippel-heliksen. Dette planlegges ved at scleroglukan bindes både til et underlag (glimmer) og til AFM-spissen ved hjelp av to ulike, spesifikke mekanismer (for å unngå løkkedannelse).

Scleroglukan kan også kryssbindes til nettverk. Det er etablert flere metoder for dette. Det er videre velkjent hvilke løsningsmiddelbetingelser som skal til for å føre til makroskopisk kollaps av disse gelene. Underliggende endringer i lokal struktur som gir slik endring i makroskopisk likevektsvolum er ikke kjent for slike relativt stive polymerkjeder. Det planlegges derfor å fremstille scleroglukan geler under kontrollerte betingelser og å bestemme stukturen til disse ved hjelp av AFM under betingelser som svarer til ulike makroskopiske faser. I tillegg til direkte bildeanalyse planlegges det også å se på autokorrelasjon g(r) i høydevariasjonene, h:

hvor midlingen over overflaten foretas ved ulike valg av referansepunkt r₀. Parameter h₀ er midlere høyde i den analyserte overflaten.

AFM (Atomic force mikroskop) teknikken er kort beskrevet i andre tilbud om diplomoppgaver, og det henvises til denne beskrivelsen.

Aktuelle problemstillinger:

• Enkeltmolekyl kraft spektroskopi av scleroglukan med veldefinert kjedelengde og interne brudd i enkeltkjedene.
• Kvantisering av bindingsenergien til scleroglukan trippel-heliks struktur ved hjelp av elastisk koplet modell for strekkbarhet i biopolymerer.
• Topografisk kartlegging av elastisitet til scleroglukangeler og porestørrelsesfordeling til scleroglukangeler.
• Bestemmelse av autokorrelasjoner i høydevariasjon til sclerglukangeler og hvordan decay i autokorrelasjonsfunksjonene avhenger av svelletilstand og andre gelingsparametre (konsentrasjon, kryssbindingstetthet) til scleroglukangeler.

Alginater er en familie strukturelle polysakkarider som danne geler avhengig av innhold og sekvens de to enhetene (a -L-guluronsyre, og b -D-mannuronsyre) i ko-polymeren. De forekommer naturlig med ulike relativt innhold og sekvens av de to enhetene. Biosyntesen av alginat viser at disse polymeriseres i utgangspunktet som langkjedede hompolymerer av b -D-mannuronsyre. Den andre komponenten i alginat, (a -L-guluronsyre) blir introdusert ved at enzymer av typen C5-epimerase omsetter b -D-mannuronsyre til a -L-guluronsyre internt i polymeren. Det er i dag fremstilte flere C5-epimeraser ved hjelp av genteknologi. Disse introduserer ulike sekvensmønster når de virker på alginatmolekylene. Bruk av epimeraser som gir ulike sekvensmønster og forskjellig omsetningsgrad gjør oss i stand til å kunne kontrollere sekvensmønster til alginatmolekylene som langt overgår det som er naturlig forekommende. Gelingsegenskapene til alginat er knyttet til mengde og sekvens av de to sukkerenhetene, og en kan ved bruk av de rekombinante epimerasene kontrollere gelegenskapene (styrke, porestørrelsefordeling, lekkasje) for en gitt anvendelse. Alginatgeler brukes blant annet til å lage en immunbeskyttende kapsel rundt langerhans øyer når de skal transplanteres (for behandling av sukkersyke).

Atomic force mikroskop (AFM) er en relativt ny eksperimentell teknikk som tillater direkte avbilding av (bio)polymerer, aggregater av disse, celler, osv., uten å fjerne vann. Detaljer i sub-nm området er i prinsippet mulig å oppnå. Ved sekvensiell avbildning kan en i tillegg få frem dynamiske aspekter. AFM teknikken kan også brukes til topografisk kartlegging av elastisitet med oppløsning ned mot nm-området og måling av krefter assosiert med spesifikke vekselvirkninger som f.eks. alginat og rekombinante C5-epimeraser ved bruk av kontrollert preparering av AFM nålespissen.

Aktuelle problemstillinger:

• Kartlegging av virkningsmekanismer til rekombinante C5-epimeraser på alginatsubstrater ved sekvensiell avbildning ved hjelp av AFM.
• Kvantisering av bindingsenergier mellom rekombinante C5-epimeraser og ulike alginatsubstrater.
• Bestemmelse av alginat struktur og topografisk kartlegging av gel-elastisitet til alginater modifisert ved hjelp av rekombinante C5-epimeraser.
• Bestemmelse av porestørrelsefordeling til alginatgeler ved hjelp av AFM.

Veiledere:

Bjørn T. Stokke, Gruppe for biofysikk, Inst. for fysikk, FIM, NTNU (AFM)

Gudmund Skjåk-Bræk, Inst. for bioteknologi, KB, NTNU (epimerase)

Transport av DNA over cellemembranen viser seg å være en praktisk begrensning i forbindelse med genterapi. En måte å prøve å løse dette på har vært å innkapsle DNA (med ønsket sekvens) i miceller for deretter å la disse micellene smelte sammen med membranen. Dette gjør det mulig å få til en lettere transport av DNA over membranen. En annen effektiv måte har i det siste vist seg å være kompleksering av DNA med ulike polykation. Kompleksering av DNA med polykationer viser seg å kondensere den utstrakte dobbelheliks strukturen til en toroidal struktur. Ulike polykationer komplekser DNA med ulike effektivitet, og også på en måte som polykationspesifikt kan forhindre videre aggregering av toroidale polykation-DNA komplekser. Evnen ulike polykation –DNA komplekser har til å få DNA transportert over membranen er rapportert til å være sterkt knyttet til den videre størrelsen av den toroidale, kondenserte formen, og fravær av videre aggregeringen av disse strukturene. En tilleggsfaktor er at ulike syntetiske polykationer kan ha andre uønskede effekter (toksisitet).

I denne oppgaven vil vi ta for oss kitosan som isolert sett har en rekke fortrinn framfor de syntetiske polykationene i biologiske anvendelser, og studere i hvilken grad vi kan danne komplekser av DNA i en toroidal form som ikke aggregerer videre ved hjelp av kitosan. Kitosan fremstilles fra kitin som er et strukturpolysakkarid i reke- og krabbeskall. Ulike kvaliteter av kitosan (molekylvekt, ladningstetthet, motioner) vil kunne brukes i oppgaven. Kitosan er velkjent med hensyn til hvilken immunologisk respons det induserer. Videre, det er velkjent hvordan ulike kitosaner brytes ned ved et naturlig forekommende mammalsk enzym (lysozym). Således har kitosan fortrinn framfor syntetiske polykationer i biologiske anvendelser. Effektiviteten til kitosan til å danne toroidale komplekser med DNA er lite kjent. I denne oppgaven vil vi se på hvordan kitosaner av ulike kvaliteter komplekserer DNA, både med hensyn til struktur til det endelig supramolekylære komplekset, og om mulig, tidsutvikling av dannelsen av toroidale komplekser.

Hovedteknikken som planlegges brukt i oppgaven er Atomic force mikroskop (AFM). Dette er en relativt ny eksperimentell teknikk som tillater direkte avbilding av (bio)polymerer, aggregater av disse, celler, osv., uten å fjerne vann, med en oppløsning i sub-nm området. Teknikken tenkes primært brukt i denne oppgaven for avbildningsformål, men det er også mulig å bestemme topografisk fordeling av elastisitet til f.eks. celler, eller kvantiserting av spesifikke vekselvirkninger.

Aktuelle problemstillinger:

• Kontroll og kartlegging av struktur til kitosaner og DNA ved hjelp av AFM.
• Effekt av prepareringsbetingelser, molekylvekt og ladningstetthet av kitosan på deres evne til indusere toroidale supramolekylære strukturer i DNA kartlagt ved AFM
• Kvantitative bestemmelse av toroidale kitosan-DNA strukturer ved bildebehandling.
• Teorertisk analyse av polyelektrolytt induserte toroidale strukturer i DNA.

Veiledere:

Bjørn T. Stokke, Gruppe for biofysikk, Inst. for fysikk, FIM, NTNU (AFM, DNA, bildeanalyse)

Kjell M. Vårum, Inst. for bioteknologi, KB, NTNU (kitosan)

Kryssbinding av biopolymerer medfører en stor endring i deres mekaniske egenskaper. De viskoelastiske parameterne G’ (skjærmodul) og G’’ (tapsmodul) og deres frekvensavhengighet er karakterisert ved:

før geldannelse (løsning; sol)

ved perfekt kryssbindet nettverk (gel)

I likningene over er w vinkelfrekvensen for den påtrykte deformasjonen på gelen, og t er lengste relaksasjonstid. En ser av ligningene over at frekvensavhengigheten til G’ og G’’ er sterkt avhengig av tilstanden, og ved en kritisk kryssbinding, gel-punktet, er frekvensavhengigheten i følge Chambon-Winter kriteriet gitt ved:

hvor n er en konstant relatert til tilstanden ved gelpunktet. Bestemmelse av gelpunktet blir gjort ved interpolasjon mellom målinger foretatt på pre- og post-gel stadiet, og er ikke direkte avhengig av målinger svært nær gelpunktet. Den fraktale dimensjonalitet ved gelpunktet er gitt ved :

Den fraktale dimensjonalitet gir informasjon hvorvidt dominerende assosieringsmoder resulterer i stav-liknende strukturer, df = 1, eller sterkt forgreinede polymerstrukturer, df » 2.

Systemene som planlegges undersøkt er Ca-indusert geling av alginat (med type alginat, Ca-konsentrasjon, alginat-konsentrasjon som eksperimentelle parametre) og scleraldehyd-chitosan. For Ca-alginat finnes det eksperimentelle tilleggsdata fra lav-vinkel røntgenspredning som kan brukes som tilleggsinformasjon. Oppgaven er i hovedsak av eksperimentell karakter (bruk av reometer, ev. etablering av ny teknikk for kartlegging av topografisk variasjon av G’ og G’’), kombinert med fortolkning av de eksperimentelle funnene.

Veileder: Catharina de Lange Davies email: Catharina.Davies@phys.ntnu.no

Et av hovedproblemene ved konvensjonell kreftbehandling som stråleterapi og kjemoterapi, er at behandlingene ikke er spesifikke for kreftcellene. Den ioniserende strålingen og cytostatika ødelegger både normalt vev og tumorvev, og skadene på normalt vev begrenser dosene som kan benyttes.

Ulike strategier for å utvikle tumor spesifikke behandlinger er foreslått. Utviklingen av monoklonale antistoffer som binder seg til tumor spesifikke antigener på overflaten av kreftcellene gav håp om en ny og kreft spesifikk behandling. Monoklonale antistoffer kan benyttes som bærere for radioaktive isotoper, toksiner eller andre giftstoffer. Genterapi basert på DNA vektorer som bærer terapeutiske gen kan bli en annen kreft spesifikk behandling. Disse tumor spesifikke behandlingene benytter imidlertid store molekyler med en diameter i størrelsesorden 10 til 10.000nm, mens konvensjonelle cytostatika er små molekyler med diameter under 1 nm. Slike store molekyler har problemer med å nå fram til tumorcellene, og det er vist at bare en liten del av antistoffet som injiseres når fram til tumor vevet. Når medikamenter injiseres intravenøst eller gis oralt har molekylene en vanskelig vei fram til bestemmelsesstedet. Om de skal lykkes å nå fram og drepe kreftcellene avhenger av at det er et godt utviklet kapillærnettverk i tumoren, at molekylene kan passere over kapillærveggen og at de er i stand til å trenge gjennom rommet mellom kreft cellene (kalt ekstracellulær matrix (ECM) eller interstitium). Disse transportetappene avhenger av diffusjon og konveksjon. Det er vist at tumorer har et høyere interstitielt væsketrykk enn normalt vev, og dette er et av hovedproblemene for å få makromolekyler fram til kreftcellene.

Måling av mikrovaskulært trykk og interstitielt-væsketrykk gradienter etter hyaluronidase behandling av tumorer

Vi har vist et hyaluronidase reduserer det interstitielle væsketrykket (IFP) i tumorvev. Dersom dette skal ha noen terapeutisk gevinst må trykk-gradienten over kapillærveggen økes, dvs at det mikrovaskulære trykket ikke må reduseres i samme grad som IFP.

Oppgaven har som mål: 1) etablere den såkalte mikropipette-metoden som har en romlig oppløsning på 2-4 m m. 2) benytte metoden til å måle mikrovaskulært trykk og den interstitielle væsketrykk-gradienten gjennom tumoren. To ulike tumormodeller vil bli sammenliknet: beinkreft tumorer som gror enten rett under huden eller rundt lårbeinet som er et fysiologisk riktigere sted å vokse på for disse tumorene.

Lokalisering av bein-søkende molekyler i bein kreft tumorer. Korrelasjon med interstitielt væsketrykk.

Ved Radiumhospitalet har de behandlet pasienter med et lite radioaktivt bein-søkende molekyl kalt ¹⁵³Sm-EDTMP.

Oppgaven har som mål: å studere opptaket og lokaliseringen av dette radioaktive molekylet i to tumormodeller: beinkreft tumorer som gror enten rett under huden eller rundt lårbeinet som er et fysiologisk riktigere sted å vokse på for disse tumorene. Opptaket vil bli korrelert med interstitielt væsketrykk.

Metoder: Bestemme totalt opptak av det radioaktive molekylet ved bruk av g -teller. Studere fordelingen av molekylet i tumorvevet med autoradiografi. Bestemme IFP med såkalt "Wick-in-needle" metoden.

Diffusjon av makromolekyler med ulik størrelse i multicellulære sfæroider. Bestemmelse av porestørrelse.

Makromolekylene diffunderer gjennom extracellulær matrix (ECM) som består av ett nettverk av proteinfibre i en gel av glycosaminoglycaner. ECM har porer med bestemte størrelser. I prinsippet kan makromolekyler med en diameter mindre enn porenes diameter penetrerer, mens vevet er ugjennomtrengelig for makromolekyler med en størrelse over porestørrelsen.

Oppgaven har som mål: å estimere porestørrelsen i ECM ved å studere penetrasjon og diffusjon av makromolekyler med forskjellig størrelse. Bestemmelse av porestørrelse ved bruk av "atomic force" mikroskopi vil også bli vurdert.

Metoder: Måle penetrasjon av fluorescerende makromolekyler med konfokal laser scanning mikroskopi. Basert på regresjonsanalyse og intensitetsprofilen for det fluorescerende makromolekylet som en funksjon av dybde i sfæroiden, kan diffusjonskonstanten bestemmes. Måle porestørrelse også med "atomic force" mikroskopi.

Måling av interstitielt væsketrykk i tumorer i mus og produksjonrate av protoporfyrin i multicellulære sfæroider etter fotodynamisk terapi (PDT).

En meget lovende behandlingsform av overflate tumorer er såkalt ALA-PDT. ALA, 5-aminolevulinsyre, er et lite molekyl som inngår i den naturlige hemsyntesen. Når det tilføres tumorbærende dyr induserer det tumorselektivt produksjon av det fluorescerende og fotosensibiliserende stoffet protoporfyrin IX (Ppix). Ved belysning av tumorer som inneholder Ppix blir svulsten ødelagt. Vi vet foreløpig lite om detaljene i denne ødeleggelsen, men det er antatt at virkingen på det vaskulære nettverket og dermed det interstitielle væsketrykket er viktig.

Oppgaven har som mål: 1) å studere effekten av ALA-PDT på det interstitielle trykket i tumorer 2) måle produksjonrate av protoporfyrin i multicellulære sfæroider

Metoder: Bestemme IFP med såkalt "Wick-in-needle" metode.

Måle produksjon av protoporfyrin med konfokal laser scanning mikroskopi. Basert på regresjonsanalyse og intensitetsprofilen for protoporfyrin som en funksjon av dybde i sfæroiden, kan en produksjonsrate bestemmes.

Prinsippet for FRET bygger på at eksitasjonsenergi i donormolekylet kan overføres til et nærliggende akseptormolekyl. For at dette skal kunne skje, må akseptorstoffet ha vesentlig absorpsjon i bølgelengdeområdet for fluorescens-emisjon fra donorstoffet. Ved eksitasjon av donormolekylet, som normalt for eksempel skal gi grønn fluorescens, vil FRET gi opphav til fluorescens fra akseptor, for eksempel i det røde bølgelengdeområdet. I et slikt system vil graden av vekselvirkning mellom molekyler kunne bestemmes ved å måle forholdet mellom rød og grønn fluorescensintensitet når eksitasjonsbølgelengden er tilpasset absorpsjons-spekteret for donor.

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Veiledere: Prof. Anna Midelfart, Øyeavdelingen, Regionsykehuset i Trondheim

Prof. J. Krane, MR Senteret, NTNU, Trondheim

Prof. Norbert Schrage, Augenabteilung, Med.Fak. RWTH Aachen,

Tyskland

Prosjektet tar sikte på å benytte NMR spektroskopi til kartlegging av metabolske endringer i øyets fremre segment etter etseskader studert i en dyremodell.

Det dreier seg om et samarbeidsprosjekt med RWTH Aachen, Tyskland.

Øyeavdelingen ved det medisinske fakultet, RWTH, har en ledende posisjon i Tyskland på behandling av etseskader i øyet.

Forskningsaktiviteten der er primært rettet mot utviklingen av nye behandlingsmetoder for å motvirke komplikasjoner som skjer ved denne type skader.

Som ledd i vårt samarbeid ønsker vi å studere endringer i den metabolske profilen i øyets ulike bestandeler etter etseskader med proton NMR spektroskopi og evt. se på effekten av ulike medikamenter. En dyremodell vil bli etablert. Spektra fra hornhinne, kammervann og linse fra etseskadete øyne vil bli sammenlignet med spektra fra normalt vev. Den metabolske profilen i normale vevsprøver ble allerede kartlagt ved vårt laboratorium, blant annet som ledd i tidligere diplomoppgaver.

Interessert student bes kontakte:

Prof. Anna Midelfart, Øyeavdelingen, Regionsykehuset i Trondheim.

Tlf. 73 86 87 36,

Fax: 73 86 97 78

E-post: anna.midelfart@medisin.ntnu.no

Veiledere: Helge Skullerud email: Helge.Skullerud@phys.ntnu.no

Tore H.Løvaas email: Tore.Lovaas@phys.ntnu.no

Oppgaven forutsettes å omfatte:

1. En kort oversikt over tidligere undersøkelser av transportprosesser og lavenergi støtprosesser for alkaliioner i edelgasser.
2. Måling av ankomsttidspektra og transversal strømfordeling for Na⁺ i edelgassene He, Ne, Ar, Kr og Xe og beregning av mobilitet og diffusjonskoeffisienter ut fra måledataene. (Antagelig er det litt for ambisiøst å få gjort ALT dette – det som eventuelt blir stående igjen, får veilederne måle selv etterpå).
3. Beregning av transportkoeffisientene ut fra publiserte ab initio vekselvirkningspotensialer, for gassene He, Ne og Ar, og sammenligning med de målte verdiene.
4. En diskusjon av målinger og teoretiske beregninger, om mulig med konklusjoner vedrørende vekselvirkningene og potensialparametrene.

Veileder: Reidar Svein Sigmond email: Svein.Sigmond@phys.ntnu.no

Statistikken viser at i middel vil ett helikopter om året bli alvorlig skadet av lyn over Nordsjøen. Det er rent hell at ingen liv er gått tapt til nå. Lynene synes å være overveiende positive, i steden for negative som er vanlige over land. De respekterer ikke de internasjonale flysikkerhetsnormene for lyn som helikopterne er konstruert etter, og gir rotorer og skrog skader i 10-mill kroner klassen.

Etter et havari av et Super Puma helikopter nær kysten februar 1996 fikk jeg oppdrag av Helikopter-service A/S å lete etter årsak og botemidler. Min rapport kom også i hendene på Helikopterservice’s søsterselskap Bond Helicopters i Scotland, med den følge at jeg nå har som oppdrag fra British Civil Aviation Authority å anbefale og utvikle varslingssystem for lynfare for britiske helikoptere.

Mine anbefalinger er A) å installere et fransk landbasert antennesystem for lynaktivitets-kartlegging SAFIR over de mest trafikkerte områder av Nordsjøen, og B) montere målere for elektrisk felt på hvert helikopter. SAFIR- systemet får vi bare indirekte befatning med, mens utvikling, montering, testing og ferdigstillelse av feltmålere er vår sak, via Sintef Energiforskning A/S (SEFAS, tidligere EFI).

Sammen med våre partnere ved Gas Discharge Laboratory, Tartu Universitet i Estland, har vi nå utviklet og patentert en feltmåler basert på koronautladning, som skulle tåle å måle feltet utenfor et helikopter i fart gjennom snø og regn.

Deretter har vi modifisert en kjent type feltmålere basert på vibrerende elektrode, slik at måleren blir vanntett innelukket. Denne måleren vil også egne seg til å måle feltet inne i vakuum eller trykkgassisolerte systemer, noe som Sintef Energiforskning (SEFAS) er svært interessert i. Her må en prototype bygges og utprøves.

Arbeidsoppgavene blir videre utprøving og nødvendige modifikasjoner av feltmålerne, og oppfølging med planlegging av produksjonsapparatur for helikoptermontasje. Samtidig må vi samle og ta opp data for elektriske forhold i Nordsjøen, gjerne fra helikoptere utstyrt med feltmålerne. Praktisk talt intet er kjent om torden og lyn over Nordsjøen, og svært lite er kjent om positive lyn i det hele tatt.

B. Virkning av ubalansert korona-utlader på helikopters lyn-sikkerhet

I et skriv til Bond Helicopters 3.10.1997 påpekte jeg at korona-spissene i halen på Super Puma helikopterne utgjorde en lynsikkerhetsrisiko. Når helikopteret befinner seg i et så sterkt ytre elektrisk felt at det er risiko for at helikopteret trigger lyn, vil korona-utladerspissene i halen redusere feltet rundt halepartiet (feltet der vil hale ladning ut av koronaspissene inntil feltet blir så lavt at koronaen slukner). Dette vil automatisk medføre at feltet rundt frontpartiet av helikopteret økes like mye, og dette øker selvsagt risken for at et lyn starter der.

Jeg kommer nå, i samarbeid med Sintef Energiforskning (SEFAS) til å utarbeide et prosjektforslag overfor Bond Helicopters og British Civil Aviation Authority om å prøve ut dette ved å plassere helikoptermodeller i elektriske felter i SEFAS høyspenningshall og måle ut virkningen av koronautladere plassert forskjellige steder på modellene. Jeg er overbevist om at dette forslaget vil bli akseptert, og vil i så fall gi interessant oppgave for 1-2 diplomkandidater til høsten.

Høyspennings kraftledninger er gjerne beskyttet mot direkte lynnedslag ved en eller to jordete "toppliner" montert over de strømførende fasene. Negative lyn, som er mest vanlige i innlandet (90%) og som all lynforskning har vært konsentrert om, blir trukket til disse topplinene ved at linene sender ut et "mot-lyn" som treffer den nedadgående lynkanalen og trekker denne til seg. Slik virker alle lynavledere, og har rimelig effektivitet mot negative lyn.

Positive lyn, som har ca 10% forekomst i innlandet men opp til 50% langs kysten, kan være opp til 10 ganger kraftigere enn negative lyn, og anrette tilsvarende skader hvis de treffer aktive nettfaser. Problemet er imidlertid at ingen vet om eller eventuelt hvordan lynavledere virker på positive lyn. Foreliggende pågående prosjekt har som mål å finne ut dette, og om mulig å finne effektive lynavledere for positive lyn.

Prosjektet drives av Sintef Energiforskning (SEFAS, før EFI) og Statnett, og nytter EFI’s høyspenningshall med 2 mill. volt lynpulsgenerator. Fra fysikk har Tore Bersås og Kjetil Hus nettopp avsluttet sin diplomoppgave på prosjektet, med interessante resultater. Arbeidet blir i 1998-99 ført videre av prosjektstudent Lisbeth Hvidsten (rom GF 200), men det er god plass for flere prosjekt- og diplomstudenter på dette prosjektet, som dels utføres i SEFAS høyspenningshallen.

Prosjektstudenter vil følge med arbeidet til diplomstudenten høst 1999, og overta arbeidet vår 2000.

Firmaet AITOS AS har bedt om assistanse til å utvikle et elektrostatisk anlegg som kan puffe uforbrent støv ned fra ovnsvolumet ned i den brennende avfallsmassen (vesentlig flis), slik at mindre går opp i pipa. AITOS har patent på slike ovner med svært lite miljøforurensende utslipp, og har en fullskala prøveovn i drift ved Ranheim papirfabrikken. For oss gjelder det å montere og utprøve koronautladningselektroder inne i den brennende gassen ved ca 800°C (eksperimentator er utenfor ovnen).

Vi er i gang med dette allerede. Fra februar harr vi fått en fransk diplomkanditat Alban Kitous fra Ecole Normale Supérieure de Chimie de Paris (5 mnd vår 1999) som harstartet de innledende forsøkene, og også skal se på forskjellige kjemiske forhold ved ovnen. En eller to prosjektstudenter med fysikkbakgrunn, og/eller diplomkandidat(er), vil være svært velkomne for å fortsette arbeidet etter Alban.

Jeg fikk i sommer kjennskap til noen merkelige eksperimentelle resultater fra et anerkjent laboratorium i Marseille, og reiste ens ærend ned dit for å få første hånds opplysninger.

Ved bruk av differensiell mikrokalorimetri hadde Dr. Moia målt at isolatorer med innpodede fri ladninger (elektroner) absorberte vesentlig mer varme ved oppvarming enn prøver uten ladninger. Ved ca 80-100°C ga polymeren plutselig fra seg all den ekstra opplagrede varmen (elektronene "mistet kontrollen"). Jeg har en mistanke om at dette er grunnen til at vanlige polyetylen-isolerte kabler for AC ikke kan brukes for DC. Kan vi vise dette, er det litt av en sensasjon på elektromarkedet.

Vi har ikke noe tilstrekkelig følsomt mikrokalorimeter. Imidlertid har Knut Lønvik, nå pensjonert, laget en stor apparatur her på fysikk for termosonometri, som betyr at man langsomt varmer opp en prøve mens man lytter på prøven med følsom mikrofon. Dette skal være mer følsomt enn mikrokalorimetri for faseendringer mm. Lønvik er nå i aksjon med å tilpasse sin apparatur til denne oppgaven, og de første prøver kan forhåpentligvis kjøres i februar. Hvis disse første målingene blir vellykkede, slik at vi kan teste isolatormaterialer ved å lytte til dem, har vi nok jobb for resten av min tid her ved instituttet, og for prosjekt/diplom/dr.ing. i massevis, med betalt sommerjobb.

Ta kontakt snarest for diskusjon av opplegg mm.

Trondheim 12 april 1999 Svein Sigmond, Rom GF 201 internnr.: 93624

Veiledere: Steinar Raaen email: Steinar.Raaen@phys.ntnu.no

Audun Ramstad email: Audun.Ramstad@phys.ntnu.no

Overflatefysikk er i tillegg til å være et stort forskningsfelt innen fysikk, en viktig disiplin for å oppnå en grunnleggende forståelse av teknologisk viktige fenomener som for eksempel katalyse og korrosjon, og dessuten viktig for bl.a. mikroelektronikk industrien.

Gass adsorpsjon på ordnede overflatelegeringer. Et interessant system er for eksempel La/Rh(100).

Først blir ca. 1 monolag med La deponert på overflaten til en Rh(100) enkrystall. Deretter blir systemet varmebehandlet for å lage en velordnet overflatelegering. Adsorpsjon av ulike gasser for eksempel O₂, CO eller CO₂ studeres deretter. Elektronisk struktur, geometrisk struktur og desorpsjonsenergier undersøkes ved ulike eksperimentelle metoder. Målet er bl.a. å oppnå fundamental kunnskap som er relevant til reelle katalysatorsystemer.

Bestemmelse av desorpsjonsenergier for ulike gass molekyler, for eksempel hydrokarboner, som adsorperes på forskjellige substrater. Målet med dette er å følge trender hvor sterkt de ulike molekyler er bundet til en gitt overflate, og hvor sterkt et gitt molekyl er bundet til ulike overflater. Dette vil være med på å gi innsikt i mekanismer som beskriver hvordan ulike katalysatorer virker.

XPS (X-ray photoelectron spectroscopy), brukes for eksempel til å bestemme kjemisk sammensetning av en overflate, oksidasjonstilstander og elektronisk struktur.

UPS (ultraviolet photoelectron spectroscopy), brukes for eksempel til å studere elektronisk struktur, måle frigjøringarbeidet til et materiale og identifisere molekylære orbitaler

LEED (low energy electron diffraction), bestemmer overflatestruktur

TPD (temperature programmed desorpsjon), brukes til bestemmelse av desorpsjonsparametre som for eksempel desorpsjonsenergi, ved gassadsorpsjon på overflater.

Høier / Tøtdal / Holmestad / Derlet / Yu / Lie / Lindseth / Frøseth i samarbeid med SINTEF Anvendt fysikk (Andersen / Bardal / Pettersen / Walmsley )

(e-post: hoier@phys.ntnu.no, totdalb@phys.ntnu.no, randih@phys.ntnu.no, peterd@phys.ntnu.no,

yingda@phys.ntnu.no, knutlie@phys.ntnu.no, ingerl@phys.ntnu.no, anderfr@phys.ntnu.no,

sigmund.andersen@matek.sintef.no, asgeir.bardal@matek.sintef.no, gunnar.pettersen@matek.sintef.no, john.walmsley@matek.sintef.no )

Gruppa arbeider innen materialfysikk med utvikling av avanserte materialer både eksperimentelt og teoretisk. De makroskopiske egenskapene til et materiale har nære og kompliserte sammenhenger med materialets oppbygging på sub-nanometer til mikrometer nivå. En fellesnevner for forskningen vår er å forstå og etablere slike sammenhenger slik at det blir mulig å skreddersy materialer med ønskede egenskaper. Her bruker vi både eksperimentelle metoder og beregninger basert på kvantemekanikk. Transmisjons elektronmikroskopet (TEM) er et instrument der en kan studere nano-skala områder med flere teknikker samtidig: mikroskopi, diffraksjon, spektroskopi og energitapsanalyse. Instrumentet er derfor mye brukt i mikrostudier og materialutvikling. Gruppa har en velutrustet lab med blant annet en TEM, og et atomic force mikroskop (AFM), det siste til overflatestudier. Vi har god tilgang på nødvendig regnekraft for interpretasjoner og simuleringer. Vi samarbeider i stor grad med andre grupper på NTNU, SINTEF anvendt fysikk og norsk industri, samt flere grupper i utlandet. Gruppa kan tilby varierte diplomoppgaver innen materialfysikk; fra helt teoretiske til helt eksperimentelle eller en kombinasjon. Oppgavene kan tilpasses faglig bakgrunn og interesser. Diplomstudenter vil arbeide med oppgaver nært knyttet til forskningsprosjekter som er igang i gruppa, og ofte knyttet til en postdoc, dr.ing.student eller SINTEF-forsker. Noen eksempler på oppgaver er listet under, men det beste er å komme å snakke med oss! Du finner oss stort sett i 1. Etg. i nye fysikk.

NB! - Sjekk vår splitter nye hjemmeside! (http://www.phys.ntnu.no/~emgroup)

Veileder: Peter Derlet email: Peter.Derlet@phys.ntnu.no

1. The understanding of the inelastic expansion properties of materials is vital to a fuller understanding of material strength and hardness. This project is concerned with the study of stress-strain properties using the molecular dynamics perspective. In particular you will be investigating the onset of plastic deformation via the creation of vacancies and dislocations, and their subsequent flow, as a function of temperature.
2. The nature and path to equilibrium within complex materials is guided by energy minimization and entropy maximization, in other words the minimization of the system’s free energy. Unlike internal energy, free energy cannot be calculated directly from the mechanics of a molecular dynamics simulation. In this project you will investigate and implement free energy algorithms such as Thermodynamic Integration and the Chemical Potential method within the molecular dynamics and/or Monte-Carlo frameworks. Particular emphasis will be given to developing an algorithm suitable for the solid state.

Veileder: John Walmesley, SINTEF email: John.Walmesley@matek.ntnu.no

Secondary Ion Mass Spectroscopy (SIMS), X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), Auger Electron Spectroscopy (AES) and Laser Raman spectroscopy are valuable techniques for characterisation of surfaces. They are all available at the Interface Analysis Centre at Bristol University. Bristol is a major city in south west of England.

Aluminium surfaces will be prepared at Trondheim. These would be taken to Bristol to be analysed. The work in Bristol would be expected to take up most of the time on the project.

The objective would be to establish how to combine the techniques in some areas of NTNU and SINTEF research.

Contact John Walmsley, SINTEF, room 119, Physics department.

Veileder: Sigmund Andersen email: Sigmund.Andersen@matek.sintef.no

Bjørn Hauback email: Bjorn@ife.no

Ragnvald Høier email: Ragnvald.Hoier@phys.ntnu.no

Litt bakgrunn:

Hybrider som energibærere:

Hydrogen ansees som en viktig framtidig energibærer. Framstilling av hydrogen krever energi, men hydrogen er til gjengjeld det eneste brennstoff som ikke forurenser. Hydrogen kan lagres i flytende tilstand, i gassform under trykk og i fast form som hybrider. Lagring i form av metallhybrider er en særlig aktuell metode i forbindelse med små og mobile lager og for batterier. Metallhybrider er kjemiske forbindelser mellom hydrogen og et eller flere metaller, laget ved passende temperatur og trykk. Hydrogenet som er tatt opp i metallet kan frigjøres ved å tilføre varme. For eksempel har mange legeringer som inneholder zirconium et stort potensiale for opptak av hydrogen – man snakker her om lagring av hydrogen for flere formål.

I oppgaven vil vi ønske å studere noen utvalgte legeringer. Det kan være snakk om å være med å lage disse hybridene (et opphold ved IFE). Deretter ønsker vi å foreta undersøkelser ved bruk av bl.a. TEM. TEM har generelt vært lite brukt i studiet av hybrider. Noe av årsaken er at disse materialene er sprø, noe som vanskeliggjør prøvelaging. Dermed vil en del av oppgaven nødvendigvis gå med til dette.

Ved IFE foretar man røntgendiffraksjon, desorpsjonsspektroskopi, nøytrondiffraksjon og andre metoder for full karakterisering av prøvene. Materialet/materialene som skal undersøkes, samt hvilke av analysemetodene som kan komme til å bli aktuelle, må diskuteres underveis.

Se også http://www.ife.no/departments/physics/thesis/hydro1.html

Veiledere: Randi Holmestad email: Randi.Holmestad@phys.ntnu.no

Ragnvald Høier email: Ragnvald.Hoier@phys.ntnu.no

Konvergentstråle elektrondiffraksjon (CBED) er en teknikk som kan brukes for å studere bindinger i materialer. Den detaljerte intensiteten i et CBED-bilde kan sammenliknes med teoretiske beregninger og viktige strukturparametere kan på denne måten raffineres og finnes med stor nøyaktighet. Vi har gjennom flere år utviklet programmer for simulering av CBED- bilder og for sammenlikning av eksperimentelle og simulerte bilder. Diplomoppgaven går ut på å sette seg inn i teorien for elektrondiffraksjon, evt. utføre eksperimenter og bruke tilgjengelig programvare for å studere bindingsforhold i materialer som GaAs og CaF₂ .

Veiledere: Emil J.Samuelsen email: Emil.Samuelsen@phys.ntnu.no

Knut Aasmundtveit email: Knut.Aasmundtveit@phys.ntnu.no

Dag Werner Breiby email: Dag.Breiby@phys.ntnu.no

• Temperatur-avhengige diffraksjonstudier av varianter av poly-tiofener.
• Temperatur-avhengige spektroskopi-studier av varianter av poly-tiofener.
• Ledende polymerer i mikro-porøse stoff som cellulose og/eller areo-gel.

1. Oppgaver på struktur av papir:

• Statistisk tolkning av tre-dimensjonale avbildinger av papir.
• Diffrasjonsstudier av anisotropi i papir.

(http://www.phys.ntnu.no/~fossumj/complexeng.htm Samarbeid mellom deler av gruppene for material og fast stoff fysikk og teortetisk fysikk, dvs formell veileder for dette prosjektet er professor Alex Hansen, praktisk veileder er forsker Jon Otto Fossum)

Hovedmål for diplom på leire-fysikk kan identifiseres som:

1) Sette leire inn i en fundamental material vitenskapelig sammenheng (dvs i sammenheng med andre myke materialer som f.eks. væskekrystaller, polymerer, biomaterialer, etc.)

2) Bruke denne kunnskapen til å undersøke muligheten for å videreutvikle og/eller antyde nye industrielle anvendelser av leire.

Denne forskningen omhandler studier av syntetiske leiretyper. Foruten at leire er et viktig geologisk materiale f.eks i forbindelse med oljeutvinning, eksisterer det idag også en rekke industrielle anvendelser av leire. I alle disse tilfellene er sammenhengen mellom strukturelle egenskaper og flyt (elastiske/viskøse) egenskaper essensiell og viktig, og en rekke fundamentale fysikk problemer kan identifiseres i denne forbindelsen.

Spesifikke eksperimenter som anvendes av oss nå og som det er aktuelt å arbeide med:

1. Viskometri: NTNU fysikk
2. Elektrisk dobbelbrytning: NTNU fysikk
3. Måling av elastiske egenskaper(vha ultralyd): NTNU
4. Struktur: Småvinkel nøytronspredning (SANS) utføres ved Risø Danmark, og røntgenspredning ved NTNU fysikk
5. Studier av leire overflater (AFM: Atomic Force Microscopy), NTNU Fysikk
6. NMR målinger som planlegges utført ved MR senteret Sintef
7. Diverse andre eksperimenter: NTNU fysikk og ved UiO Blindern fysikk/kjemi.
8. Simuleringer/teori

I alle tilfellene er apparatur oppegående. Noe arbeid med design og bygging av spesifikke prøveceller samt noe instrument programmering (Labview) bør regnes med som en naturlig del av en eventuell eksperimentell diplomoppgave, foruten arbeid med tolking av data (Origin/Matematica/Matlab) og forståelse av aktuelle fysiske problemstillinger.

Følgende spesifikke diplomoppgaver kan foreslås som naturlig oppfølging av nylige avsluttede diplom/prosjektarbeider:

• SANS målinger på eksisterende syntetiske leire prøver foretas ved Risø i Danmark (1-2 uker), etterfulgt av data-analyse/interpretasjon/simuleringer ved NTNU.
• Røntgenspredning i samarbeid med material og fast stoff fysikk NTNU, med reelle muligheter for synkrotron røntgenspredning i løpet av diplomen (Brookhaven i USA eller ESRF Frankrike)
• Målinger av elastiske egenskaper i syntetiske leirer i samarbeid med Sintef petroleumsforskning.
• AFM målinger av ru leire overflater. Våre nylige oppnådde resultater er meget interessante og bør følges opp.
• Teori/simuleringer.
• Andre meget interessante oppgaver er identifisert og kan tilpasses eventuelle ønsker, siden et viktig poeng med dette er å studere en type material ved hjelp av flere teknikker.

Kontaktperson:

Forsker Jon Otto Fossum NTNU fysikk, NYF rom 420, tlf. (735)93482,email: fossumj@phys.ntnu.no

Noen samarbeidspartnere:

Professor Alex Hansen NTNU fysikk, Post.doc Guillaume Manificat NTNU fysikk, 1.amanuensis Arne Mikkelsen NTNU fysikk, Material og fast stoff fysikk professorer NTNU fysikk, Professor Helmer Fjellvåg UiO kjemi, Professor Knut-Jørgen Måløy UiO fysikk, Forsker Jon Samseth Sintef.

Veiledere: Knut Arne Strand email: Knut.Strand@phys.ntnu.no

Bård Bjorkvik email: Bard.Bjorkvik@

Ved hjelp av laserspredning studeres termiske fluktuasjoner i fluider og på fluid7fluid grenseflater. For høsten 1999 kan det være aktuelt med en oppgave på et gass/kondensatsystem under reservoirbetingelser. Arbeidet vil bli utført i samarbeid med SINTEF Petroleumsforskning.

Veileder: Johannes Falnes email: Johannes.Falnes@phys.ntnu.no

Denne forskinga skal gi eit grunnlag for det teknisk-industrielle utviklingsarbeidet som står att å gjera for at energien i havbølgjene skal kunna bli utnytta til energiforsyning i større målestokk. Bølgjeenergien, som er ei rein og fornyeleg energikjelde, blir skapt ved omforming av ein del av vindenergien over havområda. Vindenergien blir skapt ved omforming av ein del av solenergien. Ved begge desse omformingane blir energistraumen fortetta (rekna i watt pr. kvadratmeter flate). Rett under vassflata i havet er bølgjeenergistraumen, i tidsmiddel, typisk om lag fem gonger tettare enn vindenergistraumen 20 m over havflata, og 10 til 30 gonger tettare enn solenergistraumen. Dette gir gode voner for at bølgjekraftverk kan bli kommersielle og i framtida spela ei viktig rolle i energiforsyninga for mange kyststatar.

Aktuelle oppgåver 1999-2000 er:

1. Måling av hydrodynamiske parametrar på modell av bølgjekaftverk.

2. Simulering av bølgjekraftverk på datamaskin.

(Oppgåve 1 kan også eigna seg for to studentar i samarbeid.)

Veiledere: Jan Myrheim email: Jan.Myrheim@phys.ntnu.no

Lars Petter Endresen email: Lars.Endresen@phys.ntnu.no

Veileder: Johan S.Høye email: Johan.Hoye@phys.ntnu.no

Veileder: Anders Johnsson email: Anders.Johnsson@phys.ntnu.no

1. Eksperimentelle og teoretiske studier av oscillative biologiske systemer.
2. Regulering av vannopptak og vanntap hos planter.
3. Undersøkelser av planters evne å regulere vekst i forhold til gravitasjonsretningen (planters "balansesystem").
4. Cellers og organismers reaksjoner på elektriske strømmer og elektromagnetiske felt.

Veileder: Erlend Østgaard email: Erlend.Oestgaard@phys.ntnu.no

Vi ønsker å studere materie, dvs. elektron-gass, i supersterke magnetfelt.

Hvite dverger består hovedsakelig av ionisert helium, dvs. helium-kjerner pluss frie elektroner (elektron-gass). I hvite dverger finner vi også magnetfelt i størrelsesorden 10**6 - 10**7 gauss, og vi får da helt spesielle effekter (løsninger) for elektron-bevegelsen i magnetfeltet.

I nøytronstjerner finner vi kanskje magnetfelt i størrelsesorden 10**12 - 10**13 gauss (eller mer). Når "vanlige" atomer i den ytre "skorpen" til en nøytronstjerne er plassert i slike felt, får vi "rare" og interessante effekter for elektron-bevegelsen: Atomer blir "avlange" og "sylinderformete" og kan koples sammen til lange kjeder, vi får helt forskjellig ledningsevne i forskjellige retninger i forhold til magnetfelt-retningen, osv. Dette vil også ha betydning for utstrålingsmekanismen for nøytronstjerner (pulsarer).

Vi er da interessert i å beregne termodynamiske egenskaper for en elektron-gass i slike magnetfelt, dvs. indre energi, trykk, kompressibilitet, magnetisering (susceptibilitet), og tilstandsligning for systemet. Hovedproblemet rent matematisk vil bli å beregne store summer som samtidig skel tilpasses en øvre summasjonsgrense. For visse parameterverdier kommer kvanteeffekter tydelig fram.

Vi ønsker å undersøke om "ferromagnetisme" (parallell spinn-innretning) kan være en mulig forklaring på de enorme magnetfeltene som sannsynligvis finnes i nøytronstjerner. Utsendelse av radiobølger fra pulsarer utelukker sannsynligvis nøytronstjerner som ikke er magnetiske, og man antar at enorme flukstettheter tilsvarende 10**12 - 10**13 gauss eller mer ligger bak den anisotrope utstrålingen som observeres.

Når "vanlige" atomer i de ytre lag av nøytronstjerner plasseres i så sterke magnetfelt får vi interessante effekter; atomer blir "avlange" og "sylinderformete" og kan koples sammen til lange kjeder, slik at vi får helt forskjellig ledningsevne i forskjellige retninger i forhold til magnetfelt-retningen, osv. Dette vil også ha betydning for utstrålingsmekanismen i pulsarer.

Vanlig kjerne-materie ("nuclear matter") er ikke "ferromagnetisk", men permanent magnetisering eller ferromagnetisme kan kanskje forventes i ren nøytron-materie ("neutron matter") i nøytronstjerner, hvor den sterke frastøtningen i to-partikkel-kjernepotensialet blir mer framtredende veed større tettheter. For et system av fermioner skulle parallelle spinn redusere den potensielle energien, da Pauli (eksklusjons)-prinsippet hindrer partiklene i å nærme seg hverandre. Men til gjengjeld øker den kinetiske energien. Denne effekten er liten ved små tettheter, men kan kanskje gi ensretting av spinn med overgang til ferromagnetisme ved store tettheter. Den tiltrekkende delen av to-partikkel-potensialet vil gi en sterk tiltrekning i singlett-tilstanden like utenfor den frastøtende potensial-kjernen. Det motvirker tendensen til ferromagnetisme, men her er "triplet-odd"-tiltrekningen mye svakere enn "singlet-even"-tiltrekningen. Netto-resultatet blir at en ferromagnetisk ustabilitet (fase-overgang) kanskje ikke kan forventes før ved tettheter som er mye større enn for vanlig "nuclear matter".

Vi ønsker å studere forskjellige strukturer og topologiske former for kjerne-materie i det ytterste laget i nøytronstjerner.

I overgangsområdet mellom "krystall-struktur" og "væske-struktur" i nøytronstjerner kan det sannsynligvis eksistere flere former for materie med stor tetthet, dvs. i tillegg til "kuler" eller "bobler" av en fase i forhold til en annen, kan det også være energetisk fordelaktig med "spaghetti" eller "lasagna"-struktur med sylindrisk eller planar geometri i visse områder. Dette kan skyldes f.eks. Coulomb-krefter og magnetfelt i tillegg til kjernekrefter og gravitasjonskrefter, og vi kan også kanskje få f.eks. sylindriske "hull" i tillegg til sfæriske "bobler".

For å undersøke dette, må vi f.eks. beregne Coulomb-energien for forskjellige strukturer, og finne eventuelle fase-overganger mellom forskjellige topologiske former for materien, som f.eks. "kuler", "stenger", "rør", "bobler", osv. Strukturen vil da hovedsakelig bestemmes av kort-rekkende sterke vekselvirkninger (kjernekrefter) i forhold til svakere langt-rekkende Coulomb-krefter. Dette vil da også påvirke tilstandsligningen i systemet, og kan ha betydning i f.eks. en gravitasjonskollaps av en massiv stjerne som fører til en supernova-eksplosjon, og dermed også for dannelsen av tyngre grunnstoffer i Universet.

Vi ønsker å studere masse-overføring med påfølgende røntgen-stråling i dobbeltstjerner som inkluderer en nøytronstjerne.

Varierende (pulserende) røntgenkilder i Universet kan være magnetiske nøytronstjerner som mottar masse-overføring eller "accretion" fra en optisk synlig "vanlig" stjerne i et felles binær-system (dobbeltstjerne). En viktig faktor som styrer denne prosessen er da det supersterke megnetfeltet som en nøytronstjerne sannsynligvis omgir seg med. Dette feltet styrer sannsynligvis materiestrømmen ned på nøytronstjernens overflate (ved magnet-polene), og bestemmer dermed puls-form og spektrum for den utsendte strålingen.

Materie som starter bevegelsen langt unna nøytronstjernen vil sannsynligvis falle innover i en spiral mot nøytronstjernens overflate (styrt av magnetfeltet og ifølge Keplers lover), og danner en skive (ring) eller "accretion disk" rundt nøytronstjernen. Forskjellige fysiske prosesser og strålingsmekanismer vil da bidra til utstråling fra den innfallende materien. Man kan også tenke seg en mer sfærisk (kule-symmetrisk) materiestrøm inn mot nøytronstjernen, men det virker mindre sannsynlig, selv om materiestrømmen til slutt styres inn mot magnet-polene.

Vi ønsker å studere en "ild-kule"-modell som forklaring på observerte kortvarige utbrudd av gamma-stråling fra kilder i Universet. Et slikt gamma-utbrudd etterfølges tilsynelatende av en optisk "etterglød" av elektromagnetisk stråling med mindre frekvens enn gamma-strålingen fra selve utbruddet.

Idag tror vi at et gamma-utbrudd og ettergløden etter utbruddet stammer fra ulike deler av samme prosess. Det antatte hendelsesforløpet starter med at et ukjent objekt med relativt liten utstrekning frigjør enorme energimengder i en ukjent eksplosiv hendelse. Store deler av energien omformes til kinetisk energi for et baryonisk skall av materie som slynges ut (sammen med nøytrinoer og gravitasjonsstråling). Materien vil akselereres til ultra-relativistiske hastigheter av trykket i eksplosjonen. Etter akselerasjonsfasen vil materien ekspandere en stund før den bremses ned av den omkringliggende interstellare materien.

Lorentz-faktoren til det relativistisk ekspanderende materie-skallet er svært stor, kanskje av størrelsesorden 100 - 1000 eller høyere etter den første akselerasjonen. Det ekspanderende materie-skallet bremses etterhvert ved "oppsamling" av interstellar materie, og det dannes kraftige sjokk-bølger i den interstellare materien foran den ekspanderende materien. Sjokk-bølgene "tapper" materie-skallet for energi, og det produseres kraftig synkrotronstråling som observeres som sterkt blåforskjøvet elektromagnetisk stråling. Relativistisk Doppler-effekt med den store Lorentz-faktoren gjør at vi observerer en kortvarig gamma-stråling, dvs. et gamma-utbrudd. Etter selve gamma-utbruddet fortsetter ekspansjonen, og sjokk-bølgene fortsetter å produsere elektromagnetisk stråling med stadig lavere frekvens slik at vi får den observerte ettergløden . Først sendes det ut gamma- og røntgen-stråling, deretter stråling i det optisk synlige området, og til slutt stråling i radio-området.

Veileder: Petr Hadrava email: Hadrava@albert.mnfak.unit.no

Line profiles of components of many spectroscopic binaries are so heavily blended that the interpretation of the observed spectra requires the use of special mathematical techniques to identify the contributions of individual components. These techniques, like the spectral disentangling or the Doppler tomography, can be combined and generalized to yield a more detailed information about the structure of the studied stellar systems. The experience from application of the methods to real observational data gives rise to new requirements on their further development.

The goal of the proposed subject for a diploma thesis is to contribute to the development of spectral disentangling either in its theoretical and numerical part, or by applying it to observational data. Here can be used either the data already secured at Ondrejov Observatory near Prague in the Czech Republic (or elsewhere), or there can be obtained original data during a summer stay at Ondrejov Observatory. Literature: Hadrava P. 1997, Astron, Astrophys. Suppl. Ser.122, 581-584

Veileder: Arne Valberg email: Arne.Valberg@phys.ntnu.no

1. Visuell elektrofysiologi og fMRI.

Oppgaven består i å måle svake hjernepotensialer på forsøkspersoner under synsstimulering; det vil si elektroencephalogrammer, eller såkalte Visual Evoked Potentials (VEP). Det langsiktige målet er å bruke slike "non-invasive" målinger for å identifisere inngangssignalene til synsbarken fra to ulike visuelle kanaler, de magno- og parvocellulære synsbaner. Disse to synsbanene har sine utspring i forskjellige typer av nerveceller i netthinen, og de er parallelle og uavhengige av hverandre helt fram til synsbarken. Cellene har ulike følsomheter og responsegenskaper som vi benytter under kartleggingen vha VEP. En slik metode vil ventelig ha klinisk betydning i diagnostiseringf og overvåkningen av en rekke øyesykdomer. Det vil også bli utført fMRI ("functional magnetic resonance imaging") for å lokalisere de hjerneområdene som er aktive under synsstimuleringen. Disse resultatene vil bli sammenlignet med kildlokalisering ved hjelp av VEP. Programmerimg av egnede visuelle stimuli er også aktuelt. 2 studenter.

2. Visuell psykofysikk.

Måling av kontrastfølsomhet for luminans og farge hos normalseende og personer med fargesyndefekt. Visuell testing skjer på et datastyrt videografisk system (VIGRA). Resultatene for fargekontrast skal tolkes under vurdering av øyets kromatiske abberasjon (fargeavvik). Det inngår derfor i oppgaven å gjøre beregninger av kromatisk aberrasjon på teoretiske modeller av øyets optikk. 1-2 studenter.

Veileder: Jørgen Løvseth email: Jorgen.Lovseth@phys.ntnu.no

Oppgaven kan spesialiseres i forskjellige retninger og det er muligheter for en eller flere studenter..

Ellers kan videreføring av følgende prosjektoppgaver være aktuell :

A. Vind

Ved Titran på Frøya har gruppen en avansert, datastyrt målestasjon med 3 master på 100, 100 og 45 m. høyde. På en øy vest for Titran finnes ytterligere en mast på 45m. Kontinuerlige tidsserier av vindens hastighet og retning registreres i mange målepunkter. Temperaturprofil og stråling blir også registrert. Målefrekvens er 1 Hz. En har også utstyr for å etablere flyttbare målestasjoner. Formålet er å samle data av relevans for utbygging av vindkraft, og generelt for beregninger av vindlast på konstruksjoner. Spesielt studeres turbulens i vinden, deri inkludert korrelasjoner i vindfeltet som funksjon av retning og avstand. Videre er det viktig å konstruere og prøve ut statistiske modeller som kan forutsi ekstreme utslag i vindbildet.

B. Karakteristikk av solstråling.

I global sammenheng vil direkte bruk av solenergi være den viktigste energikilden i en bærekraftig utvikling. Generelt er karakterisering og modellering av solstråling nødvendig for å kunne optimalisere solenergisystemer. Strålingsmønstret på jordoverflaten kan også gi informasjon om atmosfærens tilstand og sammensetning. Gruppens måleprogram for solstråling har derfor både et miljø- og energi-aspekt.
Et eget datastyrt instrument er utvikling for måle spektralfordelingen av direkte solstråling og spektral og vinkelfordelingen av spredt stråling. Med et nasjonalt finansiert instrument måles spektralfordelingen av global stråling i UV og synlig område. Dessuten måles total globalstråling, direkte stråling og biologisk effektiv UV-stråling med egne instrumenter.

Oppgaver :

Oppgaver kan formuleres innen begge de nevnte felt. De kan også bestå av et eget måleprogram med analyse og bearbeiding av data, eventuelt kan analyse og utprøving av ny instrumentering eller videreutvikling av eksisterende utstyr også være aktuelt. Også analyse og modellutvikling i forbindelse med eksisterende data er aktuelt.

Interesserte studenter bes ta kontakt for nærmere opplysninger.

Veileder: Iver Håkon Brevik email: Iver.H.Brevik@mtf.ntnu.no

Oppgaver innenfor følgende temaer kan tilbys:

1. Vannbølger, eventuelt i vekselvirkning med strøm.
2. Elektromagnetisk strålingsteori : Kraft på en liten kule eller sylinder i et strålingsfelt.
3. Kosmologi : Termodynamikk i det tidlige univers, eventuelt kosmiske strenger.

Kontaktperson: Terje Christensen email: Terje.Christensen@nrpa.no

1. Optiske studier av solfilter brukt i solkrem. Bruk av solsimulator, fotometri og metoder til å bestemme egenskaper ved nedbrytningsprodukter som dannes etter lang tids soling.
2. Som over, men inkluderer bruk av hudmodeller eventuelt hudprøver fra mennesker. Målet er å bestemme om UV trenger lettere gjennom huden etter lang tids soling med ulike solbeskyttende midler.
3. Cellebiologiske modellstudier av lysbehandling av nyfødte med gulsott. Bruk av cellekulturer, bestrålingssystemer og labmetodikk til å bestemme om ulike bestrålingsvarianter har ulik effekt på viktige cellefunksjoner.
4. Spektroskopi av hudoverflaten, utvikling av refleksjonsspektroskopiske metoder for å detektere forandringer i hudoverflaten med hensyn til A: bilirubin og lysbehandling B: bruk av solbeskyttende midler C: ioniserende stråling, (gjennomføring av C er ikke ferdig utredet).
5. Elektromagnetiske felt etter nærmere avtale. Problemstilling : Kartlegging av forekomst av felt og/eller biologiske effekter av felteksponering.

Se de etterpåfølgende sider (4 sider).