We are very grateful for the financial support of the Physics Department of CINVESTAV. We also want to thank our technician Marcos Fontaine Sanchez for his remarkable assistance with the set up. Thanks a lot to Sarah LaPointe for reviewing the English-language of this document.

1. Preparazione del Setup PET <ol><li> Preparare la PMT accoppiato con pezzi di scintillatore plastico. A seconda del tipo di PMT (dimensione, forma del fotocatodo) costruire un adeguato piece scintillatore per adattarsi con fotocatodo del PMT. <ol><li> Avvolgere i pezzi scintillatore con un nastro nero. Lascia un lato scoperto, in quanto sarà accoppiato con l&#39;ingresso della luce PMT. NOTA: È importante che questi pezzi sono precedentemente lucidati per evitare perdite di accumulo di luce. </li></ol></li><li> Pulire l&#39;ingresso luce PMT con alcool (concentrazione di alcol commerciale del 70%), quindi ingrassare ottica ad esso e il viso scoperto del scintillatore. Accoppiato il volto PMT con lo scintillatore e avvolgerli con nastro adesivo più nero. <ol><li> Collegare PMT alla tensione sorgente (un cavo è incluso per ogni PMT, in questo caso di polarizzazione 14 di polarizzazione V e 0,5 V per il controllo della tensione). Identificare i segnali provenienti dal PMT collegando laCavo di segnale PMT ad un canale oscilloscopio digitale standard (un cavo di segnale è incluso anche per ogni PMT). Osservare le variazioni di ampiezza dei segnali quando accendere / spegnere la luce in laboratorio, per verificare non vi siano perdite di luce. Ripetere questo passaggio per ciascuno dei quattro rivelatori, dove un rivelatore significa scintillatore più PMT. </li></ol></li><li> Costruire un sistema caso posizionando la parte scintillatore di un rivelatore di sopra della parte corrispondente altro rivelatore. Metti due NIM (modulo Strumento nucleare) strumenti chiamati moduli discriminatore e unità logica in una cassa NIM. </li><li> Collegare i segnali di uscita dai rivelatori agli ingressi di un modulo discriminatore. Utilizzare una unità logica in modalità AND, selezionando questo caso la logica nel pannello frontale dell&#39;unità logica. Collegare le due uscite discriminatore degli ingressi unità logica. NOTA: E è un&#39;operazione logica che seleziona quando due segnali quadrati arrivano allo stesso tempo o in coincidenza. </li><li> Connect il segnale di unità logica di uscita in un modulo scaler (che conta segnali digitali) per contare gli eventi (creato dai raggi cosmici che colpiscono in coincidenza entrambi i rivelatori). </li></ol> 2. Acquisizione del segnale con PET <ol><li> Inserite entrambi i rivelatori negli angoli opposti della zona di piazza definita prima, in modo che uno di fronte all&#39;altro, e sono 20 cm di distanza, e fare lo stesso esercizio come 1.4 e 1.5, ma questa volta, invece di utilizzare i raggi cosmici (raggi cosmici servito come una sorgente radioattiva naturale provvisorio), utilizzare la sorgente di radiazione Na-22. <ol><li> Posizionare la sorgente radioattiva in una distanza di mezzo tra i due rilevatori e rendere l&#39;acquisizione dei dati attraverso il modulo scaler. Il sistema allestimento e la disposizione schematica del blocco logico utilizzato per ottenere una coincidenza può essere visto nelle figure 1, 2, e 3. </li></ol></li><li> Misurare la differenza di tempo dei segnali provenienti collegando le due uscite di discriminare PMT e lauscita coincidenza dell&#39;oscilloscopio. Ciascuno dei tre segnali passa ad un ingresso oscilloscopio; ci saranno tre segnali quadrati schermo dell&#39;oscilloscopio. Con la scala orizzontale (scala del tempo) di misurare la differenza di tempo dei due segnali discriminare. NOTA: Quando la sorgente radioattiva è direttamente nel mezzo tra due sensori ci sarà poca o nessuna separazione o differenza di tempo tra la piazza discriminare segnali in media, e quando la sorgente radioattiva è fuori centro e vicino ad uno dei PMT poi ci sarà differenza di tempo in media. </li><li> Inviare questi segnali di temporizzazione a uno degli otto canali del CAMAC (Computer Automated misurazione e controllo) TDC (Time to Digital Converter) Modulo. Per fare ciò, collegare l&#39;uscita della logica e all&#39;ingresso TDC chiamano &quot;Start&quot;, quindi collegare il rilevatore discrimina uscite agli ingressi TDC che sono chiamati &quot;STOP&quot;. AND segnale deve essere ritardato attraverso un ritardo Module da alcuni nanosecondi Affinché questo segnale per arrivare prima degli altri due segnali di arresto (vedere Figura 4). </li><li> Calibrare le TDC conteggio unità vs tempo indicate per il oscilloscopio attraverso un programma software (vedere i passi nella Sezione 3). Eseguire questa calibrazione utilizzando la distanza di separazione tra la sorgente radioattiva e uno dei rivelatori, misurando la differenza di tempo medio (passo 2.3) di ogni posizione. Stabilire una comunicazione software tra i diversi moduli e il computer mediante un bus standard GPIB (General Purpose strumentazione Bus) per fare questo la calibrazione. </li></ol> 3. Costruire il virtuale Instrument <ol><li> Scaricare e utilizzare un software LabView o qualsiasi altro software simile. NOTA: Per lavorare con LabVIEW, è necessario avere una certa conoscenza del &quot;linguaggio di programmazione G&quot;. In questo linguaggio, nessun codice deve essere scritto, e tutte le azioni eseguite può essere fatto da uno strumento software pallidotte. Una guida semplice con esempi pratici si possono trovare nello strumento di aiuto. </li><li> Selezionare l&#39;utilità di matrice dalla tavolozza degli strumenti del pannello anteriore (variabili di programmazione container) per salvare i dati di output TDC. NOTA: Il &quot;lato anteriore&quot; è l&#39;interfaccia grafica dello strumento virtuale per l&#39;utente e il &quot;diagramma a blocchi&quot; viene utilizzato per la programmazione software. </li><li> Tracciare la acquisizione dati (dati di tempo da TDC) selezionando uno strumento logica dal menu trame. Identificare i dati trame relativi ad ogni posizione della sorgente. A tale scopo, variando la distanza di sorgente dalla linea rivelatori da alcuni centimetri. </li><li> Prendere la media dei dati utilizzando le funzioni statistiche (media) dal menu di strumento matematico, e scegliete un intervallo di valori centrati nel mezzo. Quindi, secondo la programmazione logica seguita, utilizzare gli strumenti necessari dal menu matrice per rimuovere tutti i dati con valori al di fuori di questo intervallo. </li><li> Selezionare gli indicatori di the tavolozza degli strumenti schema a blocchi per mostrare il numero di dati memorizzati in ogni matrice e identificare alcuni contenitori con il maggior numero di dati memorizzati. </li><li> Prendi la media dei dati di ogni matrice selezionato nella fase 3.5 e utilizzare queste informazioni per stabilire una serie di valori di intervalli di tempo per ogni posizione di origine utilizzando per questo la tavolozza degli strumenti schema a blocchi LabView. </li><li> Selezionare una serie di indicatori dalla tavolozza degli strumenti pannello anteriore per memorizzare la media ottenuta nella fase 3.6 per una sequenza di misure. </li><li> Selezionare una struttura caso dalla tavolozza degli strumenti schema a blocchi di mettere in relazione ogni posizione con il rispettivo intervallo dal punto 3.7, e di associare ogni intervallo di un LED in un array dalla tavolozza degli strumenti pannello frontale virtuale. </li><li> Si noti il tempo di ciascun segnale necessario per arrivare ai canali TDC: quando la sorgente radioattiva viene spostato dal centro più vicino a un rivelatore, osserva un movimento della sorgente virtuale nell&#39;array programmazione dei LED (vedere Figura 5 </strong&gt;) spostandosi verso destra nel computer. </li><li> Includere un controllo (elemento di programmazione variabile) dalla tavolozza degli strumenti del pannello anteriore per l&#39;acquisizione tempo totale. NOTA: L&#39;efficienza del posizionamento dipenderà questo strumento tempo di controllo: più tempo di acquisizione per l&#39;oggetto più precisamente virtuale simulando la fonte radioattiva darà la posizione corretta. </li></ol> 4. Risultati grafici <ol><li> Per la calibrazione, posizionare la sorgente in qualsiasi posizione intermedia rispetto a una delle coppie accoppiati di rivelatori. Prendere le misure per 30 min, e con i dati acquisiti, prendere la media dei valori accumulati ogni 2 min. Ripetere questo processo per le posizioni di origine diversa e tracciare il valore medio per ogni rivelatore in tutte le posizioni (vedi figure 6 e 7). Le differenze dei valori rivelatori sono riportati nella Figura 8. </li><li> Per ottenere una migliore resuLTS, selezionare due rivelatori aventi valori di dati simili per formare una coppia. Per verificare questa, mettere la tensione di controllo PMT al suo valore più basso, in questo caso 0,5 V. Avvio misurando il numero degli eventi rilevati con il modulo incrostante per un tempo fisso collegando l&#39;uscita del rivelatore all&#39;ingresso ablatore. Aumentare la tensione di 0.01 V e misurare di nuovo. Ripetere questo processo per raggiungere il valore massimo controllo possibile, in questo caso 0,9 V. <ol><li> Tracciare il numero di eventi rilevati rispetto alla tensione di controllo a scale logaritmiche semi (vedere Figura 9). Coppia le coppie di rilevatori che hanno distribuzioni simili. </li></ol></li><li> Per testare la sensibilità del sistema, posizionare la sorgente radioattiva in alcune posizioni intermedie uguali spaziatura lungo le linee, in questo caso ci sono cinque. Acquisire dati per 5 minuti in ciascuna posizione, e tracciare la media e la mediana dei valori ottenuti per ogni rivelatore in modo indipendente (vedi figure 10 e 11). </li></ol>

<ol>
	<li>Cerello, P., Pennazio, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+innovative+detector+concept+for+hybrid+4D-PET/MRI.">An innovative detector concept for hybrid 4D-PET/MRI.</a> Imaging. Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. 702, 1-3 (2013).</li><li>Muehllerher, G., Karp, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Positron+tomography+emission.">Positron tomography emission.</a> Phys. Med. Biol. 51, R117-R137 (2006).</li><li>Conti, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=State+of+the+art+and+challenges+of+time+of+flight+PET.">State of the art and challenges of time of flight PET.</a> Physica Medica. 25 (1), 1-11 (2008).</li><li>Abreu, Y., Pi&#241;era, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simulation+of+a+PET+system+and+study+of+some+geometry+parameters.">Simulation of a PET system and study of some geometry parameters.</a> AIP conference. 1032, 219-221 (2008).</li><li>Langner, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Development of a parallel Computing optimized head movement correction method in PET. , (2003).</li><li>Budinger, T. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Time-of-flight+PET.">Time-of-flight PET.</a> J. Nucl Med. 28 (3), 73-78 (1983).</li><li>Leo, W. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments. , (1987).</li><li>Budinger, T. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Instrumentation+trends+in+nuclear+medicine.">Instrumentation trends in nuclear medicine.</a> Semin Nucl Med. 7 (4), 285-297 (1977).</li><li>Burnham, C., Bradshaw, J., Kaufmann, D., Chesler, D., Browner, G. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Positron+tomography+employing+a+one+dimension+BGO+scintillation+camera.">A Positron tomography employing a one dimension BGO scintillation camera.</a> IEEE Trans. Nucl. Sci. 30 (1), 661-664 (1983).</li><li>Burnham, C., Bradshaw, J., Kaufmann, D., Chesler, D., Steams, C. W., Browner, G. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+of+a+cylindrical+shape+scintillation+camera+for+positron+tomographs.">Design of a cylindrical shape scintillation camera for positron tomographs.</a> IEEE Trans. Nucl. Sci. 32 (1), 889-893 (1985).</li></ol>

There are no competing financial interests.

Un aspetto importante di questo sistema è quello di avere un buon controllo sulla risoluzioni spaziali e temporali. La risoluzione spaziale del PET è limitata dalle caratteristiche fisiche del decadimento radioattivo e l&#39;annientamento, ma anche da aspetti tecnici della registrazione coincidenza (passi 1.1 e 1.2) e da sorgenti esterne di errori, come il movimento dell&#39;oggetto durante l&#39;esame 5. Così, la posizione esatta misurata dipende dalla differenza TOF (punto 2.4). Una tecnica per ottenere ...

Positron Emission Tomography è una tecnica di imaging non invasiva utilizzata per ottenere immagini digitali dei tessuti interni e gli organi del corpo. Esistono varie tecniche non invasive che permettono di ottenere immagini e le informazioni sui meccanismi interni di un paziente, come computer tomografia assiale (TAC) e la risonanza magnetica (MRI). Entrambi danno buona risoluzione spaziale e vengono inoltre utilizzati per applicazioni in studi anatomici e fisiologici. Sebbene relativamente PET dà meno risoluzione spaziale, che fornisce ulteriori informazioni riguardanti il ​​metabolismo si verificano nella zona di interesse. PET è ampiamente utilizzato per ottenere informazioni funzionali e morfologiche; le sue principali applicazioni cliniche sono nel campo della oncologia, neurologia e cardiologia. Inoltre, le immagini PET possono aiutare i medici danno le diagnosi migliori, ad esempio, stabilire la pianificazione del trattamento del tumore. Il principio di funzionamento di base dei sistemi PET è l&#39;individuazione di due photonnellate o raggi gamma provenienti da una coppia elettrone-annichilazione di positroni, sia volando in direzioni opposte verso i rivelatori, che comunemente costituiti da cristalli scintillatori accoppiati con PMT. I cristalli scintillatori trasformano radiazioni gamma in luce visibile, che viaggia ad una PMT che converte il segnale luminoso in un impulso elettrico attraverso un processo fotoelettrico. All&#39;interno dei dispositivi elettronici PMT denominati dinodi sono presenti, che aumentano la grandezza della carica elettrica prima di inviarlo ad un sistema di lettura-out. Questi due fotoni rilevati sono stati creati quando un positrone (caricato positivamente elettroni) emessa da un fluido isotopo, che è stato iniettato nel sangue del corpo, annichila con un elettrone nel corpo. Il sistema misura lette nel caso il tempo di arrivo dei fotoni due back-to-back rispetto ad un riferimento temporale e ulteriormente substrati entrambe le volte per ottenere la differenza. Il sistema utilizza questa differenza di tempo per calcolare le posizioni wh spazioere la sorgente di radiazione emessa entrambi i fotoni, e quindi dove è avvenuto l&#39;annichilazione elettrone-positrone. Alcune caratteristiche dei sistemi PET devono essere definite per ottimizzare la qualità dell&#39;immagine e per aumentare la risoluzione spaziale e temporale. Una caratteristica da considerare è la linea di risposta (LOR), definita come la distanza che i due fotoni viaggiano dopo il processo di annientamento. Un&#39;altra caratteristica da considerare è il Time of Flight (TOF). La qualità delle immagini dipende anche caratteristiche esterne, soprattutto gli organi corporei e movimenti del paziente durante il trattamento 1. Gli isotopi utilizzati nei sistemi PET sono detti emettitori beta +. Questi isotopi hanno una breve emivita (dell&#39;ordine di secondi). Sono prodotti in acceleratori di particelle (Ciclotroni) quando elementi stabili sono bombardati con protoni o deutoni provocando reazioni nucleari. Tali reazioni trasformano gli elementi stabili in isotopi instabili come C-11, N-13, O-15, F-18, tra gli altri2. Ci sono due tipi di PET. (1) convenzionale: questo utilizza le informazioni TOF solo per identificare la linea lungo la quale si è verificata la distruzione, ma è in grado di determinare il luogo di origine dei due fotoni. Si richiede ulteriori algoritmi di ricostruzione analitica o iterativo di stimare questo. (2) TOF PET: utilizza la differenza TOF per individuare la posizione annichilazione del positrone emesso. La risoluzione temporale è utilizzato nell&#39;algoritmo di ricostruzione come kernel per una funzione di probabilità di localizzazione 3. L&#39;obiettivo principale è quello di dimostrare le funzioni primarie di PET, che viene utilizzato per localizzare una sorgente di radiazione nello spazio. Lo scopo principale del set sistema PET proposto è quello di fornire una guida alla costruzione PET di base per il pubblico accademico, e di spiegare, in modo semplice, le proprietà principali.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="675">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:237px;">Low threshold Discriminator</td>
			<td style="width:152px;">CAEN</td>
			<td style="width:119px;">N845</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Logic Units</td>
			<td>Lecroy</td>
			<td>365AL</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Time delay</td>
			<td>CAEN</td>
			<td>N108A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Oscilloscope</td>
			<td>Tektronic</td>
			<td>TDS3014C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Quad Scaler and preset counter</td>
			<td>CAEN</td>
			<td>N1145</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">TDC</td>
			<td>Lecroy</td>
			<td>2228</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">PMT&#8217;s</td>
			<td>Hamamatsu</td>
			<td>H5783p</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Power Chasis</td>
			<td style="width:152px;">Lecroy</td>
			<td style="width:119px;">1403</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">GPIB Interface</td>
			<td style="width:152px;">Lecroy</td>
			<td style="width:119px;">8901A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">NIM Power Supply</td>
			<td style="width:152px;">Lecroy</td>
			<td style="width:119px;">1002B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">CAMAC Crate</td>
			<td style="width:152px;">Borer-co</td>
			<td style="width:119px;">1902A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Scintillator Crystals</td>
			<td>Bicron</td>
			<td>408</td>
			<td>1cm x 2cm x 5cm&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Power Supply</td>
			<td>Agilent</td>
			<td>E3631</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Na 22 Radioactive Source</td>
			<td style="width:152px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>activiti 2&#956;Ci</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Software LabView 7.1</td>
			<td>National intruments</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">lemo cables connectors</td>
			<td style="width:152px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>2ns, 3ns and 8ns</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">isolator film</td>
			<td style="width:152px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a basic positron emission tomography system constructed to locate a radioactive source in a bi-dimensional space

Un prototipo semplice Positron Emission Tomography (PET) è stato costruito per caratterizzare completamente i principi di lavoro di base. Il prototipo PET è stato creato con l&#39;accoppiamento di cristalli scintillatori plastici per fotomoltiplicatori o PMT che sono collocati in posizioni contrapposte di rilevare due raggi gamma emessi da una sorgente radioattiva, di che si trova nel centro geometrico della PET set-up. Il prototipo è costituito da quattro rivelatori posti geometricamente in un cerchio di diametro 20 cm, e una sorgente radioattiva nel centro. Spostando i centimetri sorgenti radioattive dal centro un sistema in grado di rilevare lo spostamento misurando il tempo di volo differenza tra due PMT e, con queste informazioni, il sistema può calcolare la posizione virtuale in un&#39;interfaccia grafica. In questo modo, il prototipo riproduce i principi fondamentali di un sistema PET. È in grado di determinare la posizione reale della sorgente con intervalli di 4 cm in 2 linee di deprotezione prendendo meno di 2 min.

Due principali risultati si ottengono con questo sistema PET. Primo: una sincronizzazione efficace tra effetti visivi della sorgente radioattiva virtuale quando muove il campione radioattivo reale. Con questo programma, gli utenti hanno il controllo del tempo di acquisizione, il numero di ripetizioni nella stessa posizione, la variazione dell&#39;intervallo intorno alla acquisizione dati significano, tra gli altri. Secondo: la costruzione di una struttura semplice logica di coincidenza p...

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A Basic Positron Emission Tomography System Constructed to Locate a Radioactive Source in a Bi-dimensional Space

We present a simple but well-constructed Positron Emission Tomography (PET) system and elucidate its basic working principles. The goal of this protocol is to guide the user in constructing and testing a simple PET system.

Un Positron Emission Tomography di base del sistema Costruito per individuare una sorgente radioattiva in uno spazio bidimensionale

A simple Positron Emission Tomography (PET) prototype has been constructed to fully characterize its basic working principles. The PET prototype was ...

a-basic-positron-emission-tomography-system-constructed-to-locate

Research

JoVE Journal

Engineering

8.5K Views.  Centro de Investigacion y de Estudios Avanzados del IPN (Cinvestav). We present a simple but well-constructed Positron Emission Tomography (PET) system and elucidate its basic working principles. The goal of this protocol is to guide the user in constructing and testing a simple PET system.

Video: A Basic Positron Emission Tomography System Constructed to Locate a Radioactive Source in a Bi-dimensional Space

Using Neutron Spin Echo Resolved Grazing Incidence Scattering to Investigate Organic Solar Cell Materials

The spin echo resolved grazing incidence scattering (SERGIS) technique has been used to probe the length-scales associated with irregularly shaped crystallites. Neutrons are passed through two well defined regions of magnetic field; one before and one after the sample. The two magnetic field regions have opposite polarity and are tuned such that neutrons travelling through both regions, without being perturbed, will undergo the same number of precessions in opposing directions. In this case the neutron precession in the second arm is said to &#34;echo&#34; the first, and the original polarization of the beam is preserved. If the neutron interacts with a sample and scatters elastically the path through the second arm is not the same as the first and the original polarization is not recovered. Depolarization of the neutron beam is a highly sensitive probe at very small angles (&#60;50&#160;&#956;rad) but still allows a high intensity, divergent beam to be used. The decrease in polarization of the beam reflected from the sample as compared to that from the reference sample can be directly related to structure within the sample.
In comparison to scattering observed in neutron reflection measurements the SERGIS signals are often weak and are unlikely to be observed if the in-plane structures within the sample under investigation are dilute, disordered, small in size and polydisperse or the neutron scattering contrast is low. Therefore, good results will most likely be obtained using the SERGIS technique if the sample being measured consist of thin films on a flat substrate and contain scattering features that contains a high density of moderately sized features (30 nm to 5 &#181;m) which scatter neutrons strongly or the features are arranged on a lattice. An advantage of the SERGIS technique is that it can probe structures in the plane of the sample.

Progress has been made in utilizing spin echo resolved grazing incidence scattering (SERGIS) as a neutron scattering technique to probe the length-scales in irregular samples. Crystallites of [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester have been probed using the SERGIS technique and the results confirmed by optical and atomic force microscopy.

Utilizzo dello scattering di incidenza di pascolo risolto neutroni Spin Echo per indagare i materiali organici delle celle solari

The spin echo resolved grazing incidence scattering (SERGIS) technique has been used to probe the length-scales associated with irregularly shaped ...

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Ingegneria

Flame Experiments at the Advanced Light Source: New Insights into Soot Formation Processes

The following experimental protocols and the accompanying video are concerned with the flame experiments that are performed at the Chemical Dynamics Beamline of the Advanced Light Source (ALS) of the Lawrence Berkeley National Laboratory1-4. This video demonstrates how the complex chemical structures of laboratory-based model flames are analyzed using flame-sampling mass spectrometry with tunable synchrotron-generated vacuum-ultraviolet (VUV) radiation. This experimental approach combines isomer-resolving capabilities with high sensitivity and a large dynamic range5,6. The first part of the video describes experiments involving burner-stabilized, reduced-pressure (20-80 mbar) laminar premixed flames. A small hydrocarbon fuel was used for the selected flame to demonstrate the general experimental approach. It is shown how species&#8217; profiles are acquired as a function of distance from the burner surface and how the tunability of the VUV photon energy is used advantageously to identify many combustion intermediates based on their ionization energies. For example, this technique has been used to study gas-phase aspects of the soot-formation processes, and the video shows how the resonance-stabilized radicals, such as C3H3, C3H5, and i-C4H5, are identified as important intermediates7. The work has been focused on soot formation processes, and, from the chemical point of view, this process is very intriguing because chemical structures containing millions of carbon atoms are assembled from a fuel molecule possessing only a few carbon atoms in just milliseconds. The second part of the video highlights a new experiment, in which an opposed-flow diffusion flame and synchrotron-based aerosol mass spectrometry are used to study the chemical composition of the combustion-generated soot particles4. The experimental results indicate that the widely accepted H-abstraction-C2H2-addition (HACA) mechanism is not the sole molecular growth process responsible for the formation of the observed large polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs).

Gas sampling from laboratory-scale flames with online analysis of all species by mass spectrometry is a powerful method to investigate the complex mixture of chemical compounds occurring during combustion processes. Coupled with tunable soft ionization via synchrotron-generated vacuum-ultraviolet radiation, this technique provides isomer-resolved information and potentially fragment-free mass spectra.

Esperimenti di fiamma alla Advanced Light Source: nuove informazioni sui processi fuliggine Formazione

The following experimental protocols and the accompanying video are concerned with the flame experiments that are performed at the Chemical Dynamics ...

Energy Dispersive X-ray Tomography for 3D Elemental Mapping of Individual Nanoparticles

Energy dispersive X-ray spectroscopy within the scanning transmission electron microscope (STEM) provides accurate elemental analysis with high spatial resolution, and is even capable of providing atomically resolved elemental maps. In this technique, a highly focused electron beam is incident upon a thin sample and the energy of emitted X-rays is measured in order to determine the atomic species of material within the beam path. This elementally sensitive spectroscopy technique can be extended to three dimensional tomographic imaging by acquiring multiple spectrum images with the sample tilted along an axis perpendicular to the electron beam direction.
Elemental distributions within single nanoparticles are often important for determining their optical, catalytic and magnetic properties. Techniques such as X-ray tomography and slice and view energy dispersive X-ray mapping in the scanning electron microscope provide elementally sensitive three dimensional imaging but are typically limited to spatial resolutions of &gt; 20 nm. Atom probe tomography provides near atomic resolution but preparing nanoparticle samples for atom probe analysis is often challenging. Thus, elementally sensitive techniques applied within the scanning transmission electron microscope are uniquely placed to study elemental distributions within nanoparticles of dimensions 10-100 nm.
Here, energy dispersive X-ray (EDX) spectroscopy within the STEM is applied to investigate the distribution of elements in single AgAu nanoparticles. The surface segregation of both Ag and Au, at different nanoparticle compositions, has been observed.

The use of energy dispersive X-ray tomography in the scanning transmission electron microscope to characterize elemental distributions within single nanoparticles in three dimensions is described.

Tomografia a dispersione di energia dei raggi X per il 3D Elemental mappatura delle nanoparticelle individuali

Energy dispersive X-ray spectroscopy within the scanning transmission electron microscope (STEM) provides accurate elemental analysis with high spatial ...

Detection and Recovery of Palladium, Gold and Cobalt Metals from the Urban Mine Using Novel Sensors/Adsorbents Designated with Nanoscale Wagon-wheel-shaped Pores

Developing low-cost, efficient processes for recovering and recycling palladium, gold and cobalt metals from urban mine remains a significant challenge in industrialized countries. Here, the development of optical mesosensors/adsorbents (MSAs) for efficient recognition and selective recovery of Pd(II), Au(III), and Co(II) from urban mine was achieved. A simple, general method for preparing MSAs based on using high-order mesoporous monolithic scaffolds was described. Hierarchical cubic Ia3d wagon-wheel-shaped MSAs were fabricated by anchoring chelating agents (colorants) into three-dimensional pores and micrometric particle surfaces of the mesoporous monolithic scaffolds. Findings show, for the first time, evidence of controlled optical recognition of Pd(II), Au(III), and Co(II) ions and a highly selective system for recovery of Pd(II) ions (up to ~95%) in ores and industrial wastes. Furthermore, the controlled assessment processes described herein involve evaluation of intrinsic properties (e.g., visual signal change, long-term stability, adsorption efficiency, extraordinary sensitivity, selectivity, and reusability); thus, expensive, sophisticated instruments are not required. Results show evidence that MSAs will attract worldwide attention as a promising technological means of recovering and recycling palladium, gold and cobalt metals.

Because of the importance and extensive use of palladium, gold and cobalt metals in high-technology equipment, their recovery and recycling constitute an important industrial challenge. The metal recovery system described herein is a simple, low-cost means for the effective detection, removal, and recovery of these metals from the urban mine.

Rilevamento e recupero di palladio, oro e metalli di cobalto dalla miniera urbana Utilizzando novelli Sensori / Adsorbenti designate con nanoscala Wagon a forma di ruote pori

Developing low-cost, efficient processes for recovering and recycling palladium, gold and cobalt metals from urban mine remains a significant challenge in ...

Fabrication Process of Silicone-based Dielectric Elastomer Actuators

This contribution demonstrates the fabrication process of dielectric elastomer transducers (DETs). DETs are stretchable capacitors consisting of an elastomeric dielectric membrane sandwiched between two compliant electrodes. The large actuation strains of these transducers when used as actuators (over 300% area strain) and their soft and compliant nature has been exploited for a wide range of applications, including electrically tunable optics, haptic feedback devices, wave-energy harvesting, deformable cell-culture devices, compliant grippers, and propulsion of a bio-inspired fish-like airship. In most cases, DETs are made with a commercial proprietary acrylic elastomer and with hand-applied electrodes of carbon powder or carbon grease. This combination leads to non-reproducible and slow actuators exhibiting viscoelastic creep and a short lifetime. We present here a complete process flow for the reproducible fabrication of DETs based on thin elastomeric silicone films, including casting of thin silicone membranes, membrane release and prestretching, patterning of robust compliant electrodes, assembly and testing. The membranes are cast on flexible polyethylene terephthalate (PET) substrates coated with a water-soluble sacrificial layer for ease of release. The electrodes consist of carbon black particles dispersed into a silicone matrix and patterned using a stamping technique, which leads to precisely-defined compliant electrodes that present a high adhesion to the dielectric membrane on which they are applied.

This manuscript shows the fabrication process for the manufacture of dielectric elastomer soft actuators based on silicone membranes. The three key stages of production are presented in detail: blade casting of thin silicone membranes; pad printing of compliant electrodes; and the assembly of all the components.

Fabbricazione Processo di base di silicone elastomero dielettrici Attuatori

This contribution demonstrates the fabrication process of dielectric elastomer transducers (DETs). DETs are stretchable capacitors consisting of an ...

Using Synchrotron Radiation Microtomography to Investigate Multi-scale Three-dimensional Microelectronic Packages

Synchrotron radiation micro-tomography (SR&#181;T) is a non-destructive three-dimensional (3D) imaging technique that offers high flux for fast data acquisition times with high spatial resolution. In the electronics industry there is serious interest in performing failure analysis on 3D microelectronic packages, many which contain multiple levels of high-density interconnections. Often in tomography there is a trade-off between image resolution and the volume of a sample that can be imaged. This inverse relationship limits the usefulness of conventional computed tomography (CT) systems since a microelectronic package is often large in cross sectional area 100-3,600 mm2, but has important features on the micron scale. The micro-tomography beamline at the Advanced Light Source (ALS), in Berkeley, CA USA, has a setup which is adaptable and can be tailored to a sample&#39;s properties, i.e., density, thickness, etc., with a maximum allowable cross-section of 36 x 36 mm. This setup also has the option of being either monochromatic in the energy range ~7-43 keV or operating with maximum flux in white light mode using a polychromatic beam. Presented here are details of the experimental steps taken to image an entire 16 x 16 mm system within a package, in order to obtain 3D images of the system with a spatial resolution of 8.7 &#181;m all within a scan time of less than 3 min. Also shown are results from packages scanned in different orientations and a sectioned package for higher resolution imaging. In contrast a conventional CT system would take hours to record data with potentially poorer resolution. Indeed, the ratio of field-of-view to throughput time is much higher when using the synchrotron radiation tomography setup. The description below of the experimental setup can be implemented and adapted for use with many other multi-materials.

For this study synchrotron radiation micro-tomography, a non-destructive three-dimensional imaging technique, is employed to investigate an entire microelectronic package with a cross-sectional area of 16 x 16 mm. Due to the synchrotron&#39;s high flux and brightness the sample was imaged in just 3 min&#160;with an 8.7 &#181;m spatial resolution.

L&#39;utilizzo delle radiazioni al sincrotrone microtomografia a indagare multi-scala Pacchetti microelettronici tridimensionali

Synchrotron radiation micro-tomography (SR&#181;T) is a non-destructive three-dimensional (3D) imaging technique that offers high flux for fast data ...

A System to Create Stable Nanoparticle Aerosols from Nanopowders

Nanoparticle aerosols released from nanopowders in workplaces are associated with human exposure and health risks. We developed a novel system, requiring minimal amounts of test materials (min. 200 mg), for studying powder aerosolization behavior and aerosol properties. The aerosolization procedure follows the concept of the fluidized-bed process, but occurs in the modified volume of a V-shaped aerosol generator. The airborne particle number concentration is adjustable by controlling the air flow rate. The system supplied stable aerosol generation rates and particle size distributions over long periods (0.5-2 hr and possibly longer), which are important, for example, to study aerosol behavior, but also for toxicological studies. Strict adherence to the operating procedures during the aerosolization experiments ensures the generation of reproducible test results. The critical steps in the standard protocol are the preparation of the material and setup, and the aerosolization operations themselves. The system can be used for experiments requiring stable aerosol concentrations and may also be an alternative method for testing dustiness. The controlled aerosolization made possible with this setup occurs using energy inputs (may be characterized by aerosolization air velocity) that are within the ranges commonly found in occupational environments where nanomaterial powders are handled. This setup and its operating protocol are thus helpful for human exposure and risk assessment.

We designed and developed an effective nanopowder aerosolization setup and operating protocol. The system generated nanoparticle aerosols with stable number concentrations and size distributions for long durations, requiring only small quantities of test material (min. 200 mg).

Un sistema per creare aerosol nanoparticelle stabili da Nanopolveri

Nanoparticle aerosols released from nanopowders in workplaces are associated with human exposure and health risks. We developed a novel system, requiring ...

Measurement of Quantum Interference in a Silicon Ring Resonator Photon Source

Silicon photonic chips have the potential to realize complex integrated quantum information processing circuits, including photon sources, qubit manipulation, and integrated single-photon detectors. Here, we present the key aspects of preparing and testing a silicon photonic quantum chip with an integrated photon source and two-photon interferometer. The most important aspect of an integrated quantum circuit is minimizing loss so that all of the generated photons are detected with the highest possible fidelity. Here, we describe how to perform low-loss edge coupling by using an ultra-high numerical aperture fiber to closely match the mode of the silicon waveguides. By using an optimized fusion splicing recipe, the UHNA fiber is seamlessly interfaced with a standard single-mode fiber. This low-loss coupling allows the measurement of high-fidelity photon production in an integrated silicon ring resonator and the subsequent two-photon interference of the produced photons in a closely integrated Mach-Zehnder interferometer. This paper describes the essential procedures for the preparation and characterization of high-performance and scalable silicon quantum photonic circuits.

Silicon photonic chips have the potential to realize complex integrated quantum systems. Presented here is a method for preparing and testing a silicon photonic chip for quantum measurements.

Misura di interferenza quantistica in una fonte di silicio Anello Resonator Photon

Silicon photonic chips have the potential to realize complex integrated quantum information processing circuits, including photon sources, qubit ...

Plasmonic Trapping and Release of Nanoparticles in a Monitoring Environment

Plasmonic tweezers use surface plasmon polaritons to confine polarizable nanoscale objects. Among the various designs of plasmonic tweezers, only a few can observe immobilized particles. Moreover, a limited number of studies have experimentally measured the exertable forces on the particles. The designs can be classified as the protruding nanodisk type or the suppressed nanohole type. For the latter, microscopic observation is extremely challenging. In this paper, a new plasmonic tweezer system is introduced to monitor particles, both in directions parallel and orthogonal to the symmetric axis of a plasmonic nanohole structure. This feature enables us to observe the movement of each particle near the rim of the nanohole. Furthermore, we can quantitatively estimate the maximal trapping forces using a new fluidic channel.

A microchip fabrication process that incorporates plasmonic tweezers is presented here. The microchip enables the imaging of a trapped particle to measure maximal trapping forces.

Plasmonico cattura e rilascio di nanoparticelle in un ambiente di monitoraggio

Plasmonic tweezers use surface plasmon polaritons to confine polarizable nanoscale objects. Among the various designs of plasmonic tweezers, only a few ...

Method for Recording Broadband High Resolution Emission Spectra of Laboratory Lightning Arcs

Lightning is one of the most common and destructive forces in nature and has long been studied using spectroscopic techniques, first with traditional camera film methods and then digital camera technology, from which several important characteristics have been derived. However, such work has always been limited due to the inherently random and non-repeatable nature of natural lightning events in the field. Recent developments in lightning test facilities now allow the reproducible generation of lightning arcs within controlled laboratory environments, providing a test bed for the development of new sensors and diagnostic techniques to understand lightning mechanisms better. One such technique is a spectroscopic system using digital camera technology capable of identifying the chemical elements with which the lightning arc interacts, with these data then being used to derive further characteristics. In this paper, the spectroscopic system is used to obtain the emission spectrum from a 100 kA peak, 100 &#181;s duration lightning arc generated across a pair of hemispherical tungsten electrodes separated by a small air gap. To maintain a spectral resolution of less than 1 nm, several individual spectra were recorded across discrete wavelength ranges, averaged, stitched, and corrected to produce a final composite spectrum in the 450 nm (blue light) to 890 nm (near infrared light) range. Characteristic peaks within the data were then compared to an established publicly available database to identify the chemical element interactions. This method is readily applicable to a variety of other light emitting events, such as fast electrical discharges, partial discharges, and sparking in electrical equipment, apparatus, and systems.

Emission spectroscopy techniques have traditionally been used to analyze inherently random lightning arcs occurring in nature. In this paper, a method developed to obtain the emission spectroscopy from reproducible lightning arcs generated within a laboratory environment is described.

Metodo per la registrazione dei spettri ad alta risoluzione a banda larga degli arci fulmini di laboratorio

Lightning is one of the most common and destructive forces in nature and has long been studied using spectroscopic techniques, first with traditional ...