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.

PET 설정 1. 준비 <ol><li> PMT의 플라스틱 신틸 레이터 조각과 결합을 준비합니다. PMT (크기, 광 음극의 형상)의 종류에 따라 PMT의 광 음극에 맞게 적절한 신틸 편을 구축. <ol><li> 검은 테이프와 신틸 레이터 조각을 감싸. 이 PMT 채광 결합되는 바와 같이 일측이 밝혀 떠난다. 참고 :이 부분은 ​​이전에 빛 누적 손실을 방지하기 위해 연마하는 것이 중요하다. </li></ol></li><li> 다음에 광 그리스와 신틸 레이터의 노출 된 얼굴을 적용 알코올 (70 %의 상업 알코올 농도)와 PMT 채광을 청소합니다. 신틸 레이터와 PMT의 얼굴을 결합하고 더 검은 테이프를 포장. <ol><li> (이 경우에는 14 V의 바이어스 바이어스 케이블마다 PMT에 포함되고, 제어 전압 0.5 V) 소스 전압 PMT를 연결한다. 연결하여 PMT에서 오는 신호를 식별표준 디지털 오실로스코프 채널 PMT 신호 케이블 (신호 케이블은 모든 PMT에 포함된다). / 실험실에서 빛 오프를 켤 때 빛 손실이 없는지 확인하기 위해, 신호의 진폭 변화를 관찰한다. 검출기는 신틸 레이터 플러스 PMT을 의미 곳에 네 개의 감지기, 각각에 대해이 단계를 반복합니다. </li></ol></li><li> 다른 검출기의 해당 부분 위에 하나의 검출기의 신틸 레이터 부분을 배치하여 우연의 일치 시스템을 구축 할 수 있습니다. 순이자 마진 상자에서 판별 및 로직 단위 모듈라는 두 순이자 마진 (핵 악기 모듈) 악기를 넣습니다. </li><li> 판별 모듈의 입력에 검출기의 출력 신호를 연결합니다. 논리 유닛 전면 패널이 논리 케이스를 선택하여, AND 모드 로직 유닛을 사용한다. 논리 단위의 입력에 두 개의 판별 출력을 연결합니다. 주 : 두 개의 정사각형 신호를 동시에 또는 우연에 도착할 때 선택 논리 연산이다. </li><li> 공동(두 검출기 우연에 타격 우주선에 의해 생성) 이벤트를 카운트하는 (디지털 신호를 카운트) 스케일러 모듈 로직 유닛 출력 신호를 nnect. </li></ol> 2. 애완 동물 신호 획득 <ol><li> 앞서 정의 된 사각형 영역의 대향하는 모서리에 모두 검출기를 배치하므로 대신 우주 광선을 사용하는, 서로 대향하고, 20cm 떨어져 있으며, 1.4, 1.5, 이번에 같은 운동을 (우주선이 역임 잠정 천연 방사성 소스), 나트륨-22 방사선 소스를 사용한다. <ol><li> 두 검출기의 중간 거리에서 방사성 소스를 놓고 스케일러 모듈을 통해 데이터 수집을합니다. 시스템 설정 및 일치를 얻기 위해 사용되는 논리 블록의 개략적 인 구성은도 1, 2 및 3에서 볼 수있다. </li></ol></li><li> 두 차별 PMT의 출력과 연결하여 신호의 도착 시간 차이를 측정오실로스코프에서 일치 출력. 3 개의 신호 각각 오실로스코프 입력으로 진행한다; 오실로스코프 화면에 세 개의 사각형 신호가있을 것입니다. 가로 크기 (시간 단위)로 차별 두 신호의 시간차를 측정한다. 주 : 사각형 사이 방사선원은 두 감지기 사이의 중간에 직접 경우가있을 것이다 거의 또는 전혀 분리 또는 시간 차이는 평균 신호를 구별하지 않으며, 방사성 소스 중심 벗어난 후 PMT 중 하나에 근접 할 때 평균 시간 차이가있을 것입니다. </li><li> CAMAC (컴퓨터 자동 측정 및 제어) 모듈 TDC (디지털 변환기 시간)의 8 채널 중 하나에 이러한 타이밍 신호를 보냅니다. 이렇게하려면 다음 감지기가 &quot;STOP&quot;이라고 TDC 입력에 출력을 구별 연결 &quot;시작&quot;전화 논리와 TDC 입력에 대한 출력을 연결합니다. 신호는 지연 MODU를 통해 지연 될 수 있습니다제작이 신호가 다른 두 STOP 신호 전에 도착하기 위해서는 몇 나노초하여 (도 4 참조). </li><li> 소프트웨어 프로그램을 통해 오실로스코프에 의해 보여 TDC 계산 단위 대 시간 (제 3 단계 참조) 교정. 각 위치의 평균 시간차 (단계 2.3), 방사성 소스 및 검출기 중 하나 사이의 거리를 분리하여 측정하여 보정을한다. 이 교정을 할 수있는 표준 버스 GPIB (범용 계측 버스)를 통해 다른 모듈과 컴퓨터 사이에 소프트웨어 통신을 설정합니다. </li></ol> 3. 가상 악기 인터페이스 구축 <ol><li> 다운로드하여 LabVIEW 소프트웨어 또는 유사한 소프트웨어를 사용합니다. 참고 : LabVIEW를 사용하려면, 그것은 &quot;G 프로그래밍 언어&quot;약간의 지식이 필요하다. 이 언어에는, 코드를 기입하는이 ​​없으며, 수행되는 모든 작업은 소프트웨어 도구 창백한에서 수행 할 수있다TTE. 실용적인 예제와 쉬운 가이드 도움말 도구에서 찾을 수 있습니다. </li><li> TDC의 출력 데이터를 저장하기 위해 전면 패널 도구 팔레트에서 배열 유틸리티 (프로그래밍 변수 컨테이너)를 선택합니다. 참고 : &quot;전면 패널은&quot;사용자와 &quot;블록 다이어그램&quot;에 가상 악기의 그래픽 인터페이스는 소프트웨어 프로그래밍을 위해 사용됩니다. </li><li> 플롯 메뉴 논리 악기를 선택하여 데이터 수집 (TDC로부터 시각 데이터)를 그린다. 소스의 모든 위치와 관련된 그래프 데이터를 식별합니다. 일부 센티미터 탐지기 라인에서 소스 거리를 변경하여이 작업을 수행합니다. </li><li> 수학적 툴 메뉴에서 통계 함수 (평균)를 사용하여 데이터의 평균을, 평균 값에 중심 간격을 선택한다. 그런 다음, 논리는 다음 프로그램에 따라,이 간격 외부 값으로 모든 데이터를 제거하기 위해 배열 메뉴에서 필요한 도구를 사용합니다. </li><li> 일에서 선택 지표전자 블록도 도구 팔레트는 각 어레이에 저장된 데이터의 수를 표시하고 저장된 데이터의 최대 수와 몇 컨테이너를 식별한다. </li><li> 단계 3.5에서 선택된 각 배열 데이터의 평균을 얻고,이 LabVIEW 블록 다이어그램 도구 팔레트하여 각 소스 위치에 대한 시간 간격 값들의 세트를 확립하기 위해이 정보를 사용한다. </li><li> 측정 시퀀스 단계 3.6에서 얻어진 평균값을 저장하는 전면 패널 도구 팔레트에서 표시기 어레이를 선택한다. </li><li> 단계 3.7에서 각각의 간격으로 각각의 위치를​​ 관련 블록 다이어그램 도구 팔레트에서 케이스 구조를 선택하고 전면 패널 도구 팔레트에서 배열에 LED 하나의 가상 각 간격을 연결합니다. </li><li> 각 신호는 TDC 채널에 도착하는 데 걸리는 시간을주의 : 방사성 소스가 하나의 검출기에 가까운 중간에서 이동할 때, LED의 프로그래밍 어레이 (도 5에 가상 원의 움직임을 관찰 </stroNG&gt;) 컴퓨터에서 오른쪽으로 이동. </li><li> 총 시간 획득을위한 전면 패널 도구 팔레트로부터의 제어 (가변 프로그래밍 소자)를 포함한다. 참고 : 위치의 효율성이 제어 시간 도구에 따라 달라집니다 : 인수 걸리는 시간은, 방사성 소스를 시뮬레이션 더 정확하게 가상 객체가 정확한 위치를 제공합니다. </li></ol> 4. 그래픽 결과 <ol><li> 캘리브레이션을 위해, 검출기에 결합 쌍 중 하나에 대한 중간 위치에서 상대 소스를 배치했다. 30 분 동안 측정을 수행하고, 데이터를 취득하여, 매 2 분 누적 값의 ​​평균값을 취. 다른 소스의 위치에 대해이 과정을 반복하고 모든 위치에서 각 검출기의 평균 값을 플롯합니다 (그림 6, 7). 검출기 값의 차이는도 8에 플롯된다. </li><li> 더 나은 resu를 얻으려면LTS, 유사한 데이터 값을 갖는 2 개의 검출기가 선택 커플을 형성한다. 이를 테스트하기 위해, 스케일러 입력 검출기 출력을 연결하여 일정 시간 스케일러 모듈 검출 이벤트의 수를 측정하는이 경우 0.5 V. 시작으로, 그 낮은 값 PMT 제어 전압을 넣어. 0.01 V로 전압을 높이고 다시 측정한다. 이 경우 0.9 V.에서, 제어 가능한 최대 값에 도달하기 위해이 과정을 반복 <ol><li> 반 로그 스케일에서 제어 전압 대 검출 된 이벤트의 수를 플롯 (도 9 참조). 커플 유사한 분포를 갖는 검출기의 쌍. </li></ol></li><li> 시스템의 감도를 테스트하려면, 다섯이있다이 경우 라인을 따라 몇 가지 동일한 간격의 중간 위치에있는 방사성 소스를 넣습니다. 각 위치에서 5 분 동안 데이터를 획득하고 (도 10 및도 11 참조)에 대해 각각 독립적 검출기 얻어진 값의 평균값과 중앙값을 플롯. </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.

이 시스템의 한 가지 중요한 측면은 공간 및 시간 해상도를 통해 매우 좋은 제어를하는 것이다. PET의 공간 해상도는 시험 5시 방사성 붕괴와 소멸의 물리적 특성에 의해뿐만 아니라 우연의 일치 등록의 기술적 측면 (1.1 및 1.2 단계)에서와 같은 객체의 움직임과 같은 오류의 외부 소스에 의해 제한된다. 따라서, 측정 된 정확한 위치 TOF 차 (단계 2.4)에 의존 할 것이다. 하나의 기술은 양호한 ?...

양전자 방출 단층 촬영 장치는 본체의 내부 조직과 장기의 디지털 이미지를 얻기 위해 사용되는 비 침습적 영상 법이다. 다양한 비 침습적 방법은 그 하나는 축 컴퓨터 단층 촬영 (TAC) 및 자기 공명 영상 (MRI) 등의 환자의 내부 작동에 대한 이미지 정보를 획득 할 수 있도록 존재한다. 모두 좋은 공간 해상도를 제공하고 추가로 해부학 및 생리 학적 연구에 응용 프로그램에 사용됩니다. 비교적 PET 적은 공간 해상도를 제공하지만, 관심의 영역에서 발생하는 대사에 관한 더 많은 정보를 제공합니다. PET 널리 기능과 형태 학적 정보를 얻기 위해 사용된다 주요 임상 응용 프로그램은 종양학, 신경 및 심장의 분야에 있습니다. 또한, 애완 동물의 이미지는, 의사가 예를 들어, 더 나은 진단을 제공하는 데 도움 종양 치료 계획을 설정할 수 있습니다. PET 시스템의 기본 작동 원리는 두 포의 검출이며양전자 전자 소멸 쌍에서 오는 톤 또는 감마선은 모두 일반적으로의 PMT와 결합 신틸 레이터 결정으로 구성 감지기, 대한 반대 방향으로 비행. 신틸 레이터 결정 광전 프로세스를 통해 전기 펄스를 광 신호로 변환 PMT로 이동 가시광으로 감마 방사선을 변환. 판독 시스템에 전송하기 전에 전하의 크기를 증가라는 dynodes가 존재 PMT 전자 장치 내부. 신체의 혈관 내로 주입 된 유체의 동위 원소, 양전자 방출하여 (양으로 하전 전자)는, 본체에 전자와 전멸 때 두 검출 된 광자가 생성되었다. 우연에 판독 시스템 조치 개의 백투백 광자의 도착 시간 인 시간 기준에 대하여 그것이 차이를 획득하기 위해 두 번, 또한 기판들. 시스템은 공간 위치를 계산하는 WH이 시간차를 사용감수 방사원 두 광자를 방출하고, 따라서 전자 양전자 소멸이 발생한다. PET 시스템의 일부 기능은 이미지의 품질을 최적화하기 위해 공간적 및 시간 해상도를 증가하도록 정의되어야한다. 고려해야 할 하나의 특징은 두 개의 광자가 소멸 공정 후에 이동 거리로 정의 응답의 라인 (LOR)이다. 고려해야 할 또 다른 특징은 비행 (TOF)의 시간이다. 화상의 품질은 또한 외부 기능, 주로 신체 기관 및 치료 세션 동안 한 환자의 움직임에 의존한다. PET 시스템에서 사용되는 동위 원소는 베타 + 에미 불린다. 이 동위 원소 (초 정도) 짧은 반감기를 가지고있다. 안정적인 요소가 핵 반응을 일으키는 양성자 또는 deuterons 포격 때 그들은 입자 가속기 (사이클로트론)에서 생산됩니다. 이러한 반응은 C-11, N-13, O-15, F-18 다른 사람의 사이에서 불안정한 동위 원소로 안정적인 요소를 변환2. PET의 두 가지 유형이 있습니다. (1) 종래 :이 소멸이 발생한 따라 라인을 식별하는 데에만 TOF 정보를 사용하지만 개의 광자의 원점 위치를 결정할 수 없다. 그것은이를 추정하기 위해 추가 분석 또는 반복 재구성 알고리즘을 필요로한다. (2) TOF 애완 동물 : 방출되는 양전자의 소멸 위치를 찾을 수 TOF 차이를 이용한다. 시간 해상도를 파악 확률 함수 3 커널로 재구성 알고리즘에서 사용된다. 우리의 주요 목적은 공간에서 방사선 소스를 찾는 데 사용되는 PET의 주요 기능을 설명하는 것이다. 여기에 제안 된 애완 동물 시스템 설정의 주요 범위는 학술 대중을위한 기본 PET 건설 가이드를 제공하고, 간단한 방법, 주요 속성에서 설명하는 것입니다.

<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

간단한 양전자 방출 단층 촬영 (PET) 프로토 타입은 완전히 기본적인 작동 원리를 특성화하기 위해 구성되었습니다. 애완 동물 프로토 타입이 애완 동물의 기하학적 중심에 배치되어있는 방사성 소스로부터 방출되는 두 개의 감마선을 검출하기 위해 반대 위치에 배치됩니다 광전자 증 배관 또는 PMT의에 플라스틱 신틸 레이터 결정을 결합하여 만든 셋업을. 프로토 타입은 네 20cm 직경의 원에 기하학적으로 배치 감지기, 중앙에 방사성 소스로 구성되어 있습니다. 중심으로부터 방사선 소스 cm 이동시킴으로써 시스템 중 하나는이 정보를 사용하여 시스템은 그래픽 인터페이스의 가상 위치를 계산할 수 있으며, 임의의 두 개의 PMT 년대 사이 비행 차의 시간을 측정함으로써 변위를 검출 할 수 있고. 이러한 방식으로, 프로토 타입 PET 시스템의 주요 원리를 재생한다. 그것은 드의 2 라인에 4cm 간격으로 소스의 실제 위치를 결정하도록 할 수있다tection 미만에서 2 분을 복용.

두 가지 주요 결과는이 PET 시스템으로 달성된다. 첫째, 가상 방사성 소스의 시각 효과 사이의 효율적인 동기화는 실제 방사성 샘플을 이동할 때. 이 프로그램을 통해 사용자가 획득 시간의 제어, 같은 위치에 반복 수, 데이터는 그 중에서도, 평균 획득 주위 간격의 변동이있다. 둘째 일치 로직 간단한 구조의 구성이 소스의 최종 위치를 계산하기 위해이 거리를 시간차를 변...

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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.

기본 양전자 방출 단층 촬영 시스템은 양방향 차원 공간에서 방사성 소스의 위치를​​ 구축

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

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Research

JoVE Journal

Engineering

8.5K 조회수.  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.

비디오: 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.

중성자 스핀 에코 사용 하 여 방목 발생률 을 해결 하는 유기 태양 전지 물질을 조사 하기 위해

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

연구

공학

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.

고급 광원 불꽃 실험 : 그을음 형성 프로세스에 새로운 통찰력

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.

개별 나노 입자의 3D 원소 매핑에 대한 에너지 분산 X 선 단층 촬영

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.

감지 및 팔라듐의 복구, 도시 광산에서 금과 코발트 금속은 나노 수레 바퀴 모양의 기공 지정 소설 센서 / 흡착제를 사용하여

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.

실리콘 엘라스토머 계 유전 액츄에이터 제조 공정

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.

멀티 스케일 3 차원 마이크로 전자 패키지를 조사하는 방사광 Microtomography 사용

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).

시스템은 나노 분말에서 안정적인 나노 입자 에어로졸을 만드는 방법

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.

실리콘 링 공진기 광자 소스에서 양자 간섭 측정

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.

모니터링 환경에서 플라즈몬 트랩 및 나노 입자의 릴리스

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.

실험실 번개 아크의 광대역 고분해능 방출 스펙트럼을 기록하는 방법

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

기본 양전자 방출 단층 촬영 시스템은 양방향 차원 공간에서 방사성 소스의 위치를​​ 구축

기본 양전자 방출 단층 촬영 시스템은 양방향 차원 공간에서 방사성 소스의 위치를 구축