Dynamic range extension of SiPM detectors with the time-gated operation

The silicon photomultiplier (SiPM) is a novel detector technology that has undergone a fast development in the last few years, owing to its single-photon resolution and ultra-fast response time. However, the typical high dark count rates of the sensor may prevent the detection of low intensity radiation fluxes. In this article, the time-gated operation with short active periods in the nanosecond range is proposed as a solution to reduce the number of cells fired due to noise and thus increase the dynamic range. The technique is aimed at application fields that function under a trigger command, such as gated fluorescence lifetime imaging microscopy.

Simulations of 3D Stripixel Detectors

Large Hadron Collider (LHC) is the main particle accelerator at CERN. LHC is created with main goal to search elementary particles and help science investigate our universe. Radiation in LHC is caused by charged particles circular acceleration, therefore detectors tracing particles in existed severe conditions during the experiments must be radiation tolerant. Moreover, further upgrade of luminosity (up to 1035 cm-2s-1) requires development of particle detector’s structure. This work is dedicated to show the new type 3D stripixel detector with serious structural improvement. The new type of radiation-hard detector has a three-dimensional (3D) array of the p+ and n+ electrodes that penetrate into the detector bulk. The electrons and holes are then collected at oppositely biased electrodes. Proposed 3D stripixel detector demonstrates that full depletion voltage is lower that that for planar detectors. Low depletion voltage is one of the main advantages because only depleted part of the device is active are. Because of small spacing between electrodes, charge collection distances are smaller which results in high speed of the detector’s response. In this work is also briefly discussed dual-column type detectors, meaning consisting both n+ and p+ type columnar electrodes in its structure, and was declared that dual-column detectors show better electric filed distribution then single sided radiation detectors. The dead space or in other words low electric field region in significantly suppressed. Simulations were carried out by using Atlas device simulation software. As a simulation results in this work are represented the electric field distribution under different bias voltages.

Transient outward potassium current and Ca2+ homeostasis in the heart: beyond the action potential

Normal central nervous system development relies on accurate intrinsic cellular programs as well as on extrinsic informative cues provided by extracellular molecules. Migration of neuronal progenitors from defined proliferative zones to their final location is a key event during embryonic and postnatal development. Extracellular matrix components play important roles in these processes, and interactions between neurons and extracellular matrix are fundamental for the normal development of the central nervous system. Guidance cues are provided by extracellular factors that orient neuronal migration. During cerebellar development, the extracellular matrix molecules laminin and fibronectin give support to neuronal precursor migration, while other molecules such as reelin, tenascin, and netrin orient their migration. Reelin and tenascin are extracellular matrix components that attract or repel neuronal precursors and axons during development through interaction with membrane receptors, and netrin associates with laminin and heparan sulfate proteoglycans, and binds to the extracellular matrix receptor integrins present on the neuronal surface. Altogether, the dynamic changes in the composition and distribution of extracellular matrix components provide external cues that direct neurons leaving their birthplaces to reach their correct final location. Understanding the molecular mechanisms that orient neurons to reach precisely their final location during development is fundamental to understand how neuronal misplacement leads to neurological diseases and eventually to find ways to treat them.

Effect of trimetazidine treatment on the transient outward potassium current of the left ventricular myocytes of rats with streptozotocin-induced type 1 diabetes mellitus

Cardiovascular complications are a leading cause of mortality in patients with diabetes mellitus (DM). The present study was designed to investigate the effects of trimetazidine (TMZ), an anti-angina drug, on transient outward potassium current (Ito) remodeling in ventricular myocytes and the plasma contents of free fatty acid (FFA) and glucose in DM. Sprague-Dawley rats, 8 weeks old and weighing 200-250 g, were randomly divided into three groups of 20 animals each. The control group was injected with vehicle (1 mM citrate buffer), the DM group was injected with 65 mg/kg streptozotocin (STZ) for induction of type 1 DM, and the DM + TMZ group was injected with the same dose of STZ followed by a 4-week treatment with TMZ (60 mg·kg-1·day-1). All animals were then euthanized and their hearts excised and subjected to electrophysiological measurements or gene expression analyses. TMZ exposure significantly reversed the increased plasma FFA level in diabetic rats, but failed to change the plasma glucose level. The amplitude of Ito was significantly decreased in left ventricular myocytes from diabetic rats relative to control animals (6.25 ± 1.45 vs 20.72 ± 2.93 pA/pF at +40 mV). The DM-associated Ito reduction was attenuated by TMZ. Moreover, TMZ treatment reversed the increased expression of the channel-forming alpha subunit Kv1.4 and the decreased expression of Kv4.2 and Kv4.3 in diabetic rat hearts. These data demonstrate that TMZ can normalize, or partially normalize, the increased plasma FFA content, the reduced Ito of ventricular myocytes, and the altered expression Kv1.4, Kv4.2, and Kv4.3 in type 1 DM.

Étude de la réponse du détecteur ATLAS-MPX aux neutrons rapides

Les détecteurs ATLAS-MPX sont des détecteurs Medipix2-USB recouverts de convertisseurs de fluorure de lithium et de polyéthylène pour augmenter l’efficacité de détection des neutrons lents et des neutrons rapides respectivement. Un réseau de quinze détecteurs ATLAS-MPX a été mis en opération dans le détecteur ATLAS au LHC du CERN. Deux détecteurs ATLAS-MPX de référence ont été exposés à des sources de neutrons rapides 252 Cf et 241 AmBe ainsi qu’aux neutrons rapides produits par la réaction 7Li(p, xn) pour l’étude de la réponse du détecteur à ces neutrons. Les neutrons rapides sont principalement détectés à partir des protons de recul des collisions élastiques entre les neutrons et l’hydrogène dans le polyéthylène. Des réactions nucléaires entre les neutrons et le silicium produisent des particules-α. Une étude de l’efficacité de reconnaissance des traces des protons et des particules-α dans le détecteur Medipix2-USB a été faite en fonction de l’énergie cinétique incidente et de l’angle d’incidence. L’efficacité de détection des neutrons rapides a été évaluée à deux seuils d’énergie (8 keV et 230 keV) dans les détecteurs ATLAS-MPX. L’efficacité de détection des neutrons rapides dans la région du détecteur couverte avec le polyéthylène augmente en fonction de l’énergie des neutrons : (0.0346 ± 0.0004) %, (0.0862 ± 0.0018) % et (0.1044 ± 0.0026) % pour des neutrons rapides de 2.13 MeV, 4.08 MeV et 27 MeV respectivement. L’étude pour déterminer l’énergie des neutrons permet donc d’estimer le flux des neutrons quand le détecteur ATLAS-MPX est dans un champ de radiation inconnu comme c’est le cas dans le détecteur ATLAS au LHC.

Effets de rayonnement sur les détecteurs au silicium à pixels du détecteur ATLAS

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Mesure des champs de radiation dans le détecteur ATLAS et sa caverne avec les détecteurs au silicium à pixels ATLAS-MPX

Les collisions proton-proton produites par le LHC imposent un environnement radiatif hostile au détecteur ATLAS. Afin de quantifier les effets de cet environnement sur la performance du détecteur et la sécurité du personnel, plusieurs simulations Monte Carlo ont été réalisées. Toutefois, la mesure directe est indispensable pour suivre les taux de radiation dans ATLAS et aussi pour vérifier les prédictions des simulations. À cette fin, seize détecteurs ATLAS-MPX ont été installés à différents endroits dans les zones expérimentale et technique d'ATLAS. Ils sont composés d'un détecteur au silicium à pixels appelé MPX dont la surface active est partiellement recouverte de convertisseurs de neutrons thermiques, lents et rapides. Les détecteurs ATLAS-MPX mesurent en temps réel les champs de radiation en enregistrant les traces des particules détectées sous forme d'images matricielles. L'analyse des images acquises permet d'identifier les types des particules détectées à partir des formes de leurs traces. Dans ce but, un logiciel de reconnaissance de formes appelé MAFalda a été conçu. Étant donné que les traces des particules fortement ionisantes sont influencées par le partage de charge entre pixels adjacents, un modèle semi-empirique décrivant cet effet a été développé. Grâce à ce modèle, l'énergie des particules fortement ionisantes peut être estimée à partir de la taille de leurs traces. Les convertisseurs de neutrons qui couvrent chaque détecteur ATLAS-MPX forment six régions différentes. L'efficacité de chaque région à détecter les neutrons thermiques, lents et rapides a été déterminée par des mesures d'étalonnage avec des sources connues. L'étude de la réponse des détecteurs ATLAS-MPX à la radiation produite par les collisions frontales de protons à 7TeV dans le centre de masse a montré que le nombre de traces enregistrées est proportionnel à la luminosité du LHC. Ce résultat permet d'utiliser les détecteurs ATLAS-MPX comme moniteurs de luminosité. La méthode proposée pour mesurer et étalonner la luminosité absolue avec ces détecteurs est celle de van der Meer qui est basée sur les paramètres des faisceaux du LHC. Vu la corrélation entre la réponse des détecteurs ATLAS-MPX et la luminosité, les taux de radiation mesurés sont exprimés en termes de fluences de différents types de particules par unité de luminosité intégrée. Un écart significatif a été obtenu en comparant ces fluences avec celles prédites par GCALOR qui est l'une des simulations Monte Carlo du détecteur ATLAS. Par ailleurs, les mesures effectuées après l'arrêt des collisions proton-proton ont montré que les détecteurs ATLAS-MPX permettent d'observer la désintégration des isotopes radioactifs générés au cours des collisions. L'activation résiduelle des matériaux d'ATLAS peut être mesurée avec ces détecteurs grâce à un étalonnage en équivalent de dose ambiant.

Réduction de la durée de vie des porteurs de charge dans le silicium noir par implantation ionique

Le but de ce projet est d’étudier l’effet des défauts cristallins sur les propriétés optoélectroniques de photodétecteurs fabriqué à partir de « silicium noir », c’est-à-dire du silicium dopé et microstructuré par impulsions laser femtoseconde, ce qui lui donne une apparence noire mate caractéristique. Des échantillons de silicium noir ont été recuits puis implantés avec des ions ayant une énergie de 300 keV (Si+), 1500 keV (Si+) ou 2000 keV (H+). Trois fluences pour chaque énergie d’implantation ont été utilisées (1E11, 1E12, ou 1E13 ions/cm2) ce qui modifie le matériau en ajoutant des défauts cristallins à des profondeurs et concentrations variées. Neuf photodétecteurs ont été réalisés à partir de ces échantillons implantés, en plus d’un détecteur-contrôle (non-implanté). La courbe de courant-tension, la sensibilité spectrale et la réponse en fréquence ont été mesurées pour chaque détecteur afin de les comparer. Les détecteurs ont une relation de courant-tension presque ohmique, mais ceux implantés à plus haute fluence montrent une meilleure rectification. Les implantations ont eu pour effet, en général, d’augmenter la sensibilité des détecteurs. Par exemple, l’efficacité quantique externe passe de (0,069±0,001) % à 900 nm pour le détecteur-contrôle à (26,0±0,5) % pour le détecteur ayant reçu une fluence de 1E12 cm-2 d’ions de silicium de 1500 keV. Avec une tension appliquée de -0,50 V, la sensibilité est améliorée et certains détecteurs montrent un facteur de gain de photocourant supérieur à l’unité, ce qui implique un mécanisme de multiplication (avalanche ou photoconductivité). De même, la fréquence de coupure a été augmentée par l’implantation. Une technique purement optique a été mise à l’essai pour mesurer sans contacts la durée de vie effective des porteurs, dans le but d’observer une réduction de la durée de vie causée par les défauts. Utilisant le principe de la réflexion photo-induite résolue en fréquence, le montage n’a pas réuni toutes les conditions expérimentales nécessaires à la détection du signal.

Studies of nonlinear absorption and aggregation in aqueous solutions of rhodamine 6G using a transient thermal lens technique

Dual-beam transient thermal lens studies were carried out in aqueous solutions of rhodamine 6G using 532 nm pulses from a frequency-doubled Nd:YAG laser. The analysis of the observed data showed that the thermal lens method can effectively be utilized to study the nonlinear absorption and aggregation which are taking place in a dye medium.

Solvent Effect on Absolute Fluorescence Quantum Yield of Rhodamine 6G Determined Using Transient Thermal Lens Technique

Dual beam thermal lens tecbnique is successfully employed for the determination of absolute Fluorescence quantum yield of rhodamine 6G lnser dye in different solvents. A 532 nm radiation from a Q-switched Nd:YAG laser was used for the excitation purpose. The fluorescence quantum yield values are found to be strongly influenced by environmental effects. It has been observed that fluorescence yield is greater for rhodamine 6G in ethylene glycol system than in water or in methanol. Our results also indicate that parameters like concentration of the dye solution, aggregate formation and excited state absorption affect the absolute values of fluorescence yield significantly.

Surface Corrosion of Ti-16Si-4B Powder Alloy Implanted With Nitrogen by Plasma-Based Technique

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Search for the flavor-changing neutral current decay Bs 0 → μ+ μ- pp̄ Collisions at √s = 1.96 TeV with the DO Detector

We present the results of a search for the flavor-changing neutral current decay Bs 0 → μ+ μ-. using a data set with integrated luminosity of 240 pb-1 of pp̄ collisions at √s = 1.96 TeV collected with the D0 detector in run II of the Fermilab Tevatron collider. We find the upper limit on the branching fraction to be B(Bs 0 → μ+ π-) ≤ 5.0 × 10-7 at the 95% C.L. assuming no contributions from the decay Bd 0 → μ+ μ- in the signal region. This limit is the most stringent upper bound on the branching fraction Bs 0 → μ+ μ- to date. © 2005 The American Physical Society.

Growth and Characterization of Silicon Carbide Thin Films Using a Nontraditional Hollow Cathode Sputtering Technique

Silicon carbide (SiC) is considered a suitable candidate for high-power, high-frequency devices due to its wide bandgap, high breakdown field, and high electron mobility. It also has the unique ability to synthesize graphene on its surface by subliming Si during an annealing stage. The deposition of SiC is most often carried out using chemical vapor deposition (CVD) techniques, but little research has been explored with respect to the sputtering of SiC. Investigations of the thin film depositions of SiC from pulse sputtering a hollow cathode SiC target are presented. Although there are many different polytypes of SiC, techniques are discussed that were used to identify the film polytype on both 4H-SiC substrates and Si substrates. Results are presented about the ability to incorporate Ge into the growing SiC films for the purpose of creating a possible heterojunction device with pure SiC. Efforts to synthesize graphene on these films are introduced and reasons for the inability to create it are discussed. Analysis mainly includes crystallographic and morphological studies about the deposited films and their quality using x-ray diffraction (XRD), reflection high energy electron diffraction (RHEED), transmission electron microscopy (TEM), scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM), Auger electron spectroscopy (AES) and Raman spectroscopy. Optical and electrical properties are also discussed via ellipsometric modeling and resistivity measurements. The general interpretation of these analytical experiments indicates that the films are not single crystal. However, the majority of the films, which proved to be the 3C-SiC polytype, were grown in a highly ordered and highly textured manner on both (111) and (110) Si substrates.