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.

Étude des collisions proton-proton dans l’expérience ATLAS avec les détecteurs ATLAS-MPX

Les seize détecteurs MPX constituant le réseau ATLAS-MPX ont été placés à différentes positions dans le détecteur ATLAS et sa averne au CERN dans le but de mesurer en emps réel les champs de radiation produits ar des particules primaires (protons des faisceaux) et des particules secondaires (kaons, pions, g, protons) issues des collisions proton-proton. Des films de polyéthylène (PE) et de fluorure de lithium (6LiF) recouvrent les détecteurs afin d’augmenter leur sensibilité aux neutrons produits par les particules primaires et secondaires interagissant avec les matériaux présents dans l’environnement d’ATLAS. La reconnaissance des traces laissées par les particules dans un détecteur ATLAS-MPX se fait à partir des algorithmes du logiciel MAFalda (“Medipix Analysis Framework”) basé sur les librairies et le logiciel d’analyse de données ROOT. Une étude sur le taux d’identifications erronées et le chevauchement d’amas a été faite en reconstruisant les activités des sources 106Ru et 137Cs. L’efficacité de détection des neutrons rapides a été mesurée à l’aide des sources 252Cf et 241AmBe (neutrons d’énergie moyenne de 2.13 et 4.08 MeV respectivement). La moyenne des efficacités de détection mesurées pour les neutrons produits par les sources 252C f et 241AmBe a été calculée pour les convertisseurs 6LiF et PE et donnent (0.8580 ± 0.1490)% et (0.0254 ± 0.0031)% pour LiF et (0.0510 ± 0.0061)% et (0.0591 ± 0.0063)% pour PE à bas et à haut seuil d’énergie respectivement. Une simulation du calcul de l’efficacité de détection des neutrons dans le détecteur MPX a été réalisée avec le logiciel GEANT4. Des données MPX correspondant aux collisions proton-proton à 2.4 TeV et à 7 TeV dans le centre de masse ont été analysées. Les flux détectés d’électrons et de photons sont particulièrement élevés dans les détecteurs MPX01 et MPX14 car ils sont plus près du point de collision. Des flux de neutrons ont été estimés en utilisant les efficacités de détection mesurées. Une corrélation avec la luminosité du LHC a été établie et on prédit que pour les collisions à 14 TeV dans le centre de masse et avec une luminosité de 10^34 cm-1*s-1 il y aura environ 5.1x10^8 ± 1.5x10^7 et 1.6x10^9 ± 6.3x10^7 particules détectées par les détecteurs MPX01 et MPX14 respectivement.

Mesures et analyses de la luminosité d’ATLAS grâce aux détecteurs MPX

Medipix2 (MPX) sont des détecteurs semi-conducteurs au silicium montés sur 256x256 pixels. Chaque pixel a une aire de 55x55μm2. L’aire active d’un détecteur MPX est d’environ 2 cm2. Avec deux modes de détection, un seuil et un temps d’exposition ajustables, leur utilisation peut être optimisée pour une analyse spécifique. Seize de ces détecteurs sont présentement installés dans l’expérience ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) au CERN (Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire). Ils mesurent en temps réel le champ de radiation dû aux collisions proton-proton, au point d’interaction IP1 (Point d’Interaction 1) du LHC (Grand Collisionneur d’Hadrons). Ces mesures ont divers buts comme par exemple la mesure du champ de neutrons dans la caverne d’ATLAS. Le réseau de détecteurs MPX est complètement indépendant du détecteur ATLAS. Le groupe ATLAS-Montréal s’est intéressé à l’analyse des données récoltées par ces détecteurs pour calculer une valeur de la luminosité du LHC au point de collision des faisceaux, autour duquel est construit le détecteur ATLAS. Cette valeur est déterminée indépendamment de la luminosité mesurée par les divers sous-détecteurs d’ATLAS dédiés spécifiquement à la mesure de la luminosité. Avec l’augmentation de la luminosité du LHC les détecteurs MPX les plus proches du point d’interaction détectent un grand nombre de particules dont les traces sont impossibles à distinguer sur les images ("frames") obtenues, à cause de leur recouvrement. Les paramètres de mesure de certains de ces détecteurs ont été optimisés pour des mesures de luminosité. Une méthode d’analyse des données permet de filtrer les pixels bruyants et de convertir les données des images, qui correspondent à des temps d’exposition propres aux détecteurs MPX, en valeur de luminosité pour chaque LumiBlock. Un LumiBlock est un intervalle de temps de mesure propre au détecteur ATLAS. On a validé les mesures de luminosité premièrement en comparant les résultats obtenus par différents détecteurs MPX, et ensuite en comparant les valeurs de luminosité relevées à celles obtenues par les sous-détecteurs d’ATLAS dédiés spécifiquement à la mesure de la luminosité.

Sound radiation characteristics of a box-type structure

The finite element and boundary element methods are employed in this study to investigate the sound radiation characteristics of a box-type structure. It has been shown [T.R. Lin, J. Pan, Vibration characteristics of a box-type structure, Journal of Vibration and Acoustics, Transactions of ASME 131 (2009) 031004-1–031004-9] that modes of natural vibration of a box-type structure can be classified into six groups according to the symmetry properties of the three panel pairs forming the box. In this paper, we demonstrate that such properties also reveal information about sound radiation effectiveness of each group of modes. The changes of radiation efficiencies and directivity patterns with the wavenumber ratio (the ratio between the acoustic and the plate bending wavenumbers) are examined for typical modes from each group. Similar characteristics of modal radiation efficiencies between a box structure and a corresponding simply supported panel are observed. The change of sound radiation patterns as a function of the wavenumber ratio is also illustrated. It is found that the sound radiation directivity of each box mode can be correlated to that of elementary sound sources (monopole, dipole, etc.) at frequencies well below the critical frequency of the plates of the box. The sound radiation pattern on the box surface also closely related to the vibration amplitude distribution of the box structure at frequencies above the critical frequency. In the medium frequency range, the radiated sound field is dominated by the edge vibration pattern of the box. The radiation efficiency of all box modes reaches a peak at frequencies above the critical frequency, and gradually approaches unity at higher frequencies.

Elucidating the links between UV radiation and vitamin D synthesis : using an in vitro model

Ultraviolet radiation (UV) is the carcinogen that causes the most common malignancy in humans – skin cancer. However, moderate UV exposure is essential for producing vitaminDin our skin. VitaminDincreases the absorption of calcium from the diet, and adequate calcium is necessary for the building and maintenance of bones. Thus, low levels of vitamin D can cause osteomalacia and rickets and contribute to osteoporosis. Emerging evidence also suggests vitamin D may protect against falls, internal cancers, psychiatric conditions, autoimmune diseases and cardiovascular diseases. Since the dominant source of vitamin D is sunlight exposure, there is a need to understand what is a “balanced” level of sun exposure to maintain an adequate level of vitamin D but minimise the risks of eye damage, skin damage and skin cancer resulting from excessive UV exposure. There are many steps in the pathway from incoming solar UV to the eventual vitamin D status of humans (measured as 25-hydroxyvitamin D in the blood), and our knowledge about many of these steps is currently incomplete. This project begins by investigating the levels of UV available for synthesising vitamin D, and how these levels vary across seasons, latitudes and times of the day. The thesis then covers experiments conducted with an in vitro model, which was developed to study several aspects of vitamin D synthesis. Results from the model suggest the relationship between UV dose and vitamin D is not linear. This is an important input into public health messages regarding ‘safe’ UV exposure: larger doses of UV, beyond a certain limit, may not continue to produce vitamin D; however, they will increase the risk of skin cancers and eye damage. The model also showed that, when given identical doses of UV, the amount of vitamin D produced was impacted by temperature. In humans, a temperature-dependent reaction must occur in the top layers of human skin, prior to vitamin D entering the bloodstream. The hypothesis will be raised that cooler temperatures (occurring in winter and at high latitudes) may reduce vitamin D production in humans. Finally, the model has also been used to study the wavelengths of UV thought to be responsible for producing vitamin D. It appears that vitamin D production is limited to a small range of UV wavelengths, which may be narrower than previously thought. Together, these results suggest that further research is needed into the ability of humans to synthesise vitamin D from sunlight. In particular, more information is needed about the dose-response relationship in humans and to investigate the proposed impact of temperature. Having an accurate action spectrum will also be essential for measuring the available levels of vitamin D-effective UV. As this research continues, it will contribute to the scientific evidence-base needed for devising a public health message that will balance the risks of excessive UV exposure with maintaining adequate vitamin D.

Interventions for preventing and managing radiation-induced skin reactions in cancer patients (Protocol)

To assess the effects of any interventions which aim to prevent or manage radiation-induced skin reactions in people with cancer.

Evaluation of piezoelectric PVDF polymers for use in space environments. III. Comparison of the effects of vacuum UV and gamma radiation

Films of piezoelectric PVDF and P(VDF-TrFE) were exposed to vacuum UV (115-300 nm VUV) and -radiation to investigate how these two forms of radiation affect the chemical, morphological, and piezoelectric properties of the polymers. The extent of crosslinking was almost identical in both polymers after -irradiation, but surprisingly, was significantly higher for the TrFE copolymer after VUV-irradiation. Changes in the melting behavior were also more significant in the TrFE copolymer after VUV-irradiation due to both surface and bulk crosslinking, compared with only surface crosslinking for the PVDF films. The piezoelectric properties (measured using d33 piezoelectric coefficients and D-E hysteresis loops) were unchanged in the PVDF homopolymer, while the TrFE copolymer exhibited more narrow D-E loops after exposure to either - or VUV-radiation. The more severe damage to the TrFE copolymer in comparison with the PVDF homopolymer after VUV-irradiation is explained by different energy deposition characteristics. The short wavelength, highly energetic photons are undoubtedly absorbed in the surface layers of both polymers, and we propose that while the longer wavelength components of the VUV-radiation are absorbed by the bulk of the TrFE copolymer causing crosslinking, they are transmitted harmlessly in the PVDF homopolymer.