With the aim to investigate the statistical properties and the connection between thermal and non-thermal properties of the ICM in galaxy clusters, we have developed a statistical magneto-turbulent model which describes, at the same time, the evolution of the thermal and non-thermal emission from galaxy clusters. In particular, starting from the cosmological evolution of clusters, we follow cluster. mergers, calculate the spectrum of the magnetosonic waves generated in the ICM during these mergers, the evolution of relativistic electrons and the resulting synchrotron and Inverse Compton spectra. We show that the broad band (radio and hard x-ray) non-thermal spectral properties of galaxy clusters can be well accounted for by our model for viable values of the parameters (here we adopt a EdS cosmology).
We use the non-stationary three dimensional two-layer outer gap model to explain gamma-ray emissions from a pulsar magnetosphere. We found out that for some pulsars like the Geminga pulsar, it was hard to explain emissions above a level of around 1 GeV. We then developed the model into a non-stationary model. In this model we assigned a power-law distribution to one or more of the spectral parameters proposed in the previous model and calculated the weighted phase-averaged spectrum. Though this model is suitable for some pulsars, it still cannot explain the high energy emission of the Geminga pulsar. An Inverse-Compton Scattering component between the primary particles and the radio photons in the outer magnetosphere was introduced into the model, and this component produced a sufficient number of GeV photons in the spectrum of the Geminga pulsar.
There have been many speculations about the presence of cosmic ray protons (CRps) in galaxy clusters over the past two decades. However, no direct evidence such as the characteristic $\gamma$-ray signature of decaying pions has been found so far. These pions would be a direct tracer of hadronic CRp interactions with the ambient thermal gas also yielding observable synchrotron and inverse Compton emission by additionally produced secondary electrons. The obvious question concerns the type of galaxy clusters most likely to yield a signal: Particularly suited sites should be cluster cooling cores due to their high gas and magnetic energy densities. We studied a nearby sample of clusters evincing cooling cores in order to place stringent limits on the cluster CRp population by using non-detections of EGRET. In this context, we examined the possibility of a hadronic origin of Coma-sized radio halos as well as radio mini-halos. Especially for mini-halos, strong clues are provided by the very plausible small amount of required CRp energy density and a matching radio profile. Introducing the hadronic minimum energy criterion, we show that the energetically favored CRp energy density is constrained to $2\%{\pm}1\%$ of the thermal energy density in Perseus. We also studied the CRp population within the cooling core region of Virgo using the TeV $\gamma$-ray detection of M 87 by HEGRA. Both the expected radial $\gamma$-ray profile and the required amount of CRp support this hadronic scenario.
Kim, Soo-Mee;Lee, Jae-Sung;Lee, Mi-No;Lee, Ju-Hahn;Kim, Joong-Hyun;Kim, Chan-Hyeong;Lee, Chun-Sik;Lee, Dong-Soo;Lee, Soo-Jin
Nuclear Medicine and Molecular Imaging
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v.41
no.3
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pp.234-240
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2007
Purpose: In this study we propose a block-iterative method for reconstructing Compton scattered data. This study shows that the well-known expectation maximization (EM) approach along with its accelerated version based on the ordered subsets principle can be applied to the problem of image reconstruction for Compton camera. This study also compares several methods of constructing subsets for optimal performance of our algorithms. Materials and Methods: Three reconstruction algorithms were implemented; simple backprojection (SBP), EM, and ordered subset EM (OSEM). For OSEM, the projection data were grouped into subsets in a predefined order. Three different schemes for choosing nonoverlapping subsets were considered; scatter angle-based subsets, detector position-based subsets, and both scatter angle- and detector position-based subsets. EM and OSEM with 16 subsets were performed with 64 and 4 iterations, respectively. The performance of each algorithm was evaluated in terms of computation time and normalized mean-squared error. Results: Both EM and OSEM clearly outperformed SBP in all aspects of accuracy. The OSEM with 16 subsets and 4 iterations, which is equivalent to the standard EM with 64 iterations, was approximately 14 times faster in computation time than the standard EM. In OSEM, all of the three schemes for choosing subsets yielded similar results in computation time as well as normalized mean-squared error. Conclusion: Our results show that the OSEM algorithm, which have proven useful in emission tomography, can also be applied to the problem of image reconstruction for Compton camera. With properly chosen subset construction methods and moderate numbers of subsets, our OSEM algorithm significantly improves the computational efficiency while keeping the original quality of the standard EM reconstruction. The OSEM algorithm with scatter angle- and detector position-based subsets is most available.
Scatter correction for single photon emission computed tomography (SPECT) plays an important role to improve image quality and quantitation. The purpose of this study was to investigate three scatter correction methods using Monte Carlo simulation. Point source and Jaszack phantom filled with Tc-99m were simulated by Monte Carlo code, SIMIND. For scatter correction, we applied three methods, Compton window (CW) method, triple window (TW) method, and dual photopeak window (DPW) method. Point sources located at various depths along the center line within a 20-cm phantom were simulated to calculate the window ratios and corresponding scatter fractions by evaluating the polynomial coefficients for DPW method. Energy windows were located in W$_1$=92-125 keV, W$_2$=124-126 keV, W$_3$=136-140 keV, W$_4$=140-141 keV, and W$_{5}$=154-156 keV. The results showed that in Jaszack phantom with cold sphere and hot sphere, the TW gave the closest contrast and percentage recovery to the ideal image, respectively, while CW overestimated and DPW underestimated the contrast of ideal one. All three scatter correction methods showed an improved image contrast. In conclusion, scatter correction is essential for improving image contrast and accurate quantification. The choice of scatter correction method should be made on the basis of accuracies and ease of implementation.
Ulybkin, Alexander;Rybka, Alexander;Kovtun, Konstantin;Kutny, Vladimir;Voyevodin, Victor;Pudov, Alexey;Azhazha, Roman
Nuclear Engineering and Technology
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v.51
no.8
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pp.1964-1969
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2019
The safety and efficiency of nuclear reactors largely depend on the monitoring and control of nuclear radiation. Due to the unique nuclear-physical characteristics, Hf is one of the most promising materials for the manufacturing of the control rods and the emitters of neutron detectors. It is proposed to use the Compton neutron detector with the emitter made of Hf in the In-core Instrumentation System (ICIS) for monitoring the neutron field. The main advantages of such a detector in comparison the conventional β-emission sensors are the possibility of reaching of a higher cumulative radiation dose and the absence of signal delays. The response time of the detection is extremely important when a nuclear reactor is operating near its critical operational parameters. Taking Hf as an example, the general principles for calculating the chains of materials transformation under neutron irradiation are reported. The influence of 179m1Hf on the Hf composition changing dynamics and the process of transmutants' (Ta, W) generation were determined. The effect of these processes on the absorbing properties of Hf, which inevitably predetermine the lifetime of the detector and its ability to generate a signal, is estimated.
Background: Boron Neutron Capture Therapy (BNCT) is a new radiation therapy. In BNCT, there exists some very critical problems that should be solved. One of the severest problems is that the treatment effect cannot be known during BNCT in real time. We are now developing a SPECT (single photon emission computed tomography) system (BNCT-SPECT), with a cadmium telluride (CdTe) semiconductor detector. BNCT-SPECT can obtain the BNCT treatment effect by measuring 478 keV gamma-rays emitted from the excited state of $^7Li$ nucleus created by $^{10}B(n,{\alpha})$$^7Li$ reaction. In the previous studies, we investigated the feasibility of the BNCT-SPECT system. As a result, the S/N ratio did not meet the criterion of S/N > 1 because deterioration of the S/N ratio occurred caused by the influence of Compton scattering especially due to capture gamma-rays of hydrogen. Materials and Methods: We thus produced an arrayed detector with two CdTe crystals to test cross talk phenomenon and to examine an anti-coincidence detection possibility. For more precise analysis for the anti-coincidence detection, we designed and made a collimator having a similar performance to the real BNCT-SPECT. Results and Discussion: We carried out experiments with the collimator to examine the effect of cross talk of scattering gamma-rays between CdTe elements more practically. As a result of measurement the coincidence events were successfully extracted. Conclusion: We are now planning to carry out evaluation of coincidence rate from the measurement and comparison of it with the numerical calculations.
Seo, Seok-Hyun;Lee, Jung-Sang;Kang, Won-Dong;Jung, Euiyoup
Journal of the Korean Geosynthetics Society
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v.18
no.4
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pp.115-127
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2019
The low-flow grouting injection technique, the target construction method for this study, is a method of pouring mortar into the ground by non-emission replacement principle, which can be expected to increase the density of the ground, and, in some cases, be used as a base file using the strength of the high injection solids, along with low noise, low pollution, and high durability. To verify that the dynamic characteristics of the ground are improved by the low-flow injection technique, the test work was conducted on the site and physical tests were performed, and the quality of the improvement formed in the ground was verified through the indoor test on the core and core recovery rate was analyzed. The density logs test layer calculated the volume density of the ground layer by using the Compton scattering of gamma-rays, and the sonic logs was tested on the ground around the drill hole using a detector consisting of sonar and receiver devices inside the drill hole. As a result of the measurement of the change in physical properties (density and sonic logs) before and after grouting, both properties were basically increased after infusion of grout agent. However, the variation in density increase was greater than the increase in speed after grouting, and the ground density measurement method was thought to be effective in measuring the fill effect of the filler. Strength and core recovery rates were measured from specimens taken after the age of 28 days, and the results of the test results of the diffusion and strength test of the improved products were verified to satisfy the design criteria, thereby satisfying the seismic performance reinforcement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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