We have developed a rotating compensator spectroscopic ellipsometer (RCSE). As the ellipsometry measures a change in the polarization state of a light wave upon non-normal reflection from surface, the degree of sensitivity is enhanced greatly through the detection of relative phase change. RCSE acquires additional information from the non-ideal surface of sample and operates over the photon energy range from 1.5 to 4.5 eV. We applied RCSE to measure the optical properties of films and the line-width of patterned PR films on crystalline silicon.
The evolution of X-ray computed tomography (CT) has been based on the discovery of X-rays, the inception of the Radon transform, and the development of X-ray digital data acquisition systems and computer technology. Unlike conventional X-ray imaging (general radiography), CT reconstructs cross-sectional anatomical images of the internal structures according to X-ray attenuation coefficients (approximate tissue density) for almost every region in the body. This article reviews the essential physical principles and technical aspects of the CT scanner, including several notable evolutions in CT technology that resulted in the emergence of helical, multidetector, cone beam, portable, dual-energy, and phase-contrast CT, in integrated imaging modalities, such as positron-emission-tomography-CT and single-photon-emission-computed-tomography-CT, and in clinical applications, including image acquisition parameters, CT angiography, image adjustment, versatile image visualizations, volumetric/surface rendering on a computer workstation, radiation treatment planning, and target localization in radiotherapy. The understanding of CT characteristics will provide more effective and accurate patient care in the fields of diagnostics and radiotherapy, and can lead to the improvement of image quality and the optimization of exposure doses.
In this study, we propose an alternative approach using Artificial Neural Networks (ANN) for determining Mass Attenuation Coefficients (MAC) in various glass systems. This method takes into account the weights of glass compositions, density, and photon energy as input features. The ANN model was trained and tested on a dataset consisting of 650 data points and subsequently validated through a K-fold cross-validation procedure. Our findings demonstrate a high level of accuracy, with R2 values ranging from 0.90 to 0.99. Additionally, the model exhibits robust extrapolation capabilities with an R2 score of 0.87 for predicting MAC values in a new glass system. Furthermore, this approach significantly reduces the need for costly and time-consuming computations and experiments, making it a potential tool for selecting materials for effective radiation protection.
Monte Carlo simulations are widely used as the most accurate technique for dose calculation in radiation therapy. In this paper, the GATE6(Geant4 Application for Tomographic Emission ver.6) code was employed to calculate the dosimetric performance of the photon beams from a linear accelerator(LINAC). The treatment head of a Varian 21EX Clinac was modeled including the major geometric structures within the beam path such as a target, a primary collimator, a flattening filter, a ion chamber, and jaws. The 6 MV photon spectra were characterized in a standard $10{\times}10cm^2$ field at 100 cm source-to-surface distance(SSD) and subsequent dose estimations were made in a water phantom. The measurements of percentage depth dose and dose profiles were performed with 3D water phantom and the simulated data was compared to measured reference data. The simulated results agreed very well with the measured data. It has been found that the GATE6 code is an effective tool for dose optimization in radiotherapy applications.
In order to visualize participating media in 3D space, they usually calculate the incoming radiance by subdividing the ray path into small subintervals, and accumulating their respective light energy due to direct illumination, scattering, absorption, and emission. Among these light phenomena, scattering behaves in very complicated manner in 3D space, often requiring a great deal of simulation efforts. To effectively simulate the light scattering effect, several approximation techniques have been proposed. Volume photon mapping takes a simple approach where the light scattering phenomenon is represented in volume photon map through a stochastic simulation, and the stored information is explored in the rendering stage. While effective, this method has a problem that the number of necessary photons increases very fast when a higher variance reduction is needed. In an attempt to resolve such problem, we propose a different approach for rendering particle-based volume data where kernel smoothing, one of several density estimation methods, is explored to represent and reconstruct the light in-scattering effect. The effectiveness of the presented technique is demonstrated with several examples of volume data.
Singh, Vishwanath P.;Tekin, Huseyin O.;Badiger, Nagappa M.;Manici, Tubga;Altunsoy, Elif E.
Journal of Radiation Protection and Research
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v.43
no.1
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pp.20-28
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2018
Background: Heat energy produced in nuclear reactors and nuclear fuel cycle facilities interactions modifies the physical properties of the shielding materials containing water content. Therefore, in the present paper, effect of the heat on shielding effectiveness of the concretes is investigated for gamma and neutron. The mass attenuation coefficients, effective atomic numbers, fast neutron removal cross-section and exposure buildup factors. Materials and Methods: The mass attenuation coefficients, effective atomic numbers, fast neutron removal cross-section and exposure buildup factors of ordinary and heavy concretes were investigated using NIST data of XCOM program and Geometric Progression method. Results and Discussion: The improvement in shielding effectiveness for photon and reduction in fast neutron for ordinary concrete was observed. The change in the neutron shielding effectiveness was insignificant. Conclusion: The present investigation on interaction of gamma and neutron radiation would be very useful for assessment of shielding efficiency of the concrete used in high temperature applications such as reactors.
Akman, F.;Gecibesler, I.H.;Sayyed, M.I.;Tijani, S.A.;Tufekci, A.R.;Demirtas, I.
Nuclear Engineering and Technology
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v.50
no.6
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pp.944-949
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2018
The mass attenuation coefficients (${\mu}/{\rho}$) of food waste samples (pomegranate peel, acorn cap, lemon peel, mandarin peel, pumpkin peel, grape peel, orange peel, pineapple peel, acorn peel and grape stalk) have been measured employing a Si(Li) detector at 13.92, 17.75, 20.78, 26.34 and 59.54 keV. Also, the theoretical values of the mass attenuation coefficients have been evaluated utilizing mixture rule from WinXCOM program. The results showed that the lemon peel has the highest values of ${\mu}/{\rho}$ among the selected samples. From the obtained mass attenuation coefficients, we determined some absorption parameters such as effective atomic number ($Z_{eff}$), electron density ($N_E$) and molar extinction coefficient (${\varepsilon}$). It was found that the $Z_{eff}$ values of all food wastes lie within the range of 4.034-7.595, whereas the $N_E$ of the studied food wastes was found to be in the range of $0.301-1.720{\times}10^{25}$ (electrons/g) for present energy region.
This study was conducted to determine the effect of gamma-ray and electron-beam irradiation on dried spices (black pepper, red pepper, parsley, and basil) using the photostimulated luminescence (PSL), thermoluminescence (TL) and electron spin resonance (ESR) methods. The spices were irradiated at 0, 1, 5, and 10 kGy. All non-irradiated spices had photon counts (PCs) less than 700 PCs. The PCs of three irradiated spices (red pepper, parsley, and basil) were clearly distinguishable from those of non-irradiated ones, exhibiting PSL signals higher than 5000 PCs. However, negative PSL counts (<700 PCs) were obtained for most irradiated black pepper, except those irradiated with 5 kGy gamma rays and 10 kGy electron-beams. TL glow curves of the irradiated spices showed a higher peak at $150-250^{\circ}C$. TL ratios were found to be less than 0.1 for non-irradiated spices and higher than 0.1 for irradiated ones. No ESR signal was observed for any irradiated spice except red pepper, which displayed cellulose-based ESR spectra. Therefore, the results suggest that the PSL, TL, and ESR methods are effective detection techniques for dried spices irradiated with electron beams as well as gamma rays.
Samson, Damilola Oluwafemi;Shukri, Ahmad;Mat Jafri, Mohd Zubir;Hashim, Rokiah;Sulaiman, Othman;Aziz, Mohd Zahri Abdul;Yusof, Mohd Fahmi Mohd
Nuclear Engineering and Technology
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v.53
no.1
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pp.216-233
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2021
In this work, Rhizophora spp. particleboard phantoms were made using SPI-based adhesives, modified with sodium hydroxide and itaconic acid polyamidoamine-epichlorohydrin (0, 5, 10, and 15 wt%). An X-ray computed tomography (CT) imaging system was used to ascertain the CT numbers and density distribution profiles of the particleboards. The SPI-based/NaOH/IA-PAE/Rhizophora spp. particleboard phantoms with 15 wt% IA-PAE addition level had the highest solid content, flexural strength, flexural modulus, and internal bonding strength of 36.06 ± 1.08%, 18.61 ± 0.38 Nmm-2, 7605.76 ± 0.89 Nmm-2, and 0.463 ± 0.053 Nmm-2, respectively. The moisture content, mass density, water absorption, and dimensional stability were 6.93 ± 0.27%, 0.962 ± 0.037 gcm-3, 22.36 ± 2.47%, and 10.90 ± 0.86%, respectively. The results revealed that the mass attenuation coefficients and effective atomic number values within the 16.59-25.26 keV photon energy region, were close to the calculated XCOM values in water, with a p-value of 0.077. Moreover, the CT images showed that the dissimilarities in the discrepancy of the profile density decreased as the IA-PAE concentrations increased. Therefore, these results support the appropriateness of the SPI-based/NaOH/IA-PAE/Rhizophora spp. particleboard with 15 wt% IA-PAE adhesive as a suitable tissue-equivalent phantom material for medical health applications.
Kim, Dong Wook;Park, Kwangwoo;Kim, Hojin;Kim, Jinsung
Progress in Medical Physics
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v.31
no.3
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pp.54-62
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2020
Dose calculation algorithms play an important role in radiation therapy and are even the basis for optimizing treatment plans, an important feature in the development of complex treatment technologies such as intensity-modulated radiation therapy. We reviewed the past and current status of dose calculation algorithms used in the treatment planning system for radiation therapy. The radiation-calculating dose calculation algorithm can be broadly classified into three main groups based on the mechanisms used: (1) factor-based, (2) model-based, and (3) principle-based. Factor-based algorithms are a type of empirical dose calculation that interpolates or extrapolates the dose in some basic measurements. Model-based algorithms, represented by the pencil beam convolution, analytical anisotropic, and collapse cone convolution algorithms, use a simplified physical process by using a convolution equation that convolutes the primary photon energy fluence with a kernel. Model-based algorithms allowing side scattering when beams are transmitted to the heterogeneous media provide more precise dose calculation results than correction-based algorithms. Principle-based algorithms, represented by Monte Carlo dose calculations, simulate all real physical processes involving beam particles during transportation; therefore, dose calculations are accurate but time consuming. For approximately 70 years, through the development of dose calculation algorithms and computing technology, the accuracy of dose calculation seems close to our clinical needs. Next-generation dose calculation algorithms are expected to include biologically equivalent doses or biologically effective doses, and doctors expect to be able to use them to improve the quality of treatment in the near future.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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