The Standard Model (SM) does not provide an information for 26% of dark matter of the universe. In the dark sector, dark matter is supposed to be linked with the hypothetical particles called dark photons that have similar role to photons in electromagnetic interaction in the SM. Besides astronomical observation, there are studies to find dark matter candidates using accelerators. In this paper, we searched for dark photons using future electron-positron colliders, including Circular Electron Positron Collider (CEPC)/CEPC, Future Circular Collider (FCC-ee)/Innovative Detector for Electron-positron Accelerator (IDEA), and International Linear Collider (ILC)/International Large Detector (ILD). Using the parameterized response of the detector simulation of Delphes, we studied the sensitivity of a double dark photon mode at each accelerator/detector. The signal mode is double dark photon decay channel, e+e- → A'A', where A' (dark photon with spin 1) decaying into a muon pair. We used MadGraph5 to generate Monte Carlo (MC) events by means of a Simplified Model. We found the dark photon mass at which the cross-sections were the highest for each accelerator to obtain the maximum number of events. In this paper we show the expected number of dark photon signal events and the detector efficiency of each accelerator. The results of this study can facilitate in the dark photon search by future electron-positron accelerators.
In the pulsed electron beam generators, such as plasma focus devices and linear induction accelerators whose electron pulse width is in the range of nanosecond and less, as well as in cases where there is no direct access to electron beam, like runaway electrons in Tokamaks, measurement of the electron energy spectrum is a technical challenge. In such cases, the indirect measurement of the electron spectrum by using the bremsstrahlung radiation spectrum associated with it, is an appropriate solution. The problem with this method is that the matrix equation between the two spectrums is an ill-conditioned equation, which results in errors of the measured X-ray spectrum to be propagated with a large coefficient in the estimated electron spectrum. In this study, a method based on the neural network and the MCNP code is presented and evaluated to recover the electron spectrum from the X-ray generated by collision of the electron beam with a target. Multilayer perceptron network showed good accuracy in electron spectrum recovery, so that for the X-ray spectrum with errors of 3% and 10%, the network estimated the electron spectrum with an average standard error of 8% and 11%, on all of the energy intervals.
Jeong, Dong Hyeok;Lee, Manwoo;Lim, Heuijin;Kang, Sang Koo;Lee, Sang Jin;Kim, Hee Chang;Lee, Kyohyun;Kim, Seung Heon;Lee, Dong Eun;Jang, Kyoung Won
Nuclear Engineering and Technology
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v.53
no.4
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pp.1289-1296
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2021
In this study, an electron-scattering device was fabricated to practically use the ultra-high dose rate electron beams for the FLASH preclinical research in Dongnam Institute of Radiological and Medical Sciences. The Dongnam Institute of Radiological and Medical Sciences has been involved in the investigation of linear accelerators for preclinical research and has recently implemented FLASH electron beams. To determine the geometry of the scattering device for the FLASH preclinical research with a 6-MeV linear accelerator, the Monte Carlo N-particle transport code was exploited. By employing the fabricated scattering device, the off-axis and depth dose distributions were measured with radiochromic films. The generated mean energy of electron beams via the scattering device was 4.3 MeV, and the symmetry and flatness of the off-axis dose distribution were 0.11% and 2.33%, respectively. Finally, the doses per pulse were obtained as a function of the source to surface distance (SSD); the measured dose per pulse varied from 4.0 to 0.2 Gy/pulse at an SSD range of 20-90 cm. At an SSD of 30 cm with a 100-Hz repetition rate, the dose rate was 180 Gy/s, which is sufficient for the preclinical FLASH studies.
Hyun Kim;Dong Hyeok Jeong;Sang Koo Kang;Manwoo Lee;Heuijin Lim;Sang Jin Lee;Kyoung Won Jang
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.9
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pp.3417-3422
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2023
Recently, as the clinically positive biological effects of ultra-high dose rate (UHDR) radiation beams have been revealed, interest in flash radiation therapy has increased. Generally, FLASH preclinical experiments are performed using UHDR electron beams generated by linear accelerators. Real-time monitoring of UHDR beams is required to deliver the correct dose to a sample. However, it is difficult to use typical transmission-type ionization chambers for primary beam monitoring because there is no suitable electrometer capable of reading high pulsed currents, and collection efficiency is drastically reduced in pulsed radiation beams with ultra-high doses. In this study, a monitoring method using bremsstrahlung photons generated by irradiation devices and a water phantom was proposed. Charges collected in an ionization chamber located at the back of a water phantom were analyzed using the bremsstrahlung tail on electron depth dose curves obtained using radiochromic films. The dose conversion factor for converting a monitored charge into a delivered dose was determined analytically for the Advanced Markus® chamber and compared with experimentally determined values. It is anticipated that the method proposed in this study can be useful for monitoring sample doses in UHDR electron beam irradiation.
Background: Activation of air and water in the electron linear accelerator for medical use has not been considered severely. By the new Japanese regulation for protection of radiation hazard, it became indispensable to evaluate of activation of air and water in the accelerator room. The measurement of induced activity in air and water components in the electron energy region of 10 to 20 MeV is very difficult, because this energy region is close to the threshold energy region of photonuclear reactions. Then, we measured the photonuclear reaction yields of $^{13}N$, $^{15}O$, and $^{11}C$ by using the electron linear accelerator. Obtained data were compared with the data calculated by the Monte Carlo method. Materials and Methods: An activation experiment was performed at the Research Center for Electron Photon Science, Tohoku University. Highly purified $SiO_2$, $Si_3N_4$, and carbon disks were irradiated for 10 minutes by bremsstrahlung converted by a tungsten plate. Induced activity from C, N, and O was obtained. Monte Carlo calculation was performed using MCNP5 and AERY (DCHAIN-SP) to simulate the experimental condition. Cross section data were adopted the KAERI dataset. Results and Discussion: In our experiment in hospital, calculated values were not agreed with experimental values. It might be three possible reasons as the cause of this deference, such as irradiation energy, calculation procedure and cross section data. Obtained data of this work, calculated and experimental values were good agreement with each other within one order. In this work, we used KAERI dataset of photonuclear reaction instead of JENDL. Therefore, it was found that the photonuclear cross section data of light elements are most important for yield calculation in these reactions. Conclusion: Further improvement for calculation using a new dataset JENDL/PD-2015 and considering electron energy spreading will be needed.
Hyun Kim;Heuijin Lim;Sang Koo Kang;Sang Jin Lee;Tae Woo Kang;Seung Wook Kim;Wung-Hoa Park;Manwoo Lee;Kyoung Won Jang;Dong Hyeok Jeong
Progress in Medical Physics
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v.34
no.3
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pp.33-39
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2023
Purpose: FLASH radiotherapy (RT) using ultra-high dose rate (>40 Gy/s) radiation is being studied worldwide. However, experimental studies such as preclinical studies using small animals are difficult to perform due to the limited availability of irradiation devices and methods for generating a FLASH beam. In this paper, we report the initial dosimetry results of a prototype electron linear accelerator (LINAC)-based irradiation system to perform ultra-high dose rate (UHDR) preclinical experiments. Methods: The present study used the prototype electron LINAC developed by the Research Center of Dongnam Institute of Radiological and Medical Sciences (DIRAMS) in Korea. We investigated the beam current dependence of the depth dose to determine the optimal beam current for preclinical experiments. The dose rate in the UHDR region was measured by film dosimetry. Results: Depth dose measurements showed that the optimal beam current for preclinical experiments was approximately 33 mA, corresponding to a mean energy of 4.4 MeV. Additionally, the average dose rates of 80.4 Gy/s and 162.0 Gy/s at a source-to-phantom surface distance of 30 cm were obtained at pulse repetition frequencies of 100 Hz and 200 Hz, respectively. The dose per pulse and instantaneous dose rate were estimated to be approximately 0.80 Gy and 3.8×105 Gy/s, respectively. Conclusions: Film dosimetry verified the appropriate dose rates to perform FLASH RT preclinical studies using the developed electron-beam irradiator. However, further research on the development of innovative beam monitoring systems and stabilization of the accelerator beam is required.
The Journal of Korean Society for Radiation Therapy
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v.20
no.2
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pp.123-130
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2008
Purpose: To provide practical education, most universities should be equipped with medical appliances in need. As compensatory measures, Gimcheon College has produced in-house dummy linac and dummy accessories, we are going to report efficiency and its usage. Materials and Methods: Dummy linear accelerator (DLINAC-001) has the same mechanical functions as rotation of gantry and collimation in linear accelerator. In addition, to maximize practical education, we have produced and utilized in-house custom blocks, wedge filters, electron cones and head rests. Results: The in-house produced linear accelerator with the same mechanical functions as the linear accelerator, DLINAC-001 can be effectively used in practicing diverse medical instruments. Conclusion: We have produced dummy linear accelerators and dummy accessories and utilized them in practice classes, which can provide the students with clinical training in diverse fields. Consequently, the students exposed to the maximized educational effectiveness can be easily equipped with the practical competence required in real clinical fields.
Kim S.H.;Park Y.J.;Hwang W.H.;Huang J.Y.;Honda Y.;Inoue Y.
Journal of the Korean Vacuum Society
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v.15
no.4
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pp.331-337
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2006
Cavity-type beam position monitors were developed in collaboration with KEK to use for the future accelerators such as international linear collider (ILC) or x-ray free electron laser (XFEL) in PAL. BPM components such as BPM cavity, beam tubes, waveguides and feedthroughs were assembled by brazing at the same time to reduce mechanical errors during the fabrication. There are four screwed pins around outer rim of the cavity for the tuning of cavity frequency and x-y isolation. The resonance frequency of BPM is 6.422 GHz, the inner diameter of cavity is 53.822 mm, and the range of mechanical adjusting is $+ / - 250{\mu}m$. The x-y isolation was measured better than -40 dB after tuned. Test results of signal forms, x-y isolations, sensitivities are satisfied within requirements for the KEK ATF2 beam line.
Jonhnson, R.L.;Bunk, O.;Falkenberg, G.;Kosuch, R.;Zeysing, J.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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1998.02a
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pp.17-17
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1998
Synchrotron radiation is produced when charged particles moving with relativistic velocities a are accelerated - for example, deflected by the bending magnets which guide the electron or p positrons in circular accelerators or storage rings. By using special focusing magnetic lattices i in the particle accelerators it is possible to make the dimensions of the particle beam very small with a hi맹 charge density which results in a light source with high b디lIiance. Synchrotron light h has important properties which make it ideal for a wide range of investigations in surface s science. The fact that the spectrum of electromagnetic radiation emitted in a bending magnet e extends in a continuum from the 얹r infra red region to hard x-rays means that it is id않I for a v variety of spectroscopic studies. Since there are no convenient lasers, or other really bright l light sources, in the vacuum ultraviolet and soft x-ray re.밍ons the development of synchrotron r radiation has enabled enormous advances to be made in this di펌C비t spectr따 re밍on. P Polarization-dependent measurements, for ex없nple ellipsometry or circular dichroism studies a are possible because the radiation has a well-defined polarization - linear in the plane of orbit w with additional right-circular, or left-circular, components for emission an생es above, or below, t the horizontal, respectively. Since the synchrotron light is emitted from a bunch of charge c circulating in a ring the light is emitted with a well-defined time structure with a short flash of l light every time a bunch passes an exit port. The time structure depends on the size of the ring a and the number and sequence of filling of the bunches. A pulsed light source enables time¬r resolved studies to be performed which provide direct information on the lifetimes and decay m modes of excited states and in addition opens up the possibility of using time of flight t techniques for spectroscopic studies. The fact that synchrotron radiation is produced in a clean u ultrahi야 vacuum environment is of gr않t importance for surce science studies. The current t비rd generation synchrotron light sources provide exceptionally high baliance and stability a and open up possibilities for experiments which would have been inconceivable only a short time ago.
Background: Industrial X-ray CT system is normally applied to non-destructive testing (NDT) for industrial product made from metal. Furthermore there are some special CT systems, which have an ability to inspect nuclear fuel assemblies or rocket motors, using high power and high energy (more than 6 MeV) pulsed X-ray source. In these case, pulsed X-ray are produced by the electron linear accelerator, and a huge number of photons with a wide energy spectrum are produced within a very short period. Consequently, it is difficult to measure the X-ray energy spectrum for such accelerator-based X-ray sources using simple spectrometry. Due to this difficulty, unexpected images and artifacts which lead to incorrect density information and dimensions of specimens cannot be avoided in CT images. For getting highly precise CT images, it is important to know the precise energy spectrum of emitted X-rays. Materials and Methods: In order to realize it we investigated a new approach utilizing the Bayesian estimation method combined with an attenuation curve measurement using step shaped attenuation material. This method was validated by precise measurement of energy spectrum from a 1 MeV electron accelerator. In this study, to extend the applicable X-ray energy range we tried to measure energy spectra of X-ray sources from 6 and 9 MeV linear accelerators by using the recently developed method. Results and Discussion: In this study, an attenuation curves are measured by using a step-shaped attenuation materials of aluminum and steel individually, and the each X-ray spectrum is reconstructed from the measured attenuation curve by the spectrum type Bayesian estimation method. Conclusion: The obtained result shows good agreement with simulated spectra, and the presently developed technique is adaptable for high energy X-ray source more than 6 MeV.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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