Dissertations / Theses on the topic 'Timing detectors'
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Carulla, Areste Maria del Mar. "Thin LG AD timing detectors for the ATLAS experiment." Doctoral thesis, Universitat Autònoma de Barcelona, 2019. http://hdl.handle.net/10803/667283.
Full textThe Large Hadron Collider (LHC) with its 27 kilometer in circumference is the world's largest and most powerful particle accelerator. The LHC was designed to collide protons at 14 TeV energy at the center-of-mass. The design luminosity is 1034 cm2 s-1, which is achieved with 2808 circulating bunches, each with - 1011 protons. Bunches are spaced by 25ns, corresponding to a collision rate of 40 MHz at each of the four interaction points. The main priority of the European Strategy for P article Physics is the exploitation of the full potential of the LHC. An upgrade of the LHC to the high-luminosity LHC (HL-LHC) was planned for this purpose. The HL-LHC will require an upgrade of the machine and detectors with a view to collecting ten times more data than in the initial design, by around 2030. The major challenges for the high-luminosity phase are the occupancy, pile-up, high data rates, and radiation tolerance of the detectors. The increase in occupancy will be mitigated using higher granularity. Fast timing detectors with time resolution in the range of 30 ps will be used to reduce pile-up. Fur thermore , precision timing will provide additional physics capabilities. The purpose of the present thesis is the design, development and study of silicon detectors with high granularity and 30 ps time resolution suitable for the upgrade of the A Toroidal LHC Apparatus (ATLAS) experiment in the HL-LHC phase. Low Gain Avalanche Detectors (LGAD) have been proposed by RD50 collaboration as timing detectors for the Endcap Timing Layer (ETL) of ATLAS experiment. Three different strategies have been studied in order to fulfil with the high granularity, time resolution and radiation hardness specifications of devices for the ET L. The first strategy has consisted in detectors thickness reduction to decrease its collection time, rise time and intrinsic Landau noise. The second strategy has been the minimization of the capacitance developing strips and pixels with gain. Finally, the last strategy has lied in the use of other dopants to reduce radiation effects as boron removal. The structure of the thesis is as follows: chapter 2 introduces the major issues in the LHC upgrade, the CERN experiments, the required specifications of particle detectors for the HL LHC phase, their working principles, the measurement of time resolution, the microscopic and macroscopic radiation effects, and the state of the art in timing detectors; chapter 3 presents the technological and electrical simulation of the designed devices after the calibration of the technological simulation with the process characterization; chapter 4 gives an outline of the different device processes; chapter 5 presents the obtained results of unirradiated and irradiated devices; chapter 6 condenses the simulation, production and results of inverse Low Gain Avalanche Detectors (i-LGAD), and chapter 7 reports the conclusions and future work of the measured devices.
Najafi, Faraz. "Timing performance of superconducting nanowire single-photon detectors." Thesis, Massachusetts Institute of Technology, 2015. http://hdl.handle.net/1721.1/97816.
Full textCataloged from PDF version of thesis.
Includes bibliographical references (pages 83-89).
Superconducting nanowire single-photon detectors (SNSPDs) are becoming increasingly popular for applications in quantum information and long-distance communication. While the detection efficiency of SNSPDs has significantly improved over time, their timing performance has largely remained unchanged. Furthermore, the photodetection process in superconducting nanowires is still not fully understood and subject to ongoing research. In this thesis, I will present a systematic study of the timing performance of different types of nanowire single-photon detectors. I will analyze the photodetection delay histogram (also called instrument response function IRF) of these detectors as a function of bias current, nanowire width and wavelength. The study of the IRF yielded several unexpected results, among them a wavelength-dependent exponential tail of the IRF and a discrepancy between experimental photodetection delay results and the predicted value based on the electrothermal model. These results reveal some shortcomings of the basic models used for SNSPDs, and may include a signature of the initial process by which photons are detected in superconducting nanowires. I will conclude this thesis by presenting a brief introduction into vortices, which have recently become a popular starting point for photodetection models for SNSPDs. Building on prior work, I will show that a simple image method can be used to calculate the current flow in presence of a vortex, and discuss possible implications of recent vortex-based models for timing jitter.
by Faraz Najafi.
S.M.
Sjöström, Fredrik. "Auto-triggering studies of Low Gain Avalanche Detectors for the ATLAS High-Granularity Timing Detector." Thesis, KTH, Fysik, 2019. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-253905.
Full textLacasa, Calvo Luis. "Investigation of Variety of Non-CoherentFront end Detectors For Timing Estimation." Thesis, KTH, Signalbehandling, 2013. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-138045.
Full textStrazzi, Sofia. "Study of first thin LGAD prototypes for the ALICE 3 timing layers." Master's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2021. http://amslaurea.unibo.it/24382/.
Full textSidorova, Mariia. "Timing Jitter and Electron-Phonon Interaction in Superconducting Nanowire Single-Photon Detectors (SNSPDs)." Doctoral thesis, Humboldt-Universität zu Berlin, 2021. http://dx.doi.org/10.18452/22296.
Full textThis Ph.D. thesis is based on the experimental study of two mutually interconnected phenomena: intrinsic timing jitter in superconducting nanowire single-photon detectors (SNSPDs) and relaxation of the electron energy in superconducting films. Microscopically, a building element of any SNSPD device, a superconducting nanowire on top of a dielectric substrate, represents a complex object for both experimental and theoretical studies. The complexity arises because, in practice, the SNSPD utilizes strongly disordered and ultrathin superconducting films, which acoustically mismatch with the underlying substrate, and implies a non-equilibrium state. This thesis addresses the complexity of the most conventional superconducting material used in SNSPD technology, niobium nitride (NbN), by applying several distinct experimental techniques. As an emerging application of the SNSPD technology, we demonstrate a prototype of the dispersive Raman spectrometer with single-photon sensitivity.
Feroci, M., E. Bozzo, S. Brandt, M. Hernanz, der Klis M. van, L. P. Liu, P. Orleanski, et al. "The LOFT mission concept: a status update." SPIE-INT SOC OPTICAL ENGINEERING, 2016. http://hdl.handle.net/10150/622719.
Full textJohnson, Jeremy Ryan. "Fault propagation timing analysis to aid in the selection of sensors for health management systems." Diss., Rolla, Mo. : University of Missouri--Rolla i.e. [Missouri University of Science and Technology], 2008. http://scholarsmine.mst.edu/thesis/pdf/Johnson_09007dcc804bcda7.pdf.
Full textVita. The entire thesis text is included in file. Title from title screen of thesis/dissertation PDF file (viewed May 19, 2008) Degree granted by Missouri University of Science and Technology, formerly known as University of Missouri--Rolla. Includes bibliographical references (p. 39-41).
Hancock, Jason. "Evaluation of the timing characteristics of various PET detectors using a time alignment probe." Thesis, McGill University, 2007. http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=18467.
Full textL'alignement de temps est effectué sur un TEP conventionnelle pour réduire le bruit dans l'image causé par des interactions hasard. Dans les appareils utilisant le temps-de-vol, cet alignement est essentiel pour bien connaitre la position exacte de l'annihilation. Traditionnellement, l'alignement est un processus répétitif accompli en ajustant les décalés de temps et en enregistrant le taux de compte jusqu'il soit maximisé. Nous avons créé un détecteur de positron que nous pouvons placer l'intrieur du PET. Ceci nous permet d'aligner chaque cristal dans le scanner au même événement (la détection de positron), et de fournir une référence constante à chaque cristal. Ceci augmente la précision et la vitesse de l'alignement.
Sjölin, Martin. "On the Fundamental Limitations of Timing and Energy Resolution for Silicon Detectors in PET Applications." Thesis, KTH, Fysik, 2012. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-101790.
Full textSidorova, Mariia [Verfasser]. "Timing Jitter and Electron-Phonon Interaction in Superconducting Nanowire Single-Photon Detectors (SNSPDs) / Mariia Sidorova." Berlin : Humboldt-Universität zu Berlin, 2021. http://d-nb.info/1226153380/34.
Full textThalhammer, Christof. "Improving the light yield and timing resolution of scintillator-based detectors for positron emission tomography." Doctoral thesis, Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät, 2015. http://dx.doi.org/10.18452/17248.
Full textPositron emission tomography (PET) is a powerful medical imaging methodology to study functional processes. The light yield and coincident resolving time (CRT) of scintillator-based PET detectors are constrained by optical processes. These include light trapping in high refractive index media and incomplete light collection by photosensors. This work proposes the use of micro and nano optical devices to overcome these limitations with the ultimate goal to improve the signal-to-noise ratio and overall image quality of PET acquisitions. For this, a light concentrator (LC) to improve the light collection of silicon photomultipliers on the Geiger-cell level is studied. Further, two-dimensional photonic crystals (PhCs) are proposed to reduced light trapping in scintillators. The concepts are studied in detail using optical Monte Carlo simulations. To account for the diffractive properties of PhCs, a novel combined simulation approach is presented that integrates results of a Maxwell solver into a ray tracing algorithm. Samples of LCs and PhCs are fabricated with various semiconductor technologies and evaluated using a goniometer setup. A comparison between measured and simulated angular characteristics reveal very good agreement. Simulation studies of implementing LCs and PhCs into a PET detector module predict significant improvements of the light yield and CRT. Also, combining both concepts indicates no adverse effects but a rather a cumulative benefit for the detector performance. Concentrator experiments with individual scintillators confirm these simulation results. Realizing the challenges of transferring PhCs to scintillators, a novel fabrication method called direct nano imprinting is evaluated. The feasibility of this approach is demonstrated on glass wafers. The work concludes with a discussion of the benefits and drawbacks of LCs and PhCs and their implications for future PET systems.
Laso, Garcia Alejandro. "Timing Resistive Plate Chambers with Ceramic Electrodes." Doctoral thesis, Saechsische Landesbibliothek- Staats- und Universitaetsbibliothek Dresden, 2015. http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-163270.
Full textVignola, Gianpiero. "Time resolution study of SiPMs as tracker elements for the ALICE 3 timing layer." Master's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2021. http://amslaurea.unibo.it/23512/.
Full textCAPELLI, SIMONE. "Search for lepton flavour violating τ^+ → µ^+ µ^− µ^+ decay at LHCb and study on MCP-PMT detector for future LHCb Upgrade." Doctoral thesis, Università degli Studi di Milano-Bicocca, 2023. https://hdl.handle.net/10281/403459.
Full textThe physics analysis has been the primary focus of my research activity during the PhD. Within the CERN LHCb collaboration, I've performed an analysis of data collected during the LHC Run2 (2016, 2017 and 2018). The aim of this work is the search for the decay of the τ lepton into three muons (τ^+→µ^+µ^-µ^+), a decay that would violate the conservation of charged lepton flavour number (cLFV). The lepton flavour is an accidental symmetry of the Standard Model, and without the oscillations of neutrinos such decay would be prohibited. In the Minimal extended Standard Model the branching ratio B(τ^+→µ^+µ^-µ^+) is expected to be O($10^{-55}$), well below current and foreseen experimental sensitivity. Theories of physics beyond the Standard Model predict an enhancement of the τ^+→µ^+µ^-µ^+ decay within present experimental sensitivity O($10^{-10}$). This decay has not been observed to date, only upper limits have been established by B-factories (BaBar, Belle) or by hadron collider experiments (LHCb). The upper limit improvement implies strengthen of the constraints on exotic theories, while an observation of the decay would be a clear signal of New Physics. The analysis is performed separately for each year, and the data is divided into two subsamples depending on the number of muon candidates triggered by the LHCb muon system. Multivariate models are used to distinguish signal and background to enhance the signal sensitivity, and to define correction for data-simulation agreement. The Ds^+→φ(µ^+µ^-)π^+ channel is used as a reference channel to estimate the upper limit on the branching fraction. The expected upper limit is computed with the CLs method and results in 1.8(2.2)x10$^{-8}$ at 90%(95%) C.L.. The τ^+→µ^+µ^-µ^+ is an example of a very rare decay, and the analysis involving such decays will benefit from the increment of statistics that will be collected in the current Run3 and in the following Run4 period of data taking at the upgraded LHCb. The High-Luminosity phase of LHCb, starting with Run5 of the LHC, will provide a further boost to the amount of available data. The LHCb detector will need to undergo a second upgrade, to cope with the x10 increase of luminosity. Numerous studies and R&D projects are currently working on the development of technologies for the future detectors of LHCb. A part of my PhD project was devoted to work on a candidate photodetector for the upgraded Ring Imaging Cherenkov (RICH). I've characterized the timing performance of a multianode microchannel plate photomultiplier (MCP-PMT) in single photon regime. For the second upgrade it has been proposed to improve particle identification performance exploiting the use of precise timing information to cope with the increased pileup. MCP-based devices show excellent time resolution, but their use is critical due to saturation at rate above ~100kHz/mm$^2$. The expected rate that the future devices will have to stand is ~10MHz/mm$^2$. The Auratek-Square MCP-PMT produced by Photek is 53x53mm device with 64x64 anodes grouped into 8x8 pixels. The dependence of the time resolution from the bias voltage and the photon rate was assessed. When operating as single photon counter at low photon rate and with a single pixel illuminated it shows a transit time spread (jitter) of ~100ps FWHM, saturating at high rate, above ~100kHz/mm$^2$. Lowering the bias voltage between the photocathode and the MCP input or between the MCP slabs can reduce the worsening of the time resolution at high rate. The charge sharing between the neighbouring pixels can degrade the time resolution to ~170ps FWHM when the entire pixel area is illuminated, and could become a major crosstalk source if not accounted for.
Sohl, Lukas. "Development of PICOSEC-Micromegas for fast timing in high rate environments." Thesis, université Paris-Saclay, 2020. http://www.theses.fr/2020UPASP084.
Full textFuture particle physics experiments will face an increasing particle flux with rising beam luminosity. Detectors close to the interaction point will need to provide robustness against the high particle flux. Moreover, a time resolution of tens of picosecond for Minimum Ionising Particles will be necessary to ensure a clear vertex separation of the reconstructed secondary particles and to reduce pile-up. This manuscript focusses on the PICOSEC-Micromegas, an innovative particle detector based on the Micromegas readout coupled to a Cherenkov radiator and a photocathode in front of the gaseous volume. In this way, each primary electron is located on the surface of the photocathode, suppressing thus the inevitable time jitter of several nanoseconds, due to the different ionisation positions created by the passage of a particle from the drift region of a gaseous detector. The drift region length is reduced to the same order of magnitude as the amplification region (100-200 μm) to minimise direct gas ionisation, and it is additionally used as a pre-amplification stage. A mathematical model, based on GARFIELD++ simulations, is developed to describe the propagation of the pre-amplification avalanche showing that the length and multiplication of the avalanche in the drift region is the dominant factor in the timing performance. The PICOSEC-Micromegas concept is studied with several prototypes optimising the electric fields, the drift distance, and the gas mixture in the LIDYL (Laboratoire Interactions, Dynamiques et Lasers) UV laser facility. A single photoelectron time resolution of ~44 ps is measured with the shortest tested drift region length of 119,μm and the highest stable field setting. Measurements performed in the secondary particle beam at CERN have resulted in a time resolution of 24 ps for 150 GeV muons with a drift region length of 200 μm and a CsI photocathode providing 10 photoelectrons per MIP. In order to evolve from the detection concept to a versatile instrument, several prototypes are developed, focusing on specific properties needed for future applications: anode segmentation, spark quenching, photocathode efficiency and robustness for higher particle flux. An hexagonal segmented multipad prototype is tested in the beam with a time resolution of ~36 ps in the central pad. The operation in high rate environments is studied with different resistive strip and floating strip anodes resistive detectors in muon and pion beams. Time resolutions significantly under 100 ps and stable operation in the pion beam are achieved with all resistive prototypes. Robust photocathode materials, as an alternative to CsI, are investigated to reduce degradation from the ion-backflow generated in the pre-amplification avalanche. The most promising materials are diamond-like carbon (DLC) and boron carbide (B4C). Considering all the results achieved, two application cases are projected with the PICOSEC-Micromegas detector. The first one is the use in a calorimeter as a timing layer. Many secondary particles are produced in an electromagnetic calorimeter after few radiation lengths and a time resolution down to ~5 ps is expected with the PICOSEC-Micromegas. The second one is particle identification trough time-of-flight (TOF) measurements. The PICOSEC-Micromegas is expected to double the momentum range of current TOF detectors for π/Κ separation with 3σ
Thalhammer, Christof Verfasser], Thoralf [Akademischer Betreuer] Niendorf, Oliver [Akademischer Betreuer] [Benson, and Uwe [Akademischer Betreuer] Pietrzyk. "Improving the light yield and timing resolution of scintillator-based detectors for positron emission tomography / Christof Thalhammer. Gutachter: Thoralf Niendorf ; Oliver Benson ; Uwe Pietrzyk." Berlin : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät, 2015. http://d-nb.info/107445930X/34.
Full textThalhammer, Christof [Verfasser], Thoralf [Akademischer Betreuer] Niendorf, Oliver [Akademischer Betreuer] Benson, and Uwe [Akademischer Betreuer] Pietrzyk. "Improving the light yield and timing resolution of scintillator-based detectors for positron emission tomography / Christof Thalhammer. Gutachter: Thoralf Niendorf ; Oliver Benson ; Uwe Pietrzyk." Berlin : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät, 2015. http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:11-100231219.
Full textThalhammer, Christof [Verfasser], Thoralf Akademischer Betreuer] Niendorf, Oliver [Akademischer Betreuer] [Benson, and Uwe [Akademischer Betreuer] Pietrzyk. "Improving the light yield and timing resolution of scintillator-based detectors for positron emission tomography / Christof Thalhammer. Gutachter: Thoralf Niendorf ; Oliver Benson ; Uwe Pietrzyk." Berlin : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät, 2015. http://d-nb.info/107445930X/34.
Full textYang, Hengzhao. "Task scheduling in supercapacitor based environmentally powered wireless sensor nodes." Diss., Georgia Institute of Technology, 2013. http://hdl.handle.net/1853/48962.
Full textGolnik, Christian. "Treatment verification in proton therapy based on the detection of prompt gamma-rays." Doctoral thesis, Saechsische Landesbibliothek- Staats- und Universitaetsbibliothek Dresden, 2017. http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-227948.
Full textHintergrund Strahlentherapie ist eine wichtige Modalität der therapeutischen Behandlung von Krebs. Das Ziel dieser Behandlungsform ist die Applikation einer bestimmten Strahlendosis im Tumorvolumen, wobei umliegendes, gesundes Gewebe nach Möglichkeit geschont werden soll. Bei der Bestrahlung mit einem hochenergetischen Protonenstrahl erlaubt die wohldefinierte Reichweite der Teilchen im Gewebe, in Kombination mit dem steilen, distalen Dosisgradienten, eine hohe Tumor-Konformalität der deponierten Dosis. Verglichen mit der klassisch eingesetzten Behandlung mit Photonen ergibt sich für eine optimiert geplante Behandlung mit Protonen ein deutlich reduziertes Dosisnivau im den Tumor umgebenden Gewebe. Motivation Die tatsächlich applizierte Reichweite der Protonen im Körper, und somit auch die lokal deponierte Dosis, ist stark abhängig vom Bremsvermögen der Materie im Strahlengang der Protonen. Bestrahlungspläne werden mit Hilfe eines Computertomographen (CT) erstellt, wobei die CT Bilder vor der eigentlichen Behandlung aufgenommen werden. Ein CT misst allerdings lediglich den linearen Schwächungskoeffizienten für Photonen in der Einheit Hounsfield Units (HU). Die Ungenauigkeit in der Umrechnung von HU in Protonen-Bremsvermögen ist, unter anderem, eine wesentliche Ursache für die Unsicherheit über die tatsächliche Reichweite der Protonen im Körper des Patienten. Derzeit existiert keine routinemäßige Methode, um die applizierte Dosis oder auch die Protonenreichweite in-vivo und in Echtzeit zu bestimmen. Um das geplante Dosisniveau im Tumorvolumen trotz möglicher Reichweiteunterschiede zu gewährleisten, werden die Bestrahlungspläne für Protonen auf Robustheit optimiert, was zum Einen das geplante Dosisniveau im Tumorvolumen trotz auftretender Reichweiteveränderungen sicherstellen soll, zum Anderen aber auf Kosten der möglichen Dosiseinsparung im gesunden Gewebe geht. Zusammengefasst kann der Hauptvorteil einer Therapie mit Protonen wegen der Unsicherheit über die tatsächlich applizierte Reichweite nicht wirklich realisiert. Eine Methode zur Bestimmung der Reichweite in-vivo und in Echtzeit wäre daher von großem Nutzen, um das theoretische Potential der Protonentherapie auch in der praktisch ausschöpfen zu können. Material und Methoden In dieser Arbeit werden zwei Konzepte zur Messung prompter Gamma-Strahlung behandelt, welche potentiell zur Bestimmung der Reichweite der Protonen im Körper eingesetzt werden können. Prompte Gamma-Strahlung entsteht durch Proton-Atomkern-Kollision auf einer Zeitskala unterhalb von Picosekunden entlang des Strahlweges der Protonen im Gewebe. Aufgrund der prompten Emission ist diese Form der Sekundärstrahlung ein aussichtsreicher Kandidat für eine Bestrahlungs-Verifikation in Echtzeit. Zum Einen wird die Anwendbarkeit von Compton-Kameras anhand eines Prototyps untersucht. Dabei zielt die Messung auf die Rekonstruktion des örtlichen Emissionsprofils der prompten Gammas ab. Zum Zweiten wird eine, im Rahmen dieser Arbeit neu entwickelte Messmethode, das Prompt Gamma-Ray Timing (PGT), vorgestellt und international zum Patent angemeldet. Im Gegensatz zu bereits bekannten Ansätzen, verwendet PGT die endliche Flugzeit der Protonen durch das Gewebe und bestimmt zeitliche Emissionsprofile der prompten Gammas. Ergebnisse Compton Kamera: Die örtliche Emissionsverteilung einer punktförmigen 22-Na Quelle wurde wurde bei einer Photonenenergie von 1.275 MeV nachgewiesen. Dabei konnten sowohl die absolute Quellposition als auch laterale Verschiebungen der Quelle rekonstruiert werden. Da prompte Gamma-Strahlung Emissionsenergien von einigen MeV aufweist, wurde als nächster Schritt ein Bildrekonstruktionstest bei 4.44 MeV durchgeführt. Ein geeignetes Testsetup wurde am Tandetron Beschleuniger am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Deutschland, identifiziert, wo eine monoenergetische, punktförmige Emissionverteilung von 4.44 MeV Photonen erzeugt werden konnte. Für die Detektoren des Prototyps wurden zum Einen die örtliche und zeitliche Auflösung sowie die Energieauflösungen untersucht. Zum Anderen wurde die Emissionsverteilung der erzeugten 4.44 MeV Quelle rekonstruiert und die zugehörige Effizienz des Prototyps experimentell bestimmt. PGT: Für das neu vorgeschlagene Messverfahren PGT wurden im Rahmen dieser Arbeit die theoretischen Grundlagen ausgearbeitet und dargestellt. Darauf basierend, wurde ein Monte Carlo (MC) Code entwickelt, welcher die Modellierung von PGT Spektren ermöglicht. Am Protonenstrahl des Kernfysisch Verschneller Institut (KVI), Groningen, Niederlande, wurden zeitaufgelöste Spektren prompter Gammastrahlung aufgenommen und analysiert. Durch einen Vergleich von experimentellen und modellierten Daten konnte die Gültigkeit der vorgelegten theoretischen Überlegungen quantitativ bestätigt werden. Anhand eines hypothetischen Bestrahlungsszenarios wurde gezeigt, dass der statistische Fehler in der Bestimmung der Reichweite mit einer Genauigkeit von 5 mm bei einem Konfidenzniveau von 90 % für einen einzelnen starken Spot 5x10E8 Protonen mit PGT erreichbar ist. Schlussfolgerungen Für den Compton Kamera Prototyp wurde gezeigt, dass eine Bildgebung für Gamma-Energien einiger MeV, wie sie bei prompter Gammastrahlung auftreten, möglich ist. Allerdings erlaubt die prinzipielle Abbildbarkeit noch keine Nutzbarkeit unter therapeutischen Strahlbedingungen nicht. Der wesentliche und in dieser Arbeit nachgewiesene Hinderungsgrund liegt in der niedrigen (gemessenen) Nachweiseffizienz, welche die Anzahl der validen Daten, die für die Bildrekonstruktion genutzt werden können, drastisch einschränkt. PGT basiert, im Gegensatz zur Compton Kamera, auf einem einfachen zeit-spektroskopischen Messaufbau. Die kollimatorfreie Messmethode erlaubt eine gute Nachweiseffizienz und kann somit den statistischen Fehler bei der Reichweitenbestimmung auf ein klinisch relevantes Niveau reduzieren. Die guten Ergebnissen und die ausgeführten Abschätzungen für therapeutische Bedingungen lassen erwarten, dass PGT als Grundlage für eine Bestrahlungsverifiktation in-vivo und in Echtzeit zügig klinisch umgesetzt werden kann
Enchakalody, Binu Eapen. "Timing-Pulse Measurement and Detector Calibration of the OsteoQuant." Wright State University / OhioLINK, 2009. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=wright1247359338.
Full textAgapopoulou, Christina. "Search for supersymmetry with the ATLAS detector and development of the High Granularity Timing Detector." Thesis, université Paris-Saclay, 2020. http://www.theses.fr/2020UPASP019.
Full textThe Standard Model of particle physics is an extremely successful theoretical framework, describing the elementary particles and their interactions.With the discovery of the Higgs boson by the ATLAS and CMS experiments in 2012, the Standard Model is now complete. However, open questions remain unanswered, calling for a larger theoretical model that encapsulates the Standard Model, while providing mechanisms for the unexplained phenomena. Supersymmetry offers such a framework by introducing a new symmetry between bosons and fermions. It provides potential solutions to the hierarchy problem for the Higgs boson mass and also offers a candidate to explain the dark matter of the universe.The first part of this thesis is the search for supersymmetry with the ATLAS detector at LHC, using the full dataset of Run 2, amounting to an integrated luminosity of 139 fb⁻¹. The focus is on the search for squarks and gluinos, the "super-partners" of quarks and gluons, in models where R-parity is conserved and in final states with jets and large missing transverse momentum. My main contribution to this analysis was the development and optimization of a novel technique named Multi-Bin fit to enhance the signal to background separation and extend the exclusion reach of the search. The expected gain in the excluded cross section from using a Multi-Bin fit configuration, opposed to the traditional "cut&count" approach, was estimated to be 40 - 70 % in the studied models. In addition, I worked on the statistical inference of the search, ranging from the evaluation of various systematics to the interpretation of the results in various simplified supersymmetric models. No excess above the Standard Model prediction was found and therefore squarks and gluinos with masses up to 1.85 TeV and 2.34 TeV were excluded, respectively. This result is a significant improvement over the previous round of the analysis and one of the strongest constraints on squark and gluino masses today.The high-luminosity data acquisition phase (HL-LHC) will see an increase of the collision rate by a factor of 5 to 7. In order to mitigate the increase of pile-up, ATLAS will install a new highly granular silicon detector with a very good time resolution that would be located at the forward region, the High Granularity Timing Detector (HGTD). The goal of this detector is to provide a time resolution better than 50 ps per track. The second part of this thesis focuses on two main aspects in the development of HGTD. On one hand, I performed simulation studies to evaluate the occupancy and read-out requirements of the detector under various geometries. The occupancy of the detector must remain below 10%, in order to correctly assign energy deposits to tracks crossing the detector. It was found that this requirement was met with a sensor size of 1.3 x 1.3 mm², which is now the baseline for the future detector. Additionally, the organization of the on-detector read-out system was optimised, in order to maximise the available space and minimise the necessary components. The performance of any silicon detector is strongly linked to the design of the front-end electronic circuit. As part of my work in HGTD, I also participated in the characterization of two front-end electronic prototypes, ALTIROC0 and ALTIROC1, both in laboratory with a calibration system and in testbeam with highly energetic electrons and protons. The temporal resolution was found to be better than 55 ps in all tested devices, with a best achieved performance of 34 ps
Holmberg, Mei-Li. "Studies of Low Gain Avalanche Detector prototype sensors for the ATLAS High-Granularity Timing Detector." Thesis, KTH, Fysik, 2019. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-253906.
Full textPoll, Tony. "A novel algorithm for exotic particle reconstruction using detector timing." Thesis, University of Bristol, 2015. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.685553.
Full textNash, Jonathan. "Application of the direct timing method in the ZEUS Central Tracking Detector." Thesis, University of Oxford, 1990. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.276830.
Full textAllaire, Corentin. "ATLAS : Search for Supersymmetry and optimization of the High Granularity timing detector." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLS316/document.
Full textThe Standard Model of particle physics has been extremely successful in describing the elementary particles and their interactions. Nevertheless, there are open questions that are left unanswered. Whether supersymmetry can provide answers to some of these is being studied in 13 TeV proton-proton collisions in the ATLAS experiment at the LHC. In this thesis a search for pair produced colored particles in ATLAS decaying into pairs of jets using data from 2016, 2017 and 2018 is presented. Such particles would escape standard Supersymmetry searches due to the absence of missing transverse energy in the final state. Stops decaying via a R-parity violating coupling and sgluon, scalar partners of the gluino, were considered. In the absence of a signal, an improvement of 200 GeV on the limit on the stop mass is expected. The HL-LHC will increase the integrated luminosity delivered to probe even higher mass ranges as well as improving the precision of Standard model measurements. The instantaneous luminosity will be increased by a factor 5 and an integrated luminosity of 4000 fb⁻¹ should be reached by the end of the LHC in 2037.A study of the Higgs coupling measurement prospects at the HL-LHC using SFitter is performed. Using the Delta and EFT framework shows that the increase in luminosity will result in a significant improvement of the precision of the measurement of the couplings. The High granularity timing detector detector will be installed in ATLAS for the HL-LHC. A simulation of the detector that takes into account the timing resolution was developed and used to optimize its layout. The detector performance was studied. More than 80 % of the tracks have their time correctly reconstructed with a resolution of 20 ps before irradiation and 50 ps after. Using the timing information, the electron isolation efficiency is improved by 10 %
Zimmermann, Sebastian [Verfasser]. "Development of the Fast Timing PANDA Barrel Time-of-Flight Detector / Sebastian Zimmermann." Gießen : Universitätsbibliothek, 2021. http://d-nb.info/1230476105/34.
Full textCendes, Yvette N. "An Extended Study on the Effects of Incorrect Coordinates on Surface Detector Timing." Case Western Reserve University School of Graduate Studies / OhioLINK, 2011. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=case1310742128.
Full textBackman, Filip. "Analysis of Test Beam Data for Sensors in the High Granularity Timing Detector." Thesis, KTH, Fysik, 2017. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-210240.
Full textPIGAZZINI, SIMONE. "Search for anomalous production of high energy photon events with the CMS detector at the LHC and prospects for HL-LHC." Doctoral thesis, Università degli Studi di Milano-Bicocca, 2018. http://hdl.handle.net/10281/198972.
Full textAlthough the Standard Model of particle physics (SM) describes with extreme success the fundamental interactions of matter it does not provide a solution for open questions of modern physics. The nature of cosmological dark matter, a quantum description of gravity and the hierarchy problem cannot included in the framework of the SM. For this reason several extensions have been proposed throughout the years to address these open problems. The beyond the standard model (BSM) frameworks often predict the existence of additional particles, either arising from additional symmetries introduced by the model or by the inclusion of gravity. Part of the parameter space of these models can be covered by experiments at LHC, since the predicted particles can have masses in the TeV range. The diphoton resonant production is sensitive to spin-0 and spin-2 BSM resonances. These can be originated by wrapped extra dimensions or extension of the Higgs sector which are typically included in BSM models. The excellent energy resolution achieved with the CMS electromagnetic calorimeter (ECAL) and the clean signature of the dipho- ton events makes this channel very attractive as a tool for the search of exotic resonances. The sensitivity of the search in the diphoton channel is subordinated to the ECAL energy resolution and the precision on the location of the interaction vertex. The search pre- sented in this work has been conducted on data collected by the CMS experiment at LHC with proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV, for a total integrated luminosity of 35.9fb −1 . No significant deviation from the Standard Model prediction has been highlighted by the analysis, thus exclusion limits on the graviton production cross- section have been established in the context of the Randall-Sundrum extra dimensions model. The limits varies between 6 fb and 0.1 fb depending on the mass and coupling of the resonance in the 0.5 < m < 4.5 TeV and 0.01 < κ < 0.2 ranges. The LHC program foresees an high luminosity phase starting from 2026 (HL-LHC), during which the instantaneous luminosity will reach the record value of 7.5×10 34 cm −2 s −1 , five times the current one. On one hand higher instantaneous luminosity will bring benefits to the physics analysis by providing a dataset 10 times larger than what will be available during the LHC phase but, on the other hand will pose severe challenges to the event reconstruction given the high number of overlapping collisions. CMS is already planning various actions and detector upgrades to match the physics goal of HL-LHC. Among those the introduction of time into the event reconstruction will require the installation of a completely new detector. Technologies suitable for the measurement of charged particles time with a precision of 30 ps have been identified through a series of tests with particles beam. In the same tests the intrinsic time resolution of the ECAL has been proved to be better than 20 ps for electrons and photons of at least 25 GeV. The R&D campaign has been coupled to simulation studies to quantify the expected gain in performance provided by a time-aware event reconstruction. The simulation studies show a general improvement for observable of interest for the HL-LHC physics program.
Szadaj, Antek. "Performance studies of Low-Gain Avalanche Diodes for the ATLAS High-Granularity Timing Detector." Thesis, KTH, Fysik, 2018. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-240145.
Full textTsivras, Sotirios-Ilias. "ALTO Timing Calibration : Calibration of the ALTO detector array based on cosmic-ray simulations." Thesis, Linnéuniversitetet, Institutionen för fysik och elektroteknik (IFE), 2019. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:lnu:diva-79429.
Full textPeille, Philippe. "Développement d'un simulateur pour le X-ray integral field unit : du signal astrophysique à la performance instrumentale." Thesis, Toulouse 3, 2016. http://www.theses.fr/2016TOU30236/document.
Full textThis thesis is dedicated to the development of an End-ta-End model for the X-IFU spectrocalorimeter scheduled for launch in 2028 on board the Athena mission and which will observe the X-ray universe with unprecedented precision. This work has been mainly organized in two parts. I studied first the dynamics of the innermost parts of low mass X-ray binaries using two specific probes of the accretion flow: type I X-ray bursts and kHz quasi-periodic oscillations (kHz QPOs). Starting from the archivai data of the Rossi X-ray Timing Explorer mission and using specific data analysis techniques, I notably highlighted for the first time a reaction of the latter to the former, confirming the tight link between this oscillation and the inner parts of the system. The measured recovery time was also found in conflict with recent claims of an enhancement of the accretion rate following these thermonuclear explosions. From the exhaustive spectral timing analysis of both kHz QPOs in 4U 1728-34, I further confirmed the inconsistancy of their lag energy spectra, pointing towards a different origin for these two oscillations. The study of their covariance spectra, obtained here for the first time, has revealed the key role of the Comptonization layer, and potentially of a more compact part of it, in the emission of the QPOs. In the second part of my thesis, I focused on the development of an End-to-:End simulator for the X-IFU capable of depicting the full process leading to an X-ray observation, from the photon emission by the astrophysical source to their on-board detection. I notably implemented tools allowing the precise comparison of different potential pixel array configurations taking into account the effects of the event reconstruction from the raw data coming from the readout electronics. This study highlighted the advantage of using hybrid arrays containing a small pixel sub-array capable of improving by an order of magnitude the count rate capability of the instrument. An alternative solution would consist in defocusing the mirror during the observation of bright point sources. Being a key component of the overall X-IFU performance, I also thoroughly compared different reconstruction methods of the pixel raw signal. This showed that with a minimal impact on the required on-board processing power, a significant improvement of the final energy resolution could be obtained from more sophisticated reconstruction methods. Taking into account the calibration constraints, the most promising candidate currently appears to be the so-called "resistance space analysis". Taking advantage of the obtained performance characterization of the different foreseen pixel types, I also developed a fast and modular simulation method of the complete instrument providing representative synthetic observations with long exposure times of complex astrophysical sources suffinguish different turbulence regimes in galaxy clusters and to measure abundance and temperature profiles. In the longer run, this simulator will be useful for the study of other scientific cases as well as the analysis of instrumental effects at the full detection plane level such as pixel crosstalk
Wilkinson, Christopher Richard. "The application of high precision timing in the high resolution fly's eye cosmic ray detector." Title page, contents and abstract only, 1998. http://hdl.handle.net/2440/37715.
Full textThesis (Ph.D.)--Department of Physics and Mathematical Physics, 1998.
Flick, Tobias. "Studies on the optical readout for the ATLAS Pixel Detector systematical studies on the functions of the back of crate card and the timing of the Pixel Detector /." [S.l.] : [s.n.], 2006. http://deposit.ddb.de/cgi-bin/dokserv?idn=982435762.
Full textEgidos, Plaja Núria. "On the digital design and verification of pixel detector ASICs for fast timing applications and other fields of science." Doctoral thesis, Universitat de Barcelona, 2021. http://hdl.handle.net/10803/671794.
Full textLa contribució principal consisteix en el disseny, implementació i verificació, mitjançant l’ús d’eines digitals, d’una xarxa de distribució de rellotge per a FastICpix, un detector píxel híbrid que processa fotons individualment. Aquesta xarxa distribueix una referència temporal de baixa freqüència (desenes de MHz) a la matriu de píxels, un rellotge que s’empra al mecanisme d’etiquetatge temporal de l’arribada de fotons. FastICpix s’adapta en àrea i mida del píxel per optimitzar la captura de càrrega elèctrica segons l’aplicació, i proporciona una fina resolució temporal (10 psRMS) en la detecció de fotons individuals. Per tal de complir aquests requisits, la xarxa es pot escalar en àrea i adaptar a la mida del píxel; i proporciona un ajustament fi de la fase (resolució de 20 ps) en la distribució del rellotge. Tot i que el disseny que es proposa no ha sigut fabricat en silici encara, es presenten simulacions digitals anotades amb els temps de propagació associats a les capacitats i resistències paràsites presents al circuit, que s’ha implementat al node de 65nm. L’arquitectura seleccionada compleix els requisits de resolució temporal i el consum de potència estimat de la xarxa no és la contribució dominant al total del consum del xip. Es proporciona pautes per escalar aquest disseny a la resta de geometries previstes al projecte FastICpix. D’altra banda, també s’ha implementat una estructura de verificació, basada en la Metodologia de Verificació Universal, per CLICTD, un sensor monolític segmentat i xip de lectura destinat al detector de silici de trajectòries per l’experiment Col·lisionador Linear Compacte. Aquest xip s’ha fabricat en un procés d’imatge CMOS de 180nm modificat. L’aplicació d’aquesta verificació exhaustiva i automatitzada va permetre corregir petits errors de disseny, la qual cosa va contribuir a l'exitosa operació del xip un cop fabricat.
Aliaga, Varea Ramón José. "Development of a data acquisition architecture with distributed synchronization for a Positron Emission Tomography system with integrated front-end." Doctoral thesis, Universitat Politècnica de València, 2016. http://hdl.handle.net/10251/63271.
Full text[ES] La Tomografía por Emisión de Positrones (PET) es una modalidad de imagen médica nuclear no invasiva que permite observar la distribución de sustancias metabólicas en el interior del cuerpo de un paciente tras marcarlas con isótopos radioactivos y disponer después un escáner anular a su alrededor para detectar su desintegración. Las principales aplicaciones de esta técnica son la detección y seguimiento de tumores en pacientes con cáncer y los estudios metabólicos en animales pequeños. El grupo de investigación Electronic Design for Nuclear Applications (EDNA) del Instituto de Instrumentación para Imagen Molecular (I3M) ha estado involucrado en el estudio de sistemas PET de alto rendimiento y mantiene un pequeño setup experimental con dos módulos detectores. La presente tesis se enmarca dentro de la necesidad de desarrollar un nuevo sistema de adquisición de datos (DAQ) para dicho setup que corrija los inconvenientes del ya existente. En particular, el objetivo es definir una arquitectura de DAQ que sea totalmente escalable, modular, y que asegure la movilidad y la posibilidad de reutilización de sus componentes, de manera que admita cualquier ampliación o alteración del setup y pueda exportarse directamente a los de otros grupos o experimentos. Al mismo tiempo, se desea que dicha arquitectura no limite artificialmente el rendimiento del sistema sino que sea compatible con las mejores resoluciones disponibles en la actualidad, y en particular que sus prestaciones superen a las del DAQ instalado previamente. En primer lugar, se lleva a cabo un estudio general de las arquitecturas de DAQ para setups experimentales para PET y otras aplicaciones de física de altas energías. Por un lado, se determina que las características deseadas implican la digitalización temprana de las señales del detector, la comunicación exclusivamente digital entre módulos, y la ausencia de trigger centralizado. Por otro lado, se hace patente la necesidad de un esquema de sincronización distribuida muy preciso entre módulos, con errores del orden de 100 ps, que opere directamente sobre los enlaces de datos. Un estudio de los métodos ya existentes revela sus graves limitaciones a la hora de alcanzar esas precisiones. Con el fin de paliarlos, se lleva a cabo un análisis teórico de la situación y se propone un nuevo algoritmo de sincronización que es capaz de alcanzar la resolución deseada y elimina las restricciones de alineamiento de reloj impuestas por casi todos los esquemas usuales. Dado que la medida de desfase entre relojes juega un papel crucial en el algoritmo propuesto, se definen y analizan extensiones a los métodos ya existentes que suponen una mejora sustancial. El esquema de sincronismo propuesto se valida utilizando placas de evaluación comerciales. Partiendo del método de sincronismo propuesto, se define una arquitectura de DAQ para PET compuesta de dos tipos de módulos (adquisición y concentración) cuya replicación permite construir un sistema jerárquico de tamaño arbitrario, y se diseñan e implementan placas de circuito basadas en dicha arquitectura para el caso particular de dos detectores. El DAQ así construído se instala finalmente en el setup experimental, donde se caracterizan tanto sus propiedades de sincronización como su resolución como sistema PET y se comprueba que sus prestaciones son superiores a las del sistema previo.
[CAT] La Tomografia per Emissió de Positrons (PET) és una modalitat d'imatge mèdica nuclear no invasiva que permet observar la distribució de substàncies metabòliques a l'interior del cos d'un pacient després d'haver-les marcat amb isòtops radioactius disposant un escàner anular al seu voltant per a detectar la seua desintegració. Aquesta tècnica troba les seues principals aplicacions a la detecció i seguiment de tumors a pacients amb càncer i als estudis metabòlics en animals petits. El grup d'investigació Electronic Design for Nuclear Applications (EDNA) de l'Instituto de Instrumentación para Imagen Molecular (I3M) ha estat involucrat en l'estudi de sistemes PET d'alt rendiment i manté un petit setup experimental amb dos mòduls detectors. Aquesta tesi neix de la necessitat de desenvolupar un nou sistema d'adquisició de dades (DAQ) per al setup esmentat que corregisca els inconvenients de l'anterior. En particular, l'objectiu és definir una arquitectura de DAQ que sigui totalment escalable, modular, i que asseguri la mobilitat i la possibilitat de reutilització dels seus components, de tal manera que admeta qualsevol ampliació o alteració del setup i pugui exportar-se directament a aquells d'altres grups o experiments. Al mateix temps, es desitja que aquesta arquitectura no introduisca límits artificials al rendiment del sistema sinó que sigui compatible amb les millors resolucions disponibles a l'actualitat, i en particular que les seues prestacions siguin superiors a les del DAQ instal.lat amb anterioritat. En primer lloc, es porta a terme un estudi general de les arquitectures de DAQ per a setups experimentals per a PET i altres aplicacions de física d'altes energies. Per una banda, s'arriba a la conclusió que les característiques desitjades impliquen la digitalització dels senyals del detector el més aviat possible, la comunicació exclusivament digital entre mòduls, i l'absència de trigger centralitzat. D'altra banda, es fa palesa la necessitat d'un mecanisme de sincronització distribuïda molt precís entre mòduls, amb errors de l'ordre de 100 ps, que treballi directament sobre els enllaços de dades. Un estudi dels mètodes ja existents revela les seues greus limitacions a l'hora d'assolir aquest nivell de precisió. Amb l'objectiu de pal.liar-les, es duu a terme una anàlisi teòrica de la situació i es proposa un nou algoritme de sincronització que és capaç d'obtindre la resolució desitjada i es desfà de les restriccions d'alineament de rellotges imposades per gairebé tots els esquemes usuals. Atès que la mesura del desfasament entre rellotges juga un paper cabdal a l'algoritme proposat, es defineixen i analitzen extensions als mètodes ja existents que suposen una millora substancial. L'esquema de sincronisme proposat es valida mitjançant plaques d'avaluació comercials. Prenent el mètode proposat com a punt de partida, es defineix una arquitectura de DAQ per a PET composta de dos tipus de mòduls (d'adquisició i de concentració) tals que la replicació d'aquests elements permet construir un sistema jeràrquic de mida arbitrària, i es dissenyen i implementen plaques de circuit basades en aquesta arquitectura per al cas particular de dos detectors. L'electrònica desenvolupada s'instal.la finalment al setup experimental, on es caracteritzen tant les seues propietats de sincronització com la seua resolució com a sistema PET i es comprova que les seues prestacions són superiors a les del sistema previ.
Aliaga Varea, RJ. (2016). Development of a data acquisition architecture with distributed synchronization for a Positron Emission Tomography system with integrated front-end [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/63271
TESIS
Premiado
Halliday, Robert Paul. "Electronics and Timing for the AugerPrime Upgrade and Correlation of Starburst Galaxies with Arrival Directions of Ultra High Energy Cosmic Rays." Case Western Reserve University School of Graduate Studies / OhioLINK, 2019. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=case1553599216169462.
Full textHeim, Timon [Verfasser]. "Performance of the Insertable B-Layer for the ATLAS Pixel Detector during Quality Assurance and a Novel Pixel Detector Readout Concept based on PCIe / Timon Heim." Wuppertal : Universitätsbibliothek Wuppertal, 2016. http://d-nb.info/1120027438/34.
Full textTIBURZI, CATERINA. "Multidisciplinary studies of pulsar data and applications to Pulsar Timinig Arrays." Doctoral thesis, Università degli Studi di Cagliari, 2015. http://hdl.handle.net/11584/266796.
Full textGüvenç, İsmail. "Towards practical design of impulse radio ultrawideband systems: Parameter estimation and adaptation, interference mitigation, and performance analysis." Scholar Commons, 2006. http://scholarcommons.usf.edu/etd/2541.
Full textSTRINGHINI, GIANLUCA. "Development of an innovative PET module." Doctoral thesis, Università degli Studi di Milano-Bicocca, 2019. http://hdl.handle.net/10281/241249.
Full textPositron emission tomography (PET) is a technique based on the detection of two back to back 511 keV gamma rays originated by a positron-electron annihilation. The aim of this project is to develop an innovative PET detector module with high performances, in term of spatial, energy and timing resolution while maintaining the overall complexity reasonably low. The proposed module is based on a pixellated LYSO matrix and MPPC detector. Compared to double side readout configuration in which the scintillators are read on both sides by detectors, one detector is replaced by an optical light guide and a reflector. The light collected by the second detector in the double side readout approach is instead recirculated and collected by the nearby detectors thanks to the light guide on top of the module. Enabling this light sharing mechanism allows rea- ching the same performances of a double side readout configuration decreasing the number of detector channels needed. Furthermore, it is possible to adopt a more than one to one coupling between scintillators and detector in order to further decrease the number of channels needed and to improve the spatial re- solution of the system. Studying the shared light distribution allows identifying the crystal in which the gamma ray interaction took place. Several matrices are tested with different coupling between scintillators and detectors (one to one, four to one and nine to one) and the results show good crystals identification capabilities and an energy resolution in the order of 12% FWHM (one to one and four to one configurations) and 16% FWHM (nine o one configuration). For small animal and organ dedicated PET devices, there is a spatial resolution degradation close to the edges of the field of view (FOV) due to parallax error. This effect is mitigated by knowing the interaction position along the crystal main axis and this information is known as depth of interaction (DOI). The DOI capabilities of the proposed module are tested and a value of 3 mm FWHM DOI resolution is reached for the one to one and four to one coupling configuration. For the nine to one configuration a DOI resolution of 4 mm FWHM is obtained. In order to reach the DOI information, an attenuation behavior over the crystal length is introduced but, as drawback, it decreases the timing performances of the proposed module. A method to reduce this effect is presented by including the DOI information in the evaluation of the timing resolution. The module shows a coincidence time resolution of 353 ps FWHM. The second part of this project is focused on the development of an image reconstruction software able to include both the DOI and timing information. The reconstruction algorithm is described and presented and a simulation study is performed in order to confirm the benefits of the DOI and timing in the image quality. Furthermore, a complete time of flight (TOF) study is performed evaluating the improvement of the signal to noise (SNR) ratio and spatial resolution as a function of the timing performances.
Grabas, Hervé. "Développement d'un système de mesure de temps de vol picoseconde dans l'expérience ATLAS." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00982076.
Full textHueso, González Fernando. "Nuclear methods for real-time range verification in proton therapy based on prompt gamma-ray imaging." Doctoral thesis, Saechsische Landesbibliothek- Staats- und Universitaetsbibliothek Dresden, 2016. http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-204988.
Full textBeschleunigte Protonen sind ausgezeichnete Kandidaten für die Behandlung von diversen Tumorarten. Diese geladenen Teilchen stoppen in einer bestimmten Tiefe, bei der die Ionisierungsdichte maximal ist. Da die deponierte Dosis hinter der distalen Kante sehr klein ist, minimiert die Protonentherapie den Schaden an normalem Gewebe verglichen mit der Photonentherapie. Inhärente Reichweitenunsicherheiten stellen jedoch die Bestrahlung von Tumoren in der Nähe von Risikoorganen in Frage und führen zur Anwendung von konservativen Sicherheitssäumen. Dadurch werden die potentiellen Vorteile der Protonen- gegenüber der Photonentherapie sowie ihre letzten Ziele eingeschränkt. Prompte Gammastrahlung, ein Nebenprodukt der Bestrahlung, welche mit der Dosisdeposition korreliert, ist eine zuverlässige Signatur um Reichweitenunterschiede zu detektieren und könnte sogar für eine dreidimensionale in vivo Dosimetrie genutzt werden. In dieser Arbeit werden zwei Methoden für Prompt Gamma-ray Imaging (PGI) erforscht: die Compton-Kamera (CK) und das Prompt Gamma-ray Timing (PGT)-Konzept. Des Weiteren soll deren Anwendbarkeit im klinischen Szenario diskutiert und verglichen werden. Die erste Methode strebt nach der Rekonstruktion der Emissionsdichtenverteilung der prompten Gammastrahlung und basiert auf einem iterativen Bildgebungsalgorithmus sowie auf mehreren positionsempfindlichen Detektoren. Diese werden in eine Streuer- und Absorberebene eingeteilt. Die zweite Methode ist vor Kurzem als eine Alternative zu kollimierten PGI Systemen vorgeschlagen worden, und beruht auf dem Prinzip der Zeitspektroskopie mit einem einzelnen monolithischen Detektor. Die Detektionszeiten der prompten Gammastrahlen beinhalten entscheidende Informationen über das Tiefendosisprofil aufgrund der messbaren Durchgangszeit von Ionen durch Materie. Am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) und OncoRay werden Detektorkomponenten in realistischen Strahlungsumgebungen als ein Schritt zur klinischen CK charakterisiert. Konventionelle Blockdetektoren, welche in kommerziellen Positronen-Emissions-Tomographie (PET)-Scannern zum Einsatz kommen und auf Cer dotiertem Lutetiumoxyorthosilikat - Lu2SiO5:Ce (LSO) oder Bismutgermanat - Bi4Ge3O12 (BGO) Szintillatoren basieren, sind geeignete Kandidaten für den Absorber einer CK wegen der hohen Dichte und Absorptionseffizienz im Energiebereich von prompten Gammastrahlen (mehrere MeV). LSO- und BGO-Blockdetektoren werden in klinisch relevanten Strahlungsfeldern in Bezug auf Energie-, Orts- und Zeitauflösung verglichen. Weiterhin werden zwei BGO-Blockdetektoren (von PET-Scannern), angeordnet als BGO Block Compton-Kamera (BBCK), benutzt, um die Bildgebung von hochenergetischen prompten Gammastrahlen zu untersuchen, die in homogenen Plexiglas-Targets durch einen Protonen-Bleistiftstrahl emittiert werden. Die Motivation hierfür ist, die Detektionseffizienz der Streuerebene zu maximieren, wobei jedoch die Energieauflösung vernachlässigt wird. Targetverschiebungen, sowie Änderungen der Targetdicke und der Teilchenenergie werden untersucht. In einer Kollaboration zwischen OncoRay, HZDR and IBA, wird der erste Test des PGT-Konzepts an einem klinischen Protonenbeschleuniger (Westdeutsches Protonentherapiezentrum Essen) mit mehreren Detektoren und heterogenen Phantomen durchgeführt. Die Sensitivität der Methode hinsichtlich Reichweitenveränderungen wird erforscht. Des Weiteren wird der Einfluss von Untergrund und Stabilität des Zeitprofils des Strahlenbündels untersucht, sowie die Zeitverschmierung des Bündels für verschiedene Protonenenergien charakterisiert. Für die Materialauswahl für den Absorber der CK ergibt sich, dass sich BGO dem lichtstärkeren LSO Szintillator angleicht. Der Grund dafür sind die höheren Energien der prompten Gammastrahlung im Vergleich zum PET Szenario, welche die Energie-, Orts- und Zeitauflösung von BGO stark verbessern. Anhand von offensichtlichen Änderungen der Rückprojektionsbilder zeigt sich, dass mit der BBCK Verschiebungen einer punktförmigen radioaktiven Quelle erfolgreich detektiert, Linienquellen rekonstruiert und Verschiebungen der Protonenreichweite um einen Zentimeter identifiziert werden. Für die PGT-Experimente können mit einem einzigen Detektor Reichweitenunterschiede von fünf Millimetern für definierte heterogene Targets bei klinisch relevanten Dosen detektiert werden. Dies wird durch den numerischen Vergleich der Spektrumform ermöglicht. Bei größerer Ereigniszahl können Reichweitenunterschiede von bis zu zwei Millimetern detektiert werden. Die experimentellen Daten werden durch analytische Modellierung wiedergegeben. Die CK und das PGT-Konzept sind ambitionierte Ansätze zur Verifizierung der Reichweite in der Protonentherapie basierend auf PGI. Intensive Detektorcharakterisierung und Tests an klinischen Einrichtungen sind Pflicht für die Entwicklung geeigneter Prototypen, da der Energiebereich prompter Gammastrahlung sich über mehrere MeV erstreckt, was nicht dem Normbereich der traditionellen medizinischen Anwendungen entspricht. Im Bezug auf die Materialauswahl der CK wird ersichtlich, dass BGO trotz der allgemeinen Überlegenheit von LSO für die Anwendung im Bereich PGI aufholt. Wegen des niedrigeren Preises, der höheren Photoabsorptionseffizienz und der nicht vorhandenen Eigenaktivität erscheint BGO als eine konkurrenzfähige Alternative für die Absorberebene der CK im Vergleich zu LSO. Die Ergebnisse der BBCK, welche mit relativ einfachen Mitteln gewonnen werden, heben die potentielle Anwendung von Compton-Kameras für die Bildgebung prompter hochenergetischer Gammastrahlen hervor. Trotzdem stellen technische Beschränkungen wie die mangelnde Anzahl von Messereignissen pro Bestrahlungspunkt (falls klinische Ströme genutzt werden) die Anwendbarkeit der CK als Echtzeit- und in vivo Reichweitenverifikationsmethode in der Protonentherapie in Frage. Die PGT-Methode ist ein alternativer Ansatz, welcher aufgrund der geringeren Kosten und der höheren Effizienz eine schnellere Umsetzung in die klinische Praxis haben könnte. Ein Protonenbunchmonitor, höherer Detektordurchsatz und eine quantitative Reichweitenrekonstruktion sind die weiteren Schritte in Richtung eines klinisch anwendbaren Prototyps, der signifikante Reichweitenunterschiede für die stärksten Bestrahlungspunkte detektieren könnte. Die experimentellen Ergebnisse unterstreichen das Potential dieser Reichweitenverifikationsmethode an einem klinischen Bleistiftstrahl und lassen diesen neuartigen Ansatz als eine vielversprechende Alternative auf dem Gebiet der in vivo Dosimetrie erscheinen
Gouzien, Élie. "Optique quantique multimode pour le traitement de l'information quantique." Thesis, Université Côte d'Azur (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019AZUR4110.
Full textThis thesis studies multimode quantum optics, from generation to detection of light. It focuses on three main parts. Multimode squeezed states generation within cavity is studied. More specifically, we take into account general quadratic Hamiltonian, which allows describing experiments involving arbitrary number of modes and pumps within a medium performing four-wave mixing. We describe a generic approach combining Green functions and symplectic matrix decomposition. This general theory is illustrated on specific cases. First, low-dimensional examples are given. Then, a synchronously pumped optical parametric oscillator (SPOPO) is described and studied; it shows a very distinct behavior from that of the SPOPO using second order non-linearity. This work opens way to the realization of quantum frequency combs with ring micro-resonators engraved on silicon. Single-photon detectors are described taking into account temporal degrees of freedom. We give positive-valued measurement operators describing such detectors including realistic imperfections such as timing-jitter, finite efficiency and dark counts. Use of those operators is illustrated on common quantum optics experiments. Finally, we show how time-resolved measurement allows improving the quality of state generated by single-photon heralded source. In the third part we propose a protocol for generating a hybrid state entangling continuous and discrete variables parts, for which the discrete part is time-bin encoded. This scheme is aanalysed in detail with respect to its resilience to experimental imperfections
Petrignani, Savino. "High Timing Resolution Front-end Circuit for Silicon Photomultiplier Detectors." Doctoral thesis, 2021. http://hdl.handle.net/11589/226498.
Full textOver the last few decades, the technological advancement in planar processes for the production of CMOS integrated circuits has also enabled the development of new high performance solid-state detectors, among which it is worth mentioning silicon photomultipliers. The distinctive feature of such sensors, also known with the acronym SiPMs, is the intrinsic amplification that they exhibit when operating in Geiger mode; in this condition these devices are able to generate a fast current signal with an adequate amplitude even in response to the detection of a single impinging photon. Moreover, given their low cost, robustness and insensitivity to magnetic fields, SiPMs represent a valid alternative to the most established Photomultiplier Tubes (PMTs). Therefore, the application of these detectors is taking hold in a number of fields, especially where low light levels and fine time resolutions are concerned. This is the case of the Positron Emission Tomography (PET), a medical imaging technique aimed at diagnosing specific diseases, where photomultipliers are employed to detect the gamma-ray photons emitted by the radiotracer injected into the patient’s body. During this doctoral program, a new front-end circuit for silicon photomultipliers has been designed in a standard 130 nm CMOS technology. This project has been carried out in collaboration with the IC group of SLAC National Accelerator Laboratory based in Menlo Park, California, with the aim of developing an analog channel for PET systems with groundbreaking performances in terms of temporal resolution. Indeed, this electronic circuit is able to provide not only the energy of the detected event, but also the occurrence time of the photon absorption with a time resolution of just few tens of picoseconds, compliant with the design specifications. Subsequently, a multichannel Application Specific Integrated Circuit (ASIC) has been developed with the purpose of testing the analog front-end, by implementing all the circuit blocks useful for the conversion, parsing and transmission of the digital data.
Lin, Hong-Chih, and 林泓志. "Evaluation of Area and Energy Overheads of In-Situ Timing Fault Detectors for Variation-Tolerant Datapaths." Thesis, 2015. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/m4swr8.
Full text國立中正大學
資訊工程研究所
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Process, voltage, temperature, data, aging, jitter and many other factors that affect the performance of digital circuit. Variation will be more serious in the advanced technology. The worst-case design will limit performance. The timing speculation variable latency circuit, such as the Razor-I and SL can tolerate variation let its efficacy better than worst-case design. This paper presents the timing speculation variable latency circuit design, design for typical case can achieve performance and tolerate corner-case-based (best case, typical case, worst case) variation. Then speculation variable delay circuit timing have essential overhead, such as Razor-I have short path problem that have to add buffer. SL solve the short path problem, but still have to spend time waiting for the correct values for timing fault detection. We proposed a new timing fault design SL-TD that use transitions detection to perform at higher frequencies. Experimental result of design for typical case, SL compare to Razor-I enhance performance 21.05%, and save energy 35.94% and area 33.03% at 0.88GHz. Finally, the new timing fault detection design SL-TD can compare to SL enhance performance 26.67%, and save energy 42.53% and area 40.87% at 1.11 GHz.
Laso, Garcia Alejandro. "Timing Resistive Plate Chambers with Ceramic Electrodes: for Particle and Nuclear Physics Experiments." Doctoral thesis, 2014. https://tud.qucosa.de/id/qucosa%3A28599.
Full textGolnik, Christian. "Treatment verification in proton therapy based on the detection of prompt gamma-rays." Doctoral thesis, 2016. https://tud.qucosa.de/id/qucosa%3A30476.
Full textHintergrund Strahlentherapie ist eine wichtige Modalität der therapeutischen Behandlung von Krebs. Das Ziel dieser Behandlungsform ist die Applikation einer bestimmten Strahlendosis im Tumorvolumen, wobei umliegendes, gesundes Gewebe nach Möglichkeit geschont werden soll. Bei der Bestrahlung mit einem hochenergetischen Protonenstrahl erlaubt die wohldefinierte Reichweite der Teilchen im Gewebe, in Kombination mit dem steilen, distalen Dosisgradienten, eine hohe Tumor-Konformalität der deponierten Dosis. Verglichen mit der klassisch eingesetzten Behandlung mit Photonen ergibt sich für eine optimiert geplante Behandlung mit Protonen ein deutlich reduziertes Dosisnivau im den Tumor umgebenden Gewebe. Motivation Die tatsächlich applizierte Reichweite der Protonen im Körper, und somit auch die lokal deponierte Dosis, ist stark abhängig vom Bremsvermögen der Materie im Strahlengang der Protonen. Bestrahlungspläne werden mit Hilfe eines Computertomographen (CT) erstellt, wobei die CT Bilder vor der eigentlichen Behandlung aufgenommen werden. Ein CT misst allerdings lediglich den linearen Schwächungskoeffizienten für Photonen in der Einheit Hounsfield Units (HU). Die Ungenauigkeit in der Umrechnung von HU in Protonen-Bremsvermögen ist, unter anderem, eine wesentliche Ursache für die Unsicherheit über die tatsächliche Reichweite der Protonen im Körper des Patienten. Derzeit existiert keine routinemäßige Methode, um die applizierte Dosis oder auch die Protonenreichweite in-vivo und in Echtzeit zu bestimmen. Um das geplante Dosisniveau im Tumorvolumen trotz möglicher Reichweiteunterschiede zu gewährleisten, werden die Bestrahlungspläne für Protonen auf Robustheit optimiert, was zum Einen das geplante Dosisniveau im Tumorvolumen trotz auftretender Reichweiteveränderungen sicherstellen soll, zum Anderen aber auf Kosten der möglichen Dosiseinsparung im gesunden Gewebe geht. Zusammengefasst kann der Hauptvorteil einer Therapie mit Protonen wegen der Unsicherheit über die tatsächlich applizierte Reichweite nicht wirklich realisiert. Eine Methode zur Bestimmung der Reichweite in-vivo und in Echtzeit wäre daher von großem Nutzen, um das theoretische Potential der Protonentherapie auch in der praktisch ausschöpfen zu können. Material und Methoden In dieser Arbeit werden zwei Konzepte zur Messung prompter Gamma-Strahlung behandelt, welche potentiell zur Bestimmung der Reichweite der Protonen im Körper eingesetzt werden können. Prompte Gamma-Strahlung entsteht durch Proton-Atomkern-Kollision auf einer Zeitskala unterhalb von Picosekunden entlang des Strahlweges der Protonen im Gewebe. Aufgrund der prompten Emission ist diese Form der Sekundärstrahlung ein aussichtsreicher Kandidat für eine Bestrahlungs-Verifikation in Echtzeit. Zum Einen wird die Anwendbarkeit von Compton-Kameras anhand eines Prototyps untersucht. Dabei zielt die Messung auf die Rekonstruktion des örtlichen Emissionsprofils der prompten Gammas ab. Zum Zweiten wird eine, im Rahmen dieser Arbeit neu entwickelte Messmethode, das Prompt Gamma-Ray Timing (PGT), vorgestellt und international zum Patent angemeldet. Im Gegensatz zu bereits bekannten Ansätzen, verwendet PGT die endliche Flugzeit der Protonen durch das Gewebe und bestimmt zeitliche Emissionsprofile der prompten Gammas. Ergebnisse Compton Kamera: Die örtliche Emissionsverteilung einer punktförmigen 22-Na Quelle wurde wurde bei einer Photonenenergie von 1.275 MeV nachgewiesen. Dabei konnten sowohl die absolute Quellposition als auch laterale Verschiebungen der Quelle rekonstruiert werden. Da prompte Gamma-Strahlung Emissionsenergien von einigen MeV aufweist, wurde als nächster Schritt ein Bildrekonstruktionstest bei 4.44 MeV durchgeführt. Ein geeignetes Testsetup wurde am Tandetron Beschleuniger am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Deutschland, identifiziert, wo eine monoenergetische, punktförmige Emissionverteilung von 4.44 MeV Photonen erzeugt werden konnte. Für die Detektoren des Prototyps wurden zum Einen die örtliche und zeitliche Auflösung sowie die Energieauflösungen untersucht. Zum Anderen wurde die Emissionsverteilung der erzeugten 4.44 MeV Quelle rekonstruiert und die zugehörige Effizienz des Prototyps experimentell bestimmt. PGT: Für das neu vorgeschlagene Messverfahren PGT wurden im Rahmen dieser Arbeit die theoretischen Grundlagen ausgearbeitet und dargestellt. Darauf basierend, wurde ein Monte Carlo (MC) Code entwickelt, welcher die Modellierung von PGT Spektren ermöglicht. Am Protonenstrahl des Kernfysisch Verschneller Institut (KVI), Groningen, Niederlande, wurden zeitaufgelöste Spektren prompter Gammastrahlung aufgenommen und analysiert. Durch einen Vergleich von experimentellen und modellierten Daten konnte die Gültigkeit der vorgelegten theoretischen Überlegungen quantitativ bestätigt werden. Anhand eines hypothetischen Bestrahlungsszenarios wurde gezeigt, dass der statistische Fehler in der Bestimmung der Reichweite mit einer Genauigkeit von 5 mm bei einem Konfidenzniveau von 90 % für einen einzelnen starken Spot 5x10E8 Protonen mit PGT erreichbar ist. Schlussfolgerungen Für den Compton Kamera Prototyp wurde gezeigt, dass eine Bildgebung für Gamma-Energien einiger MeV, wie sie bei prompter Gammastrahlung auftreten, möglich ist. Allerdings erlaubt die prinzipielle Abbildbarkeit noch keine Nutzbarkeit unter therapeutischen Strahlbedingungen nicht. Der wesentliche und in dieser Arbeit nachgewiesene Hinderungsgrund liegt in der niedrigen (gemessenen) Nachweiseffizienz, welche die Anzahl der validen Daten, die für die Bildrekonstruktion genutzt werden können, drastisch einschränkt. PGT basiert, im Gegensatz zur Compton Kamera, auf einem einfachen zeit-spektroskopischen Messaufbau. Die kollimatorfreie Messmethode erlaubt eine gute Nachweiseffizienz und kann somit den statistischen Fehler bei der Reichweitenbestimmung auf ein klinisch relevantes Niveau reduzieren. Die guten Ergebnissen und die ausgeführten Abschätzungen für therapeutische Bedingungen lassen erwarten, dass PGT als Grundlage für eine Bestrahlungsverifiktation in-vivo und in Echtzeit zügig klinisch umgesetzt werden kann.:1. Particle therapy 1.1 Introduction 1.2 The problem of particle range uncertainty 1.3 Currently investigated methods for treatment verification 1.4 Methods for prompt gamma-ray based treatment verification 1.4.1 Prompt gamma-ray imaging (PGI) 1.4.2 Prompt gamma-ray timing (PGT) 2. Physical relations 2.1 Interactions of protons with matter 2.1.1 Stopping of protons 2.1.2 Multiple Coulomb scattering (MCS) 2.1.3 Nonelastic collisions 2.2 Definition of deposited dose and proton range 2.2.1 Definition of dose D 2.2.2 The dose depth Dx , the proton fluence Φ, and the Bragg peak 2.2.3 The particle range 2.3 Production and delivery of proton beams 2.3.1 Acceleration of protons in a isochronous cyclotron 2.3.2 Beam delivery 2.4 Prompt gamma-ray emission 2.4.1 The production of prompt gamma-rays via nonelastic nuclear interactions 2.5 Interactions of photons with matter 2.5.1 Photoelectric absorption 2.5.2 Compton scattering 2.5.3 Pair production 2.5.4 Mass attenuation coefficient μ/ρ 2.6 Detection of photons 2.6.1 Semiconductor detectors 2.6.2 Scintillation detectors 3 Tests of a Compton camera for PGI 3.1 Principle of operation 3.2 Status of preceding work 3.3 Modifications to the existing Compton imaging prototype 3.4 Detectors of the prototype 3.4.1 The CZT scatter plane 3.4.2 The BGO absorber plane 3.4.3 The Compton imaging prototype 3.5 Electronic readout and event generation 3.6 Detector calibration 3.6.1 Calibration of the CZT detector 3.6.2 Calibration of a BGO detector 3.7 Compton imaging at 1.275 MeV photon energy 3.7.1 Imaging setup 3.7.2 Coincident timing 3.7.3 Coincident energy deposition 3.7.4 Image reconstruction 3.8 Compton imaging at 4.44 MeV photon energy 3.8.1 Beam setup at the Tandetron accelerator 3.8.2 Beam tuning at the Tandetron accelerator 3.8.3 The gamma-ray emission yield 3.8.4 Measurement setup 3.8.5 Energy detection 3.8.6 Spatial detection 3.8.7 Coincident timing 3.8.8 Coincident energy deposition 3.8.9 Detection efficiency η 3.8.10 Imaging setup 3.8.11 Image reconstruction 3.9 Implications for a therapeutic Compton imaging scenario 3.10 Summary and discussion 4 Prompt gamma-ray timing (PGT) 4.1 Theoretical description of PGT 4.1.1 Timing of prompt gamma-ray emission 4.1.2 Kinematics of protons 4.1.3 The correlation between spatial and temporal prompt gamma-ray emission in a thick target 4.1.4 Setup for time-resolved measurements of prompt gamma-rays 4.1.5 Uncertainty of the reference time 4.1.6 Standard error of the mean and confidence intervals of statistical momenta 4.1.7 A simplified MC method for the modeling of PGT 4.2 Experimental results 4.2.1 The GAGG detector 4.2.2 Detector energy resolution 4.2.3 Detector time resolution with 60-Co 4.2.4 Energy-resolved detector time resolution - the ELBE experiment 4.2.5 The KVI-CART proton beam line 4.2.6 Time-resolved measurement of prompt gamma-rays 4.2.7 Experimental determination of the system time resolution σ 4.2.8 PGT in dependence of proton transit time 4.3 Towards treatment verification with PGT 4.3.1 MC based PGT in dependence of proton range 4.3.2 MC based PGT at inhomogeneous targets 4.4 Implications for a therapeutic PGT scenario 4.4.1 Range verification for an exemplary PGT setup 4.4.2 Practical restrictions for the therapeutic PGT scenario 4.4.3 Principal limitations of the PGT method 4.5 Summary and outlook 5 Discussion Summary Zusammenfassung Bibliography Acknowledgement