L'intérêt des matériaux scintillateurs est la conversion de rayonnements de hautes énergies (particule γ, particules α, électrons,...) en photons de basse énergie détectables par les photo-détecteurs habituels. Ils sont utilisés dans de nombreuses applications : recherche en physique des hautes énergies, spectrométrie gamma pour la recherche ou la radio-protection, imagerie médicale ou technique, ainsi que pour la sécurité intérieure. Les propriétés de scintillation de ce type de matériau sont dépendantes de l'historique d'irradiation. Ce comportement, appelé effets mémoire, influe directement sur les performances des instruments utilisant ces matériaux. Trois effets mémoire différents peuvent être distingués : le vieillissement qui est une diminution du rendement de scintillation après une absorption de rayonnements ionisants, la rémanence qui est la persistance de l'émission lumineuse après la fin de l'excitation, et enfin la radio-sensibilisation qui est une augmentation, temporaire ou non, du rendement de scintillation en fonction de la dose absorbée par le scintillateur. Ce travail s'attache principalement à la compréhension du phénomène de radio-sensibilisation et à la rémanence dans les scintillateurs. Un matériau modèle, YP O4 : Ce, N d, a été utilisé afin de mettre en évidence la corrélation entre les pièges électroniques présents dans le matériau et les effets mémoire. Une fois ce lien mis en évidence, une étude sur un matériau commercial largement utilisé dans de nombreuses applications, l'iodure de césium dopé thallium, a été menéee. Sur la base de mesures de thermoluminescence, un modèle numérique a été développé afin de simuler les effets mémoire dans ces matériaux, puis de prédire leurs comportements en cas de modification des pièges électroniques. Par ailleurs, des méthodes de réduction des effets mémoire ont été étudiées via l'introduction de nouveaux pièges aux caractéristiques précises ou via la stimulation optique du matériau en parallèle de son irradiation / The interest of scintillating materials is the conversion of high energy radiations (γ or α particles, electrons, ...) in low energy photons detectable by usual photo-detectors. They are used in many applications : research in high energy physics, gamma spectrometry for research or radiation protection, medical and technical X-ray imaging, as well as for homeland security. The scintillation properties of this materials is dependent on the history of irradiation. This behavior, called memory effect, directly affects the performance of instruments using these materials. Three different memory effects can be distinguished : aging is a decrease in the scintillation yield after an absorption of ionizing radiation, the afterglow is the persistence of light emission after excitation, and finally radio-sensitization which is an increase of scintillation yield depending on the dose absorbed by the scintillator. This work mainly focus on the understanding of radio-sensitization phenomenon and afterglow in the scintillators. A model material, Y PO4 : Ce,Nd, was used to highlight the correlation between charges carrier traps present in the material and memory effects. Once this link is highlighted, a study of a commercial material widely used in many applications, thallium doped cesium iodide, was lead. Based on thermoluminescence measures, a numerical model was developed to simulate the memory effects in these materials and to predict their behavior in case of modification of charge carrier traps. Furthermore, several methods to reduce memory effects were investigated through the introduction of new traps with specific characteristics or through optical stimulation of the material in parallel to its irradiation. Finally, the role of radiosensitization in the scintillation efficiency under gamma excitation was highlighted on BaAl4O7 : Eu2+ ceramics. These results suggest a way to improve performance of some scintillating performance by the exaltation via prior irradiation

Σκοπός της εργασίας αυτής είναι η χαρτογράφηση της δευτερογενούς ακτινοβολίας ακτινογραφικής λυχνίας μέσα στην αίθουσα εξέτασης, ενός συμβατικού ακτινολογικού μηχανήματος, συναρτήσει διαφόρων ακτινογραφικών παραμέτρων. Στόχος των μετρήσεων αυτών είναι ο υπολογισμός της σκεδαζόμενης ακτινοβολίας και της διαρρέουσας ακτινοβολίας σε διάφορες γωνίες από 0 μοίρες έως και 360 μοίρες, με βήμα 45 μοιρών, χρησιμοποιώντας έναν κυλινδρικό σκεδαστή νερού διαστάσεων: διάμετρος = 38 cm και ύψος 20 cm, σε διάφορες αποστάσεις από τον σκεδαστή (1.0 m, 1.5 m και 2.0 m), για διαφορετικό πάχος φίλτρου λυχνίας και διαφορετικά στοιχεία ακτινογράφησης. / Secondary radiation in classical radiography units in different angles (0-360 angles)and in different distances (1.0 m, 1.5 m and 2.0 m) around the X-Ray tube. The phnatom we use was cylindrical with water, the dimancional of the phantom was: d = 38 cm and h = 20 cm. Different thickness of tube filter and differnt kV,mA,mAs.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία θα γίνει μελέτη και εφαρμογή μεθόδων επίλυσης του προβλήματος αναγνώρισης γεωμετρικών χαρακτηριστικών ανθρώπινων ερυθρών αιμοσφαιρίων από προσομοιωμένες εικόνες σκέδασης ΗΜ ακτινοβολίας ενός He-Ne laser 632.8 μm. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια εισαγωγή στις ιδιότητες και τα χαρακτηριστικά του ερυθροκυττάρου καθώς, επίσης, παρουσιάζονται διάφορες ανωμαλίες των ερυθροκυττάρων και οι μέχρι στιγμής χρησιμοποιούμενοι τρόποι ανίχνευσής των. Στο δεύτερο κεφάλαιο της εργασίας γίνεται μια εισαγωγή στις ιδιότητες της ΗΜ ακτινοβολίας, περιγράφεται το φαινόμενο της σκέδασης και παρουσιάζεται το ευθύ πρόβλημα σκέδασης ΗΜ ακτινοβολίας ανθρώπινων ερυθροκυττάρων. Το τρίτο κεφάλαιο αποτελείται από δύο μέρη. Στο πρώτο μέρος γίνεται εκτενής ανάλυση της θεωρίας των τεχνητών νευρωνικών δικτύων και περιγράφονται τα νευρωνικά δίκτυα ακτινικών συναρτήσεων RBF. Στη συνέχεια, αναφέρονται οι μέθοδοι εξαγωγής παραμέτρων και, πιο συγκεκριμένα, δίνεται το θεωρητικό και μαθηματικό υπόβαθρο των μεθόδων που χρησιμοποιήθηκαν οι οποίες είναι ο αλογόριθμος Singular Value Decomposition (SVD), o Angular Radial μετασχηματισμός (ART) και φίλτρα Gabor. Στο δεύτερο μέρος περιγράφεται η επίλυση του αντίστροφου προβλήματος σκέδασης. Παρουσιάζεται η μεθοδολογία της διαδικασίας επίλυσης όπου εφαρμόστηκαν ο αλογόριθμος συμπίεσης εικόνας SVD, o περιγραφέας σχήματος ART και ο περιγραφέας υφής με φίλτρα Gabor για την εύρεση των γεωμετρικών χαρακτηριστικών και νευρωνικό δίκτυο ακτινικών συναρτήσεων RBF για την ταξινόμηση των ερυθροκυττάρων. Στο τέταρτο και τελευταίο κεφάλαιο γίνεται δοκιμή και αξιολόγηση της μεθόδου και συνοψίζονται τα αποτελέσματα και τα συμπεράσματα που εξήχθησαν κατά τη διάρκεια της εκπόνησης αυτής της διπλωματικής. / In this thesis we study and implement methods of estimating the geometrical features of the human red blood cell from a set of simulated light scattering images produced by a He-Ne laser beam at 632.8 μm. Ιn first chapter an introduction to the properties and the characteristics of red blood cells are presented. Furthermore, we describe various abnormalities of erythrocytes and the until now used ways of detection. In second chapter the properties of electromagnetic radiation and the light scattering problem of EM radiation from human erythrocytes are presented. The third chapter consists of two parts. In first part we analyse the theory of neural networks and we describe the radial basis function neural network. Then, we describe the theoritical and mathematical background of the methods that we use for feature extraction which are Singular Value Decomposition (SVD), Angular Radial Transform and Gabor filters. In second part the solution of the inverse problem of light scattering is described. We present the methodology of the solution process in which we implement a Singular Value Decomposition approach, a shape descriptor with Angular Radial Transform and a homogenous texture descriptor which uses Gabor filters for the estimation of the geometrical characteristics and a RBF neural network for the classification of the erythrocytes. In the forth and last chapter the described methods are evaluated and we summarise the experimental results and conclusions that were extracted from this thesis.

Les détecteurs de rayon-X utilisés pour l'imagerie à haute résolution (micromètrique ou submicronique) utilisés aux synchrotrons sont pour la plupart basés sur un système de détection indirecte. Les rayons X ne sont pas directement convertis en signal électrique. Ils sont absorbés par un scintillateur qui est un matériau émettant de la lumière à la suite de l'absorption d'un rayonnement ionisant. L'image émise sous forme de lumière visible est ensuite projetée par des optiques de microscopie sur une camera 2D de type CCD ou CMOS. De nos jours, il existe différents types des scintillateurs. On distingue entre autres des scintillateurs en poudre compactée, micro structurés, céramique poly-cristalline et monocristalline. L’obtention d’une image de très bonne qualité avec une résolution spatiale au-dessous du micromètre requiert le choix d’une couche mince (1-20 µm) monocristalline. Ces types des scintillateurs peuvent être déposes sur un substrat par épitaxie en phase liquide. La très faible efficacité d’absorption dans une couche mince en fait sa faiblesse, surtout pour des énergies au-dessus de 20 keV. A l’ESRF (le synchrotron européen) des énergies jusqu'à 120 keV peuvent être exploitées pour l’imagerie. Des nouveaux scintillateurs sont donc toujours recherchés pour pouvoir améliorer le compromis entre l’efficacité d’absorption et la résolution spatiale. Dans la première partie de cet travail, un model qui décrit les détecteurs indirects pour la haute résolution, est présenté. Cet model permet de calculer la MTF (fonction de transfert de modulation) du système et peut être utilisé pour trouver la combinaison optimal de scintillateur et d’optique selon l’énergie des rayons X. Les simulations ont guidées le choix des scintillateurs à développer par épitaxie.Dans la deuxième partie, deux nouveaux types de scintillateurs développés et caractérisés dans le cadre de ce projet de thèse sont introduits : les couches minces basées sur des monocristaux de gadolinium lutétium aluminium pérovskite (GdLuAP:Eu) et d’oxyde de lutétium (Lu2O3:Eu) / X-ray detectors for high spatial resolution imaging are mainly based on indirect detection. The detector consists of a converter screen (scintillator), light microscopy optics and a CCD or CMOS camera. The screen converts part of the absorbed X-rays into visible light image, which is projected onto the camera by means of the optics. The detective quantum efficiency of the detector is strongly influenced by the properties of the converter screen (X-ray absorption, spread of energy deposition, light yield and emission wavelength). To obtain detectors with micrometer and sub-micrometer spatial resolution, thin (1-20 µm) single crystal film scintillators are required. These scintillators are grown on a substrate by liquid phase epitaxy. The critical point for these layers is their weak absorption, especially at energies exceeding 20 keV. At the European Synchrotron radiation Facility (ESRF), X-ray imaging applications can exploit energies up to 120 keV. Therefore, the development of new scintillating materials is currently investigated. The aim is to improve the contradictory compromise between absorption and spatial resolution, to increase the detection efficiency while keeping a good image contrast even at high energies.The first part of this work presents a model describing high-resolution detectors which was developed to calculate the modulation transfer function (MTF) of the system as a function of the X-ray energy. The model can be used to find the optimal combination of scintillator and visible light optics for different energy ranges, and it guided the choice of the materials to be developed as SCF scintillators. In the second part, two new kinds of scintillators for high-resolution are presented: the gadolinium-lutetium aluminum perovskite (Gd0.5Lu0.5AlO3:Eu) and the lutetium oxide (Lu2O3:Eu) SCFs

Les capteurs monolithiques actifs à pixels (Monolithic Active Pixel Sensors, MAPS) sont de bons candidats pour être utilisés dans des expériences en Physique des Hautes Énergies (PHE) pour la détection des particules chargées. Dans les applications en PHE, des puces MAPS sont placées dans le voisinage immédiat du point d’interaction et sont directement exposées au rayonnement intense de leur environnement. Dans cette thèse, nous avons étudié et amélioré la résistance aux radiations des MAPS. Les effets principaux de l’irradiation et le progrès de la recherche sur les MAPS sont étudiés tout d'abord. Nous avons constaté que les cœurs des SRAM IP incorporées dans la puce MAPS limitent sensiblement la tolérance aux radiations de la puce MAPS entière. Aussi, pour améliorer la radiorésistance des MAPS, trois mémoires radiorésistantes sont conçues et évaluées pour les expériences en PHE. Pour remplacer les cœurs des IP SRAM, une SRAM radiorésistante est développée sur une petite surface. Pour les procédés de plus petit taille de grille des transistors, dans lequel les effets SEU (Single Event Upset) deviennent significatifs, une SRAM radiorésistante avec une tolérance SEU accrue est réalisée à l’aide d’un algorithme de détection et de correction d'erreurs (Error Detection And Correction, EDAC) et un stockage entrelacé des bits. Afin d'obtenir une tolérance aux rayonnements et une densité de micro-circuits plus élevées, une mémoire à double accès avec une cellule à 2 transistors originale est développée et évaluée pour des puces MAPS futures. Enfin, la radiorésistance des puces MAPS avec des nouveaux procédés disponibles est étudiée, et les travaux futurs sont proposés. / Monolithic Active Pixel Sensors (MAPS) are good candidates to be used in High Energy Physics (HEP) experiments for charged particle detection. In the HEP applications, MAPS chips are placed very close to the interaction point and are directly exposed to harsh environmental radiation. This thesis focuses on the study and improvement of the MAPS radiation hardness. The main radiation effects and the research progress of MAPS are studied firstly. During the study, the SRAM IP cores built in MAPS are found limiting the radiation hardness of the whole MAPS chips. Consequently, in order to improve the radiation hardness of MAPS, three radiation hard memories are designed and evaluated for the HEP experiments. In order to replace the SRAM IP cores, a radiation hard SRAM is developed on a very limited area. For smaller feature size processes, in which the single event upset (SEU) effects get significant, a radiation hard SRAM with enhanced SEU tolerance is implemented by an error detection and correction algorithm and a bit-interleaving storage. In order to obtain higher radiation tolerance and higher circuitry density, a dual-port memory with an original 2-transistor cell is developed and evaluated for future MAPS chips. Finally, the radiation hardness of the MAPS chips using new available processes is studied, and the future works are prospected.