For all medical imaging systems using X-rays or γ-rays, radiation detector development in general and scintillator development in particular are in full progress. There is a strong interest in the introduction of new dense, high-atomic-number inorganic scintillation crystals with a high light yield and a fast response, especially for PET and SPECT. Powder scintillators are of interest for projection X-ray imaging. For PET, research is focused on CeP3+P doped scintillators, employing the 5d → 4f transitions. A high light yield is expected in the visible region. The time response in PET/CT applications will be in the 25–100 ns range. Improved energy resolution will also be a point of interest. For CT, time response requirements are at the microsecond level for decay time and the afterglow should be well below 10P−4Ps. For X-ray screens light spreading should be kept under control, e.g. by denser material like LSO:Ce, or columnar phosphors (CsI:TI) and by shorter luminescence emission wavelength which shows higher light attenuation of laterally directed photons. In this study we examine, both in powder and in crystal form, the detection efficiency of LuB2BSiOB5B:Ce, the absolute luminescence efficiency, the X-ray to luminescence efficiency, the spectral compatibility and the effective efficiency using various optical detectors. All these measurements were conducted in the X-ray energy range from 22 to 140 kVp used in medical X-ray imaging. In conclusion the X-ray quantum detection efficiency and the X-ray energy absorption efficiency of a LSO:Ce powder scintillator screen of 25 mg/cmP2 Pcoating thickness were found higher than currently employed materials (e.g. GdB2BOB2BS: Tb and CsI:Tl) for detection of X-rays used in mammographic applications. The absolute luminescence efficiency of this screen maintains high values, within the mammographic energy range and the intrinsic conversion efficiency was found close to that of CsI:Tl but lower than that of GdB2BOB2BS:Tb. In ragiographic energy range the screen of 172.5 mg/cmP2P exchibit the higher values of ALE and XLE. The emission spectrum of LSO:Ce screens showed excellent spectral compatibility with currently used digital detectors and taking also into account its very fast response it could be considered for applications in digital X-ray imaging systems. The LSO:Ce scintillator crystal shows higher absolute luminescence efficiency values (17,86 at 140kVp) than the corresponding of BGO crystal (3,40 at 140 kVp). LSO:Ce X-ray luminescence efficiency was found higher than the corresponding of BGO crystal in the whole range of energies used in our study. The higher value of DOG, 2430 gain units, showed at 140 kVp X-ray tube voltage for the LSO:Ce scintillator when the corresponding value at the same energy of the BGO is 1670 units. In the mammographic energy range the difference between the above measured values was smaller than the ones obtained in the radiographic energy region. This lead us to the assumption that LSO:Ce crystal can be efficiently used for X-ray energy imaging (under 100 kVp) as those used in CT applications. The intrinsic conversion efficiency was estimated to be significantly higher for LSO:Ce, which in addition is higher than more of the currently employed scintillators. The light emission spectrum of the LSO:Ce scintillator, peaking at about 420 nm, was found compatible to many currently employed optical photon detectors. Its very short scintillation decay time and its high detection efficiency, both in terms of QDE and EAE, they can be crucial for the applications of this scintillator in modern fast image producing X-ray computed tomography systems, especially those employed in combined PET/CT devices. 12/−−⋅⋅smRmWμ12/−−⋅⋅smRmWμ The comparison of the ALE and the XLE of the LSO:Ce single crystal scintillator with that of the efficient powder LSO:Ce scintillator shows that the LSO:Ce screens can be used: i) in modern scinti-mammography/ X-ray mammography systems in which one common fast scintillator in powder form may satisfy the requirements of both modalities and the strict requirements in spatial resolution and ii) in applications where single crystals have to be replaced by powder or ceramic scintillators in order to improve spatial resolution (eg. in ring type SPECT detectors and in combined SPECT/CT detectors). In addition, this comparison may be of interest since powder scintillators are of lower cost than the corresponding single crystals. / -

The performance of phosphor screens (or scintillators) used in medical imaging systems are strongly affected by the intrinsic phosphor properties. The present study investigates scintillator radiation detection efficiency and how the produced K-characteristic radiation affects scintillator performance. K-characteristic radiation may either be reabsorbed or it may escape the scintillator. In both cases the imaging performance of the scintillator may be affected resulting either in spatial resolution degradation or in counting efficiency decrease. Scintillator employed in medical imaging detectors may have either one heavy element (e.g. Lu in LSO) or two heavy elements (e.g. Lu and Y in LYSO). In the latter case, further image degradation may result, since K x-rays of the high-Z element can produce additional K-characteristic radiation to the low-Z element. In the present study two scintillators with one heavy element (LSO, YSO) and three with two heavy elements (LYSO, CsI and YTaO4) were investigated. The study was carried out by the extension of a previously developed custom and validated Monte Carlo simulation program. When possible, Monte Carlo results were compared to analytical models. The study was made under conditions used in general x-ray radiography, x-ray mammography, CT and nuclear medicine -ray imaging ( -camera and SPECT). Therefore, a monoenergetic x-ray beam was assumed, varying in the range from 20 up to 160 keV. The respective scintillator thickness was considered to vary from 20 up to 100 mg/cm2. Results showed that K characteristic effect of additional K x-ray photons is negligible on thin phosphor screens, while it is considerably higher in thicker scintillators. In addition, it was found that YSO scintillator is suitable for use in x-ray mammography. On the other hand, LSO, LYSO, CsI and YTaO4 scintillators were found suitable for higher energy imaging applications. / Η απόδοση των φθοριζουσών οθονών (ή σπινθηριστών) που χρησιμοποιούνται σε συστήματα ιατρικής απεικόνισης, επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από τις ενδογενείς ιδιότητες των σπινθηριστών. Η παρούσα εργασία μελετά την ικανότητα ανίχνευσης των ακτίνων Χ ή γ που έχουν οι σπινθηριστές και πώς η παραγόμενη Κ-χαρακτηριστική ακτινοβολία επηρεάζει την επίδραση του σπινθηριστή. Η Κ-χαρακτηριστική ακτινοβολία μπορεί είτε να απορροφηθεί ξανά μέσα στον σπινθηριστή, είτε να διαφύγει από αυτόν. Στην πρώτη περίπτωση μπορεί να συμβεί υποβάθμιση της χωρικής διακριτικής ικανότητας, ενώ στην δεύτερη υποβάθμιση της μετρητικής ικανότητας του συστήματος. Οι σπινθηριστές που χρησιμοποιούνται σε ανιχνευτές ιατρικής απεικόνισης συνήθως αποτελούνται είτε από ένα βαρύ στοιχείο (π.χ. το Lu στο LSO) είτε από δύο βαρέα στοιχεία (π.χ. το Lu και το Y στο LSO). Ένα στοιχείο χαρακτηρίζεται ως βαρύ όταν έχει ατομικό αριθμό (Ζ) μεγαλύτερο από 30. Στην δεύτερη περίπτωση, μπορεί να συμβεί περαιτέρω υποβάθμιση της διακριτικής ικανότητας της εικόνας. Αυτό συμβαίνει λόγω του γεγονότος ότι τα φωτόνια της Κ-χαρακτηριστικής ακτινοβολίας του βαρέος στοιχείου υψηλότερου ατομικού αριθμού μπορούν να προκαλέσουν την παραγωγή πρόσθετων φωτονίων Κ-χαρακτηριστικής ακτινοβολίας από το βαρύ στοιχείο χαμηλότερου ατομικού αριθμού. Στην παρούσα εργασία μελετήθηκαν δύο σπινθηριστές με ένα βαρύ στοιχείο (LSO, YSO) και τρεις με δύο βαρέα στοιχεία. (LYSO, CsI και YTaO4). Η εργασία πραγματοποιήθηκε κάνοντας επέκταση ενός προγράμματος προσομοίωσης Monte Carlo, το οποίο αναπτύχθηκε στο εργαστήριο και έχει πιστοποιηθεί. Όπου ήταν εφικτό, τα αποτελέσματα του Monte Carlo συγκρίθηκαν με αποτελέσματα που εξήχθηκαν από αναλυτικά-θεωρητικά μοντέλα. Η εργασία αυτή πραγματοποιήθηκε για συνθήκες που χρησιμοποιούνται στην Ακτινοδιαγνωστική, την Μαστογραφία, την Αξονική Τομογραφία και την Πυρηνική Ιατρική (γ-κάμερα και SPECT). Πιο συγκεκριμένα, η ενέργεια της προσπίπτουσας ακτινοβολίας Χ ή γ μεταβαλλόταν από 20 έως 140 keV. Τα πάχη των σπινθηριστών κυμαίνονταν από 20 έως 100 mg/cm2. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το φαινόμενο της Κ-χαρακτηριστικής ακτινοβολίας είναι αμελητέο σε λεπτές οθόνες, ενώ είναι πολύ μεγαλύτερο σε παχιές οθόνες. Επίσης, βρέθηκε ότι ο σπινθηριστής YSO είναι ιδανικός για χρήση στην Μαστογραφία. Από την άλλη πλευρά, οι σπινθηριστές LSO, LYSO, CsI και YTaO4 βρέθηκαν κατάλληλοι για εφαρμογές ιατρικής απεικόνισης υψηλότερων ενεργειών.

En conditions de stockage définitif, la désintégration a des radionucléides (produits en réacteur) induit desdommages dans le combustible nucléaire usé. Cet endommagement, et les déformations associées, doivent êtreétudiés pour évaluer correctement la tenue et l'évolution à long terme des pastilles de combustible. La démarcheproposée dans cette thèse pour réaliser cette étude consiste :- à simuler la désintégration a par une implantation d'ions hélium dans une couche fine, en surface depolycristaux d'U02 j- à mesurer les déformations qui en résultent par des techniques de diffraction aux rayons X : la macrodiffractionpour une mesure moyenne dans la couche implantée, la microdiffraction, produite par un rayonnementsynchrotron, pour des mesures très localisées, à l'intérieur des grains d'un polycristal d'U02.L'étude des déformations en fonction de la dose implantée permet de d'évaluer les effets des dégâts d'irradiationsur des durées de stockage de plusieurs milliers d'années.De nouvelles méthodes d'analyse ont été mises au point pour interpréter automatiquement les milliers de clichésde microdiffraction et en déduire la mesure des déformations dans la couche implantée. Un modèle mécaniquea été construit pour rendre compte des mesures avec une grande précision, équivalente à la précision expérimentale.Ce modèle permet de mesurer le gonflement induit par les dommages d'irradiation pour des endommagementsallant jusqu'à 0,77 dpa. Les valeurs mesurées sont comparables à des résultats de la littérature, obtenus sur despastilles auto-irradiées. Il a également permis de quantifier l'augmentation avec l'endommagement de l'anisotropieélastique de l'U02.La microdif / During long term storage of spent nuclear fuel, the a-decays of radionuclides produced by the in-pile irradiationinduces damages in pellets. These damages, and the resulting strains, must be studied in order to assess correctlythe long term evolution of fuel pellets. The approach chosan here is :- to simulate the a-decays by He ion implantation j- to measure the resulting straÏns using X ray diffraction techniques : macrodiffraction for average measurements,and synchrotron radiation based micro diffraction for local measurements inside grains.The study of strains as a function of ion implantation Huency enables to evaluated irradiation damages overthousands of storage yearB.New analytical methods have been developed to automatically interpret thousands of microdiffraction patterns,and to deduce strain into the implanted layer. Mechanical modeling bas been used to accurately predictmeasurements. This model enables to measure the isotropie swelling induced by helium implantation in a lowdamage range (below 0.77 dpa). Measured values are close to results previously reported in literature on selfirradiated pellets. This model also allowed to quantify the increase with damage of U02 elastic aniBOtropy.X ray microdiffraction is a powerful technique to map the strRin fields within grains. This enables to study theinfluence of neighboring grains on the measured straÏns. This influence remains negligible (below the measurementaccuracy) for low depth helium implantation (60 keV). For deeper belium implaotations (500 aod 1500 keV), thisis not anymore the case : strains are very heterogeneous in the vicinity of gYRin boundaries.

Η εργασία αυτή περιγράφει αναλυτικά την κατασκευή και αξιολόγηση πειραματικής διάταξης ανακλαστικότητας ακτίνων-Χ, που πραγματοποιήθηκε στο Εργαστήριο Φυσικής Στερεάς Κατάστασης του τμήματος Φυσικής του Πανεπιστημίου Πατρών. Με τη βοήθεια αυτής της πειραματικής διάταξης θα είναι εύκολος ο καθορισμός των χαρακτηριστικών ιδιοτήτων επιφανειών καθώς επίσης και η μελέτη υμενίων τα οποία έχουν προσροφηθεί σε υποστρώματα. Στο πρώτο κεφάλαιο της εργασίας παρουσιάζονται οι βασικές σχέσεις υπολογισμού της ανακλαστικότητας καθώς και η μέθοδος ανάλυσης των πειραματικών αποτελεσμάτων. Στο επόμενο κεφάλαιο παρουσιάζονται αναλυτικά όλα τα βήματα που πραγματοποιήθηκαν για την κατασκευή της πειραματικής διάταξης. Στο κεφάλαιο αυτό περιγράφονται όλα τα μηχανικά μέρη του φασματόμετρου καθώς και οι απαιτούμενες ρυθμίσεις που πραγματοποιήθηκαν προκειμένου να εξασφαλιστεί η σωστή λειτουργία του. Με λήψη ενός φάσματος από ένα δείγμα πυριτίου και τον προσδιορισμό των γωνιών Bragg αποδείχθηκε η σωστή λειτουργία του γωνιομέτρου. Το επόμενο βήμα ήταν ο υπολογισμός της διακριτικής ικανότητας της συσκευής. Με υπολογιστικό πρόγραμμα [Ν. Κάτσενου Διπλωματική Εργασία] το οποίο λαμβάνει υπόψη του όλη την γεωμετρία της διάταξης υπολογίστηκε η διακριτική ικανότητα της συσκευής. Η τιμή της είναι 0.0120 και είναι σταθερή για τις γωνίες από 0.20 έως 1.60. Προκειμένου να βελτιωθεί η τιμή της διακριτικής ικανότητας είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθούν πολύ λεπτές σχισμές τόσο στη λυχνία όσο και στον απαριθμητή. Επιπροσθέτως κατασκευάστηκε ειδική διάταξη, “μαχαίρι”, το οποίο στηρίζεται στην βάση του δείγματος και όπως διαπιστώθηκε βελτιώνει την διακριτική ικανότητα της διάταξης και μειώνει το υπόστρωμα.. Ως τελευταίο βήμα ήταν ο υπολογισμός του υποστρώματος και η διόρθωσή του. Στο δεύτερο κεφάλαιο περιγράφεται αναλυτικά η διαδικασία διόρθωσης του υποστρώματος σε ένα φάσμα ανακλαστικότητας. Στην συνέχεια παρουσιάζονται πειραματικές μετρήσεις από διάφορα δείγματα. Σε όλα τα δείγματα χρησιμοποιήθηκε ως υπόστρωμα πυρίτιο. Στα περισσότερα από αυτά προσροφήθηκε, με την μέθοδο επίστρωσης με περιστροφή του υποστρώματος, πολυστηρένιο. Χρησιμοποιήθηκαν διάφορες συγκεντρώσεις διαλύματος πολυστηρενίου σε τολουόλιο προκειμένου να δημιουργηθούν δείγματα με διαφορετικά πάχη. Επίσης με την μέθοδο της εξάχνωσης εναποτέθηκε υμένιο αλουμινίου σε υπόστρωμα πυριτίου. Από τις πειραματικές μετρήσεις που προέκυψαν για την ανακλαστικότητα προκύπτει ότι η κρίσιμη γωνία ανάκλασης είναι 0.220 ενώ για γωνίες μεγαλύτερες από αυτή η ανακλαστικότητα αρχίζει και μειώνεται απότομα. Μέχρι την γωνία 2.00 η τιμή της ανακλαστικότητας μειώνεται περίπου έξι τάξεις μεγέθους. Χρησιμοποιώντας τις πειραματικές μετρήσεις που πήραμε μπορούμε να εξάγουμε πληροφορίες για το πάχος, την πυκνότητα και την τραχύτητα των επιφανειών που μελετάμε. Διαπιστώθηκε λοιπόν ότι η συσκευή λειτουργεί ικανοποιητικά. Βελτιώσεις που μπορούν να γίνουν αφορούν: α) Την κατασκευή θαλάμου κενού εντός του οποίου θα ευρίσκεται το δείγμα. Η βελτίωση αυτή θα επιτρέψει να λαμβάνονται φάσματα ανακλαστικότητας με πολύ χαμηλό υπόστρωμα. Με τον τρόπο αυτό θα βελτιωθεί η ποιότητα των φασμάτων για γωνίες ανάκλασης μεγαλύτερες από 1.20 γεγονός που θα δώσει πιο σαφής πληροφορίες για τη δομή πολύ λεπτών υμενίων. β) Μακροπρόθεσμα θα τοποθετηθεί στη συσκευή σύστημα παραλληλισμού της δέσμης το οποίο θα αυξήσει την ένταση της προσπίπτουσας ακτινοβολίας στο δείγμα. Με τον τρόπο αυτό θα ελαττωθεί ο χρόνος λήψης του συνολικού φάσματος ενώ ταυτόχρονα θα βελτιωθεί η στατιστική ιδιαίτερα στις μεγάλες γωνίες σκέδασης και θα καταστεί έτσι άνετη η μελέτη εξαιρετικά λεπτών υμενίων (μικρότερα των 20Å). / -