Radiation shielding is a central part of the design of treatment rooms for radiation therapy systems. The dose levels that medical staff and members of the public can be exposed to outside the treatment rooms are regulated by authorities and influence the required wall thicknesses and possible locations for the systems. Several standard methods exist for performing shielding calculations, but they are not well adapted to the stereotactic radiosurgery system Leksell Gamma Knife because of its self-shielding properties. The built-in shielding makes the leakage radiation anisotropic and generally have lower energy than the primary radiation from the Gamma Knife's cobalt sources. Oversimplifications made in the standard shielding calculation methods regarding the field can lead to excessively thick shielding and limit the number of suitable locations for the system.  In this thesis project, a simulation-based dose calculation algorithm was developed, that uses Monte Carlo-generated data in two steps. The algorithm uses a phase space to accurately describe the radiation field around the Gamma Knife. Information about individual photons in the field is then combined with a generated library of data describing the resulting dose outside a wall depending on the wall thickness and the photon energy. The dose calculation algorithm is fast enough to be integrated into optimization processes, in which the algorithm is used iteratively while varying room design parameters. Demonstrated in this report is a case with a room of fixed size, in which the Gamma Knife's position and the walls' thicknesses are varied, with the aim to find the room design resulting in the minimum wall thicknesses needed to achieve acceptable dose levels outside. The results in this thesis indicate that the dose calculation algorithm performs well and could likely be used in more complex optimizations with more design variables and more advanced design goals. / Strålsäkerhet är en viktig aspekt vid uppförandet av behandlingsrum för strål-terapisystem. Strålningsnivåerna som sjukvårdspersonal och allmänheten kan exponeras för utanför behandlingsrummet regleras av myndigheter och påverkar vilken väggtjocklek som behövs och vilka platser som är lämpliga att placera systemen på. Flertalet metoder för strålskyddsberäkning existerar, men de är inte väl anpassade till det stereotaktiska radiokirurgiska systemet Leksell Gamma Knife, eftersom det har ett inbyggt strålskydd. Det inbyggda strålskyddet gör att strålfältet runt Gamma Knife är anisotropt och generellt har lägre energi än primärstrålningen från systemets koboltkällor. Förenklingar som görs rörande strålfältet i flera existerande metoder för strålskyddsberäkning kan leda till att överdrivet tjocka strålskydd används eller begränsa antalet lämpliga platser att placera systemet på. I detta projekt utvecklades en dosberäkningsalgoritm, som i två steg använder data genererad genom Monte Carlo-simuleringar. Algoritmen använder ett fasrum för att detaljerat beskriva strålfältet runt Gamma Knife. Information om enskilda fotoner i fältet används sen i kombination med ett genererat bibliotek av data som beskriver det dosbidrag som en foton bidrar med utanför behandlingsrummet, baserat på fotonens energi och väggarnas tjocklek. Dosberäkningsalgoritmen är snabb nog att integreras i optimeringsprocesser där den används iterativt samtidigt som rumsdesignparametrar varieras. I denna rapport demonstreras ett fall med ett rum av bestämd storlek, där positionen av Gamma Knife i rummet och väggarnas tjocklekar varieras. Optimeringens syfte i exemplet är att hitta den rumsdesign som med de minsta väggtjocklekarna resulterar i acceptabla strålningsnivåer utanför rummet. Resultaten tyder på att dosberäkningsalgoritmen sannolikt kan användas i mer komplexa optimeringar med fler designvariabler och mer avancerade designmål.

In this thesis we have studied different aspects of the novel field of quantum information with continuous variables. The higher efficiency and bandwidth of homodyne detection combined with the easiness of generation and manipulation of Gaussian states makes continuous-variable quantum information a promising and flourishing field of research. This dissertation is divided in two parts. The first part explores two applications of the “photon subtraction” operation; Firstly, a technique to generate highly non-Gaussian single-mode states of light; Secondly, an experimental setup capable of realizing a loophole-free Bell test. The second part of this dissertation develops a detailed analysis of an important family of continuous-variable quantum key distribution protocols, namely those based on Gaussian modulation of Gaussian states./Dans cette thèse on a étudié différents aspects de l'information quantique à variables continues. Les meilleures efficacité et bande passante de la détection homodyne combinées à la simplicité de génération et de manipulation d'états gaussiens rend l'information quantique à variables continues un domaine de recherche très prometteur, qui est actuellement en plein essor. La dissertation est divisée en deux parties. La première explore deux applications de l'opération “soustraction de photon”; en premier lieu on présente une nouvelle technique capable de générer des états mono-modaux de la lumière hautement non-gaussiens; deuxiemement on présente un schéma expérimental capable de réaliser un test de Bell sans faille logique. La deuxième partie de cette dissertation développe une étude détaillée d'une famille très importante de protocoles de distribution quantique de clé à variables continues, ceux basés sur la modulation gaussienne d'états gaussiens.

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Selon des études comportementales, les comportements complexes sont des processus multi-échelles, souvent composés de sous-éléments (unités fonctionnelles ou primitives). Cette thèse propose des architectures fonctionnelles afin de représenter la structure dynamique des unités fonctionnelles ainsi que celle des comportements multi-échelles résultants. Dans un premier temps, des unités fonctionnelles sont modélisées comme des flux structurés de faible dimension dans l'espace de phase (modes de fonctionnement). Des dynamiques supplémen-taires (signaux opérationnels) opèrent sur ces modes de fonctionnement faisant émerger des comportements complexes et sont classifiés selon la séparation entre leur échelle temporelle et celle des modes. Ensuite, des mesures de complexité, appliquées sur des architectures dis-tinctes composant un mouvement simple, révèlent un compromis entre la complexité des modes de fonctionnement et celle des signaux opérationnels. Celui-ci dépend de la séparation entre leurs échelles temporelles et soutient l'efficacité des architectures utilisant des modes non triviaux. Dans un deuxième temps, une architecture pour le comportement séquentiel (ici l'écriture) est construite via le couplage des modes de fonctionnement (réalisant des lettres) et des signaux opérationnels, ceux-ci beaucoup plus lents ou beaucoup plus rapides. Ainsi, l'importance des interactions entre les échelles temporelles pour l'organisation du comporte-ment est illustrée. Enfin, les contributions des modes et des signaux sur la sortie de l'architec-ture sont déterminées. Ceci semble être uniquement possible grâce à l'analyse du flux de phase (c'est-à-dire, non pas à partir des trajectoires dans l'espace de phase ni des séries temporelles). / Behavioural studies suggest that complex behaviours are multiscale processes, which may be composed of elementary ones (units or primitives). Traditional approaches to cognitive mod-elling generally employ reductionistic (mostly static) representations and computations of simplistic dynamics. The thesis proposes functional architectures to capture the dynamical structure of both functional units and the composite multiscale behaviours. First, a mathe-matical formalism of functional units as low dimensional, structured flows in phase space is introduced (functional modes). Second, additional dynamics (operational signals), which act upon functional modes for complex behaviours to emerge, are classified according to the separation between their characteristic time scale and the one of modes. Then, complexity measures are applied to distinct architectures for a simple composite movement and reveal a trade off between the complexities of functional modes and operational signals, depending on their time scale separation (in support of the control effectiveness of architectures employing non trivial modes). Subsequently, an architecture for serial behaviour (along the example of handwriting) is demonstrated, comprising of functional modes implementing characters, and operational signals much slower (establishing a mode competition and ‘binding’ modes into sequences) or much faster (as meaningful perturbations). All components being coupled, the importance of time scale interactions for behavioural organization is illustrated. Finally, the contributions of modes and signals to the output are recovered, appearing to be possible only through analysis of the output phase flow (i.e., not from trajectories in phase space or time).

The main goal of our thesis is to understand qualitative properties of solutions to the Cauchy problem for the semi-linear wave model with time-dependent speed and dissipation. We greatly benefited from very precise estimates for the corresponding linear problem in order to obtain the global existence (in time) of small data solutions. This reason motivated us to introduce very carefully a complete description for classification of our models: scattering, non-effective, effective, over-damping. We have considered those separately.

In this thesis we have studied different aspects of the novel field of quantum information with continuous variables. The higher efficiency and bandwidth of homodyne detection combined with the easiness of generation and manipulation of Gaussian states makes continuous-variable quantum information a promising and flourishing field of research. This dissertation is divided in two parts. The first part explores two applications of the “photon subtraction” operation; Firstly, a technique to generate highly non-Gaussian single-mode states of light; Secondly, an experimental setup capable of realizing a loophole-free Bell test. The second part of this dissertation develops a detailed analysis of an important family of continuous-variable quantum key distribution protocols, namely those based on Gaussian modulation of Gaussian states./Dans cette thèse on a étudié différents aspects de l'information quantique à variables continues. Les meilleures efficacité et bande passante de la détection homodyne combinées à la simplicité de génération et de manipulation d'états gaussiens rend l'information quantique à variables continues un domaine de recherche très prometteur, qui est actuellement en plein essor. La dissertation est divisée en deux parties. La première explore deux applications de l'opération “soustraction de photon”; en premier lieu on présente une nouvelle technique capable de générer des états mono-modaux de la lumière hautement non-gaussiens; deuxiemement on présente un schéma expérimental capable de réaliser un test de Bell sans faille logique. La deuxième partie de cette dissertation développe une étude détaillée d'une famille très importante de protocoles de distribution quantique de clé à variables continues, ceux basés sur la modulation gaussienne d'états gaussiens. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished