Counting efficiencies were determined by empirical measurement and Monte Carlo simulation for carbon-14, strontium-89, strontium-90, and yttrium-90 standards counted by low-background gas flow proportional counter for strontium carbonate precipitates in the range from 3 to 33 mg cm⁻². The maximum beta particle energies range from 0.156 MeV for carbon-14 to 2.28 MeV for yttrium-90. The parameters for estimating the counting efficiency are summarized for sources with areal thickness of 14 mg cm⁻² and over the range in strontium carbonate areal thickness from 0.1 mg cm⁻² to 33 mg cm⁻². Uncertainty budgets providing estimates of the uncertainty, sources of variability in the calibration process, and the total expanded uncertainty are presented. Information is presented for the Monte Carlo simulation regarding the composition of the detector window, the energy excluded by the amplifier discriminator of the counting system, and the physical density of materials for this analytical process. The histogram normalization routine implemented within MCNP is described and found to bias the probability distribution for beta-particle energy spectra. The difference in the specification of the probability distribution for beta-particle energy spectra in ICRU 56 Appendix D and MCNP requirements are described and a correction for the bias introduced during the normalization process for beta spectra is provided. Counting efficiencies determined by empirical measurement and Monte Carlo simulations agree within the total expanded uncertainties of the measurements and the uncertainties of the Monte Carlo simulations.

Solutions were developed to solve the special photon transport problems. A respective Monte Carlo code were implemented. The photon transport calculations were made for simulation of light distribution in tissues, for 3D estimation of dosis brachytherapy source, for determination of scattering coincidences in PET and for solving of one special problem for ambient dosimetry. The developed calculation methods are based on a purely statistical approach and can therefore universal applied. The efficiency in respect of precision, numerical effectiveness, as well as memory requirement were optimised and verified by the calculations done. The modification and enhancement can be easy realised thanks to modular, object orientated implementation of the program and enables development of new application fields in physics and medicine. / Zur Lösung speziellen Probleme des Photonentransports wurden grundlegende Ansätze gewonnen und in einem Transportprogramm umgesetzt. Die Photonen-Transportrechnungen zur Simulation des Lichttransports in trüben Medien, für die dreidimensionale Dosisberechnung für interstitielle Brachytherapiequellen, für die Ermittlung der Streustrahlungsverteilungen in PET-Scannern und für die Lösung eines speziellen Problems der Umgebungsdosimetrie wurden durchgeführt. Die entwickelten Berechnungsmethoden basieren auf einer rein probabilistischen Herangehensweise und lassen sich deshalb universell verwenden. Ihre Leistungsfähigkeit hinsichtlich der Genauigkeit, der numerischen Effektivität sowie des Bedarfs an Rechenresourcen wurde optimiert und konnte durch die durchgeführten Berechnungen bestätigt werden. Durch den modularen, objektorientierten Programmaufbau sind Modifikationen und Erweiterungen relativ einfach durchzuführen. Das ermöglicht eine Erschließung von neuen Anwendungsgebieten in der Physik und Medizin.

Gegenstand des Vorhabens im Rahmen der WTZ mit Russland ist die Versprödung des Reaktordruckbehälters infolge der Strahlenbelastung mit schnellen Neutronen im kernnahen Bereich. Um den Einfluss von bestrahlungsinduzierten Gitterdefekten auf die mechanischen Eigenschaften zu ermitteln, wurden analytische Berechnungen zum Einfluss von Hindernissen auf die Beweglichkeit von Versetzungen und damit auf die Ausbildung einer plastischen Zone an der Rissspitze durchgeführt. Es wird demonstriert, dass sich die an der Rissspitze entstehenden Versetzungen an dem Hindernis (bestrahlungsinduzierte Punktdefekte) aufstauen. In Abhängigkeit der Rissbelastung KI und der Entfernung des Hindernisses von der Rissspitze werden die Versetzungsdichte und das durch den Versetzungsstau verursachte Spannungsfeld berechnet. Mit Hilfe von Experimenten zur Neutronenkleinwinkelstreuung (SANS - small angle neutron scattering) an verschiedenen WWER-Stählen und Modelllegierungen wurden Größenverteilungen und die Volumenanteile der strahleninduzierten Defekte für verschiedene Bestrahlungszustände (Fluenzen, Bestrahlungstemperaturen) ermittelt. Es wurde gezeigt, dass sich die strahleninduzierte Werkstoffschädigung durch Wärmebehandlung weitgehend wieder ausheilen lässt. Nach der thermischen Ausheilung ist der Werkstoff bei erneuter Bestrahlung weniger anfällig für strahleninduzierte Defekte. Die Ergebnisse der SANS-Untersuchungen wurden mit der Änderung der mechanischen Eigenschaften (Härte, Streckgrenze und Sprödbruchübergangstemperatur) korreliert. Mit der kinetischen Gitter-Monte-Carlo-Methode wurden numerische Sensitivitätsstudien zum Einfluss des Cu-Gehalts auf die Stabilität von Defekt-Clustern durchgeführt. Die Berechnungen zeigen, dass die Anwesenheit von Cu-Atomen zur Bildung von langlebigen Defekten führt. Dabei werden Leerstellen in Cu/Leerstellen-Cluster eingefangen. Leerstellen in reinem Eisen sind bei Bestrahlungstemperaturen von 270 °C dagegen nicht stabil, die Lebensdauer liegt zwischen 0.01 s und 1 s. Die kritische Cu-Konzentration, ab welcher stabile Defekte entstehen, beträgt ca. 0.1 Masseprozent.

Im Fokus dieser Dissertation stehen anorganisch-organische Hybridaggregate aus Kadmiumselenid-Nanokristallen und funktionalisierten Porphyrinmolekülen in Lösung. Mit Hilfe von statischen und zeitaufgelösten Methoden der optischen Spektroskopie wird nachgewiesen, daß die Bildung der Aggregate durch spontane Adsorption der funktionalisierten Moleküle an der Nanokristalloberfläche erfolgt. Dabei ist von einem dynamischen Gleichgewicht zwischen den Porphyrinmolekülen und den ursprünglichen Nanokristall-Liganden (TOPO) auszugehen. In der Photophysik der Hybridaggregate lassen sich ein resonanter Energietransfer nach Förster, der vom Nanokristall zum Porphyrinmolekül gerichtet ist, sowie eine Elektronen-Austauschwechselwirkung zwischen beiden Komponenten nach Dexter nachweisen. Mit Hilfe einer Erweiterung des Stern-Volmer-Ansatzes zur Beschreibung der Fluoreszenzlöschung für bimolekulare Reaktionen können die jeweiligen Anteile für eine Serie von Nanokristallen unterschiedlicher Größe und zweierlei Beschaffenheit grob quantifiziert werden. Ferner wird der Einfluß diffundierender Ladungen auf die Quantenausbeute von Halbleiternanokristallen anhand von zeitkorrelierter Einzelphotonenerfassung untersucht. Mit Hilfe einer Detektionsmethode, die die Zeitreihe der Ankunftszeiten einzelner Photonen erhält (tt-TCSPC), ist es möglich, den in eine Polymermatrix eingebetteten Halbleiternanokristallen charakteristische Fluktuationen der Fluoreszenzlebensdauer mit individueller Zeitkonstante zuzuordnen. / This Thesis is devoted to the formation and the photophysics of inorganic/organic hybride nanoaggregates designed from CdSe semiconductor nanocrystals and pyridyl-functionalized porphyrin molecules in solution at ambient conditions. The formation of the aggregates is revealed to be based on a spontaneous adsorption of the functionalized porphyrin molecules on the nanocrystal surfaces, with a dynamic equilibrium sustained due to the competition with TOPO, ie. the original surface ligand. The evidence for the existence of the self-assembled aggregates is furnished by the proof of a directed Förster resonant energy transfer from the nanocrystal to the porphyrin molecules at low compound concentrations. By means of steady-state and time-resolved optical spectroscopy, the resonant energy transfer (RET) is valued to be accompanied by at least one more secondary quenching mechanism. Motivated by the aptitude of the nanocrystals to host more than one molecule at once, the detection and quantification of this process is done by an extension of the conventional Stern-Volmer kinetics valid for bimolecular reactions. With that, the secondary interaction process aside from RET is explained in terms of a Dexter-type energy transfer that, on ist part, can be put down to a generation of charge-induced shallow trap states within the semiconductor nanocrystal. This model is in qualitative accordance with the known phenomena of fluorescence intermittency and spectral diffusion. The role of a fluctuating environment to affect the fluorescence quantum yield of the nanocrystals is confirmed by time-tagged time-correlated single-photon counting (tt-TCSPC) on single nanocrystals in a polymer matrix. The measurements show that the fluorescence lifetime of the nanocrystals is characterized by individual characteristic fluctuations possibly induced by temporal and spatial inhomogeneities in the distribution of the dielectric constants.

Der Zustandsraum ist ein sehr wichtiges und grundlegendes Konzept für die Untersuchung komplexer Systeme. Alle Eigenschaften des Systems können anhand der Struktur dieses Raumes verstanden werden. Aufgrund der immensen Größe des Zustandsraumes eines realen komplexen Systems ist eine vergröberte Beschreibung unumgänglich für dessen Analyse. In dieser Arbeit werden, aufbauend auf dem lang etablierten Modell der hierarchischen Bäume, spezielle Aspekte komplexer Systeme untersucht. Gleichzeitig wird das verwendete Modell in geeigneter Weise erweitert und verbessert. Im ersten Teil der Forschungsarbeit werden die Besonderheiten des Wahrscheinlichkeitsflusses an einem einzelnen Sattelpunkt einer Energielandschaft detailliert betrachtet. Die Einflüsse verschiedener Parameter wie Energietiefe, Zustandsdichte und Konnektivität werden unabhängig voneinander und im Zusammenspiel untersucht. Im zweiten Teil wird ein vollständiges System, das komplexes Verhalten zeigt, untersucht, wobei besonderes Gewicht auf seine Wechselwirkung, d.h. seinen Energieaustausch mit der Umgebung, gelegt wird. Es kann gezeigt werden, daß das hierarchische Relaxationsverhalten, welches bei anderen Varianten komplexer Systeme beobachtet werden konnte, im Baummodell bereits enthalten ist. Neben den bisher untersuchten, auf Energielandschaften basierenden Systemen besitzen auch turbulente Diffusionsprozesse hierarchische Strukturen. Im dritten Teil der Arbeit wird die Baumstruktur verwendet, um turbulente Superdiffusionsprozesse zu modellieren. Das dabei beobachtete Diffusionsverhalten wird mit vier bekannten mathematischen Modellen verglichen. Die Ergebnisse zeigen, daß nur eines der untersuchten Modelle den vom Baummodell beschriebenen turbulenten Transport in akzeptabler Weise nachbildet. / The state space is a very important and fundamental concept for the treatment of complex systems. All the system's properties can be understood by means of its structure. Due to the gigantic extent of a real system's state space, a coarse grained approach is inevitable for the analysis. In this work, based on the well established model of hierarchical trees, particular aspects of complex systems have been studied, while at the same time several extensions to the model have been made. In the first part of this research work the features of the probability flow are treated in detail at a single saddle point in the energy landscape. Influences of various parameters like energetic depth, density of states and connectivity are studied isolated and in their interaction. In the second part a whole system showing complex behavior is being considered, especially its energy exchange with the surroundings. It can be demonstrated that the hierarchical relaxation behavior observed in other realizations of complex systems is intrinsically covered by the tree model. Beside energy landscape based systems turbulent diffusion processes possess hierarchical structures, too. In the third part the tree structure has been used to model a turbulent superdiffusion process. The diffusion behavior observed there has been compared with four well known diffusion equation approaches. The results show that only one of the discussed continuum diffusion equations can model the turbulent transport based on the tree model in acceptable fashion.

Στα πλαίσια της συγκεκριμενης διδακτορικής διατριβής, δύο μοντέλα προσομοίωσης Monte Carlo επεκτάθηκαν ώστε να συμπεριλάβουν γεωμετρίες μεγέθυνσης και διάφορες περιεκτικότητες μαστού σε μαζικό αδένα, και χρησιμοποιήθηκαν με σκοπό τη βελτιστοποίηση των μεγεθυντικών λήψεων στη μαστογραφία. Με τα μοντέλα αυτά έγιναν δοσιμετρικές μελέτες, καθώς επίσης και μελέτες για την ποιότητα εικόνας. Πιο συγκεκριμένα, η δοση στο μαζικό αδένα του μαστού, η οποία συνδέεται άμεσα με την πιθανότητα καρκινογέννεσης κατά τη διάρκεια της μαστογραφίας, βρέθηκε να αυξάνει με το βαθμό μεγέθυνσης κυρίως λόγω του νόμου αντιστρόφου τετραγώνου της απόστασης. Ο λόγος αντίθεσης προς το θόρυβο επίσης αυξάνει με το βαθμό μεγέθυνσης. Ωστόσο, ο ρυθμός αύξησης είναι μεγαλύτερος για μεγέθυνση μέχρι 1.4. Με την εισαγωγή ενός δείκτη απόδοσης ο οποίος είναι συνάρτηση του επιθυμητού κέρδους (εκφραζόμενο από το CNRν) και του κόστους (εκφραζόμενο από τη δόση) διάφορες παράμετροι έκθεσης (βαθμός μεγέθυνσης και φάσμα) αποτιμήθηκαν υπό συνθήκες μεγέθυνσης. Ο βαθμός μεγέθυνσης 1.3 βρέθηκε να έχει την καλύτερη απόδοσηγια όλους τους συνδυασμούς υλικών ανόδου/φίλτρου που μελετήθηκαν. Διάφοροι συνδυασμοί όπως οι W/0.050mmAl, Rh/0.51mmAl, W/0.030mmRh, Rh/0.029mmRh, Rh/0.030mmRu και Mo/0.029mmRh θα μπορούσαν να ανταγωνιστούν το Mo/0.030mmMo σε γεωμετρίες επαφής. Ωστόσο, όταν εφαρμόζεται η τεχνική της μεγέθυνσης και ειδικά βαθμός μεγαλύτερος από 1.3, το Mo/0.030mmMo έχει τη μεγαλύτερη συνολική απόδοση μεταξύ των συνδυασμών που μελετήθηκαν. Επιπλεον, μελετήθηκε η επίδραση του μεγέθους της εστίας και της κατανομής εκπεμπόμενης ακτινοβολίας ακτίων-χ στη χωρική διακριτική ικανότητα υπό συνθήκες μεγέθυνσης, χρησιμοποιώντας τη μέθοδο της αιχμής. Εστίες μεγαλύτερες από 0.12 mm θα έπρεπε να χρησιμοποιούνται μόνο για προληπτικές μαστογραφίες, ειδικά όταν συνδυάζονται με ομοιόμορφες ή κανονικές κατανομές διπλής κορυφής. Εστίες των 0.04 mm ή και ακόμα μικρότερες, συνδυασμένες με κανονικές κατανομές μονής κορυφής και μικρής τυπικής απόκλισης οδηγούν σε αποδεκτές τιμές διακριτικής ικανότητας με βάση τους διεθνείς κανονισμούς, ακόμα και σε μεγάλους βαθμούς μεγέθυνσης. Τέλος, βρέθηκε ότι η διακριτική ικανότητα υποβαθμίζεται με τη μεγέθυνση λόγω της γεωμετρικής ασάφειας. / In the framework of this doctorate thesis, two simulation models based on Monte Carlo were expanded in order to include magnification geometries and various breast compositions, and were utilized aiming to study and optimize the magnification views in mammography. With the use of these models, dosimetric as well as image quality characteristics were evaluated and combined in order to come into conclusions. More specifically, the dose in the glandular tissue of the breast, which is directly associated with the carcinogenic risk during mammography, was found to increase with the degree of magnification, mainly due to the inverse square law. Contrast to Noise Ratio also increases with magnification. However, the increase rate is higher for magnification up to 1.4. With the introduction of a Performance Index, which is a function of the desirable benefit (expressed by the (CNR)ν) and the cost (expressed by the dose), several exposure and design parameters (degree of magnification, spectrum) were evaluated under magnification conditions. Degree of magnification 1.3 was found to have the best overall performance for all the anode/filter combinations considered. Several combinations like W/0.050mmAl, Rh/0.51mmAl, W/0.030mmRh, Rh/0.029mmRh, Rh/0.030mmRu and Mo/0.029mmRh can compete with the Mo/0.030mmMo under contact geometry. However, when magnification is performed and especially degree higher than 1.3, Mo/0.030mmMo has the best overall performance between the anode/filter combinations considered. Moreover, the effect of focal spot size and x-ray intensity distribution on the spatial resolution was studied under magnification, using the edge method. Focal spots larger than 0.12 mm should be utilized only for screening mammography, especially when combined with uniform or double Gaussian intensity distributions. Small focal spots of 0.04 mm or less, combined with Gaussian distribution result in acceptable values of spatial resolution, according to the international regulations, even for high degrees of magnification. Finally, a degradation of the spatial resolution was found with the degree of magnification, which is mainly caused by the geometrical unsharpness.

No description available.

The presence of gas hydrates in permafrost regions has been confirmed by core samples recovered from the Mallik gas hydrate research wells located within Mackenzie Delta in the Northwest Territories of Canada. Strong vertical variations of compressional and shear velocities and weak surface seismic expressions of gas hydrates indicate that lithological heterogeneities control the lateral distribution of gas hydrates. Seismic scattering studies predict that typical horizontal scales and strong velocity contrasts due to gas hydrate concentration will generate strong forward scattering, leaving only weak energy to be captured by surface receivers. In order to understand the distribution of gas hydrates and the scattering effects on seismic waves, heterogeneous petrophysical reservoir models were constructed based on the P-wave and S-wave velocity logs. Random models with pre-determined heterogeneity scales can also be used to simulate permafrost interval as well as sediments without hydrates. Using the established relationship between hydrate concentration and P-wave velocity, we found that gas hydrate volume content can be determined by correlation length and Hurst number. Using the Hurst number obtained from Mallik 2L-38, and the correlation length estimated from acoustic impedance inversion, gas hydrate volume fraction in Mallik area was estimated to be 17%, approximately 7x108 m3 free gas stored in a hydrate bearing interval with 250,000 m2 lateral extension and 100 m depth. Simulations of seismic wave propagation in randomly heterogeneous models demonstrate energy loss due to scattering. With the available modeling algorithm, the impact of heterogeneity scales on seismic scattering and optimum acquisition geometries will be investigated in future studies.

Hierarchical Linear Modeling (HLM) sample size recommendations are mostly made with traditional group-design research in mind, as HLM as been used almost exclusively in group-design studies. Single-case research can benefit from utilizing hierarchical linear growth modeling, but sample size recommendations for growth modeling with HLM are scarce and generally do not consider the sample size combinations typical in single-case research. The purpose of this Monte Carlo simulation study was to expand sample size research in hierarchical linear growth modeling to suit single-case designs by testing larger level-1 sample sizes (N1), ranging from 10 to 80, and smaller level-2 sample sizes (N2), from 5 to 35, under the presence of autocorrelation to investigate bias and power. Estimates for the fixed effects were good for all tested sample-size combinations, irrespective of the strengths of the predictor-outcome correlations or the level of autocorrelation. Such low sample sizes, however, especially in the presence of autocorrelation, produced neither good estimates of the variances nor adequate power rates. Power rates were at least adequate for conditions in which N2 = 20 and N1 = 80 or N2 = 25 and N1 = 50 when the squared autocorrelation was .25.Conditions with lower autocorrelation provided adequate or high power for conditions with N2 = 15 and N1 = 50. In addition, conditions with high autocorrelation produced less than perfect power rates to detect the level-1 variance.

Spacecraft design is inherently difficult due to the nonlinearity of the systems involved as well as the expense of testing hardware in a realistic environment. The number and cost of flight tests can be reduced by performing extensive simulation and analysis work to understand vehicle operating limits and identify circumstances that lead to mission failure. A Monte Carlo simulation approach that varies a wide range of physical parameters is typically used to generate thousands of test cases. Currently, the data analysis process for a fully integrated spacecraft is mostly performed manually on a case-by-case basis, often requiring several analysts to write additional scripts in order to sort through the large data sets. There is no single method that can be used to identify these complex variable interactions in a reliable and timely manner as well as be applied to a wide range of flight dynamics problems. This dissertation investigates the feasibility of a unified, general approach to the process of analyzing flight dynamics Monte Carlo data. The main contribution of this work is the development of a systematic approach to finding and ranking the most influential variables and combinations of variables for a given system failure. Specifically, a practical and interactive analysis tool that uses tractable pattern recognition methods to automate the analysis process has been developed. The analysis tool has two main parts: the analysis of individual influential variables and the analysis of influential combinations of variables. This dissertation describes in detail the two main algorithms used: kernel density estimation and nearest neighbors. Both are non-parametric density estimation methods that are used to analyze hundreds of variables and combinations thereof to provide an analyst with insightful information about the potential cause for a specific system failure. Examples of dynamical systems analysis tasks using the tool are provided.