Dosimetrie mit dem Dosepix-Detektor in gepulsten Photonenfeldern mit hohen Dosisleistungen

Dosepix is a pixelated semiconductor-based hybrid photon detector designed for dosimetry measurements. 16 × 16 pixels with two different pixel sizes are realized on a 300 μm thick sil- icon sensor. Each pixel can detect single photons and acquire the corresponding deposited energy individually. The Dosepix detector can be operated in different data acquisition modes. Two of them are used in this thesis for dose measurements. A dosemeter consisting of three Dosepix detectors with different metal filters is used in the experiments. The filters alter the impinging photon spectrum that is then acquired by each detector. This increases the energy information about the initial spectrum and enables the dosemeter to perform dosimetry in photon fields with energies up to 1.3 MeV. Test measurements are performed to investigate the detector concerning different calibration methods and adjustable mea- surement parameters. The performance of the Dosepix dosemeter using the spectroscopic photon-counting mode fulfills the legal requirements for new personal dosemeters. Quanti- ties like the energy of the applied X-ray spectrum or the applied dose rate are tested. For the energy dependence, the personal dose equivalents p (10) and p (0.07) are investigated. The maximum applied dose rate that produces a response that is still within the required limits is over 100 times higher than the mandatory value. The behavior of the Dosepix detector changes with the applied dose rate due to pile-up in the pixel electronics. The effects pile-up can have on a dose measurement depend on the energy distribution of the initial spectrum. This dependence is examined for several unfiltered X-ray spectra. The behavior of the Dosepix detector changes significantly in short-pulsed photon fields with high dose rates as they are applied by portable X-ray generators. Characterization measurements with different measurement parameters are performed in such pulsed pho- ton fields to investigate the behavior of the detector. The approach to measuring the dose under these extreme conditions with photon-counting fails. For this case, another method is introduced. A simulation of the data acquisition in an integrating operation mode of the Dosepix detector in these high dose rate photon fields is outlined. A deep learning analysis that uses training data from this simulation is used to estimate the dose quanti- ties p (10) and p (0.07). Different network architectures are investigated concerning their performance on simulated data. Measurements with two portable X-ray generators that apply different photon spectra are performed. For both devices, the selected neural network yields stable results over a wide dose rate range up to about 2.4 · 10^6 Sv/h The deep learning analysis to reconstruct the personal dose equivalent p (10) is tested on short X-ray pulses produced via laser-driven emission. Here, a significant contribution to the dose from elec- trons occurs. The dose measured with the Dosepix dosemeter is very similar to the dose measured separately with a spectrometer. A coincidental agreement cannot be ruled out since the Dosepix detector was not tested so far in mixed electron / photon fields. The neural network analysis to estimate the dose in continuous radiation fields, as they are legally required, is tested and shows good results. Almost all tested requirements are fulfilled with the deep learning analysis. This is unexpected since the simulation that gen- erates the training data for the neural network is not designed for continuous radiation. Furthermore, the deep learning analysis, which is performed with an integrating operation mode, is tested with different irradiation times to vary the applied dose. The resulting response is stable over a wide dose range up to 82 mSv, which shows that the performance of the neural network does not depend on the irradiation time. The experiments and analysis performed in this thesis show that pile-up, as it occurs in pulsed, high dose rate photon fields, has a significant impact on dose measurements. It is shown that a dosemeter based on Dosepix detectors is capable of measuring personal dose equivalents under these extreme conditions. Further research might enable the Dosepix dosemeter to expand its applications beyond personal photon dosimetry and put it to use in other fields of science.Dosepix ist ein pixelierter, hybrider Halbleiterphotonendetektor, der für Messungen in der Dosimetrie entwickelt wurde. Der 300 μm dicke Siliziumsensor ist in 16 × 16 Pixel mit zwei verschiedenen Größen unterteilt. Jeder Pixel kann einzelne Photonen und die entsprechende deponierte Energie individuell registrieren. Der Dosepix-Detektor kann in verschiedenen Aufnahmemodi betrieben werden. Zwei davon werden in dieser Arbeit für Dosismessungen benutzt. Ein Dosimeter, das aus drei Dosepix-Detektoren mit unterschiedlichen Metallfiltern besteht, wird in den Experimenten verwendet. Die Filter verändern das auftreffende Photonenspektrum, das dann von den Detektoren gemessen wird. Dies erhöht die Energieinformation über das ursprüngliche Spektrum. Dadurch ist es mit dem Dosimeter möglich, Dosismessungen in Photonenfeldern mit Energien bis zu 1.3MeV durchzuführen. Testmessungen werden durchgeführt, um den Detektor hinsichtlich verschiedener Kalibrierungsmethoden und einstellbarer Messparameter zu untersuchen. Im spektroskopisch aufgelösten Photonenzählmodus erfüllt das Dosepix-Dosimeter die gesetzlichen Anforderungen für neue Personendosimeter. Es werden Größen wie die Energie des applizierten Röntgenspektrums oder die applizierte Dosisleistung getestet. Die Personendosen p(10) und p(0, 07) werden bezüglich ihrer Energieabhängigkeit untersucht. Die maximal applizierte Dosisleistung mit einer Response, die noch innerhalb der geforderten Grenzen liegt, ist mehr als 100-mal höher als der vorgeschriebene Wert. Das Verhalten des Dosepix-Detektors ändert sich mit der applizierten Dosisleistung aufgrund von Pile-up in der Pixelelektronik. Welche Auswirkungen Pile-up auf eine Dosismessung haben kann, hängt von der Energieverteilung des eintreffenden Spektrums ab. Dieser Zusammenhang wird für mehrere ungefilterte Röntgenspektren untersucht. Das Verhalten des Dosepix-Detektors ändert sich deutlich in Photonenfeldern mit kurzen Pulsen und hohen Dosisleistungen, wie sie von tragbaren Röntgengeneratoren erzeugt werden. Messungen zur Charakterisierung werden in solchen gepulsten Photonenfeldern mit unterschiedlichen Messparametern durchgeführt, um das Verhalten des Detektors zu untersuchen. Die Dosis unter diesen extremen Bedingungen mit dem Photonenzählmodus zu messen, schlägt fehl. Für diesen Fall wird eine andere Methode präsentiert. Eine Simulation der Datenerfassung in Photonenfeldern mit hohen Dosisleistungen mit einem integrierenden Aufnahmemodus des Dosepix-Detektors wird vorgestellt. Eine Deep-Learning-Analyse, die Trainingsdaten aus dieser Simulation verwendet, wird benutzt, um die Dosisgrößen p(10) und p(0, 07) zu bestimmen. Verschiedene Netzwerkarchitekturen werden hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit auf simulierten Daten untersucht. Es werden Messungen mit zwei tragbaren Röntgengeneratoren, die unterschiedliche Photonenspektren erzeugen, durchgeführt. Für beide Geräte liefert das ausgewählte neuronale Netz über einen weiten Dosisleistungsbereich bis etwa 2.4・10^6 Sv/h stabile Ergebnisse. Die Deep-Learning-Analyse zur Rekonstruktion der Personendosis p(10) wird in kurzen Röntgenpulsen, die durch lasergetriebene Emission erzeugt werden, getestet. Dabei tritt ein erheblicher Beitrag zur Dosis von Elektronen auf. Die Dosis, die mit dem Dosepix-Dosimeter gemessen wird, stimmt mit der Dosis, die separat mit einem Spektrometer gemessen wird, gut überein. Es kann nicht ausgeschlossen werden, dass die gute Übereinstimmung zufällig zustande kommt, da der Dosepix-Detektor bis jetzt noch nicht in gemischten Elektronen-/Photonenfeldern getestet wurde. Die Analyse mit dem neuronalen Netzwerk zur Abschätzung der Dosis wird in kontinuierlichen Strahlungsfeldern, wie sie gesetzlich vorgeschrieben sind, getestet und zeigt gute Ergebnisse. Mit der Deep-Learning-Analyse werden fast alle getesteten Anforderungen erfüllt. Dies ist unerwartet, da die Simulation, die Trainingsdaten für das neuronale Netzwerk generiert, nicht für kontinuierliche Strahlung ausgelegt ist. Weiterhin wird die Deep-Learning-Analyse, die mit einem integrierenden Aufnahmemodus durchgeführt wird, mit unterschiedlichen Bestrahlungszeiten getestet, um die applizierte Dosis zu variieren. Die resultierende Response ist über einen weiten Dosisbereich bis zu 82 mSv stabil, was zeigt, dass die Leistung des neuronalen Netzwerks nicht von der Bestrahlungszeit abhängt. Die in dieser Arbeit durchgeführten Experimente und Analysen zeigen, dass Pile-up, wie er in gepulsten Photonenfeldern mit hohen Dosisleistungen auftritt, einen signifikanten Einfluss auf Dosismessungen hat. Es wird gezeigt, dass ein Dosimeter, das aus Dosepix- Detektoren besteht, dazu geeignet ist, um unter diesen extremen Bedingungen die Personendosis zu messen. Weitere Forschungen könnten es ermöglichen, den Anwendungsbereich des Dosepix-Dosimeters über die Photonendosimetrie hinaus zu erweitern und in anderen Wissenschaftsbereichen einzusetzen

Three dimensional photograph of single electron tracks through a scintillator

The reconstruction of particle trajectories makes it possible to distinguish between different types of charged particles. In high-energy physics, where trajectories are rather long, large size trackers must be used to achieve sufficient position resolution. However, in low-background experiments tracks are rather short and three dimensional trajectories could only be resolved in time-projection chambers so far. For detectors of large volume and therefore large drift distances, which are inevitable for low-background experiments, this technique is limited by diffusion of charge carriers. In this work we present a "proof-of-principle" experiment for a new method for the three dimensional tracking of charged particles by scintillation light: We used a setup consisting of a scintillator, mirrors, lenses and a novel imaging device (the hybrid photo detector) in order to image two projections of electron tracks through the scintillator. We took data at the T-24 beam-line at DESY with relativistic electrons with a kinetic energy of 5 GeV and from this data successfully reconstructed their three dimensional propagetion path in the scintillator. With our setup we achieved a position resolution of about 28 mum in the best case.Comment: 9 pages, 13 figures, 1 tabl

Personal Dosimetry in Pulsed Photon Fields with the Dosepix Detector

First investigations regarding dosimetric properties of the hybrid, pixelated, photon-counting Dosepix detector in a pulsed photon field (RQR8) for the personal dose equivalent $H\mathrm{_p(10)}$ are presented. The influence quantities such as pulse duration and dose rate were varied, and their responses were compared to the legal limits provided in PTB-A 23.2. The variation of pulse duration at a nearly constant dose rate of 3.7$\,$Sv/h shows a flat response around 1.0 from 3.6$\,$s down to 2$\,$ms. A response close to 1.0 is achieved for dose rates from 0.07$\,$mSv/h to 35$\,$Sv/h for both pixel sizes. Above this dose rate, the large pixels (220$\,\mathrm{\mu}$m edge length) are below the lower limit. The small pixels (55$\,\mathrm{\mu}$m edge length) stay within limits up to 704$\,$Sv/h. The count rate linearity is compared to previous results, confirming the saturating count rate for high dose rates.Comment: 6 pages, 3 figures. This work has been submitted to the IEEE for possible publication. Copyright may be transferred without notice, after which this version may no longer be accessibl

Conflicts and political intervention: Evidence from the anti-open grazing laws in Nigeria

This paper empirically investigates the effects of Anti-Open Grazing Laws (AOGLs) on herder-farmer conflicts in Nigeria. The laws, enacted as a response to escalating violent conflicts over fertile land resources between herders and farmers, aimed to reduce clashes by prohibiting livestock grazing in specific areas and periods. Our study employs a geographic difference-in-discontinuities design, leveraging the sharp change in legal conditions at state borders and the panel structure of our data. We integrate conflict data from the Armed Conflict Location & Event Data Project (ACLED) with spatially disaggregated microdata to analyze how AOGLs influence conflict incidence across regions of Nigeria. Our findings indicate limited effectiveness of AOGLs in curbing herder-farmer conflicts, suggesting instead a displacement of conflicts. It also appears that the laws have led to a slight increase in overall conflict within the states implementing them, arguably due to increased engagements between herder or farmer groups and security forces. These results underscore the need for more comprehensive, context-specific interventions to address the root causes of herder-farmer conflicts.Diese Studie untersucht empirisch die Auswirkungen von Gesetzen gegen offenes Weiden (Anti-Open Grazing Laws, AOGLs) auf Konflikte zwischen Hirten und Landwirten in Nigeria. Die Gesetze wurden als Reaktion auf eskalierende gewaltsame Konflikte um fruchtbare Landressourcen zwischen Hirten und Landwirten erlassen und zielen darauf ab, Auseinandersetzungen zu reduzieren, indem sie das Weiden von Nutztieren in bestimmten Gebieten und Zeiträumen verbieten. Unsere Studie verwendet ein geographisches Differenz-in-Diskontinuitäten-Design, welches den abrupten Wechsel in den rechtlichen Bedingungen an den Staatsgrenzen und die Panelstruktur unserer Daten ausnutzt. Wir kombinieren Konfliktdaten aus dem Armed Conflict Location & Event Data Project (ACLED) mit räumlich disaggregierten Mikrodaten, um zu analysieren, wie AOGLs den Konflikt in verschiedenen Regionen Nigerias beeinflussen. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass AOGLs nur begrenzt wirksam sind, um Konflikte zwischen Hirten und Landwirten einzudämmen, und stattdessen eher eine Verlagerung der Konflikte nahelegen. Es scheint auch, dass die Gesetze zu einem leichten Anstieg der Gesamtkonflikte innerhalb der Bundesstaaten, die diese Gesetze umgesetzt haben, geführt haben, möglicherweise aufgrund erhöhter Auseinandersetzungen zwischen Hirten- oder Bauerngruppen und Sicherheitskräften. Diese Ergebnisse unterstreichen die Notwendigkeit von umfassenderen, kontextspezifischen Interventionen, um die Ursachen von Konflikten zwischen Hirten und Bauern zu bekämpfen

Political favoritism and internal migration in Benin

In this paper we explore the role of regional connections with a national leader as a pull factor of internal migration in Benin by exploiting granular census data over the period 1991-2013. The empirical analysis is based on a gravity model of migration and utilizes a PPML estimator. Controlling for a diverse set of fixed effects, we show that being connected to a national leader goes along with statistically significant levels of migration into the respective districts. We also provide more detailed evidence that links these migration movements to the presence of political favoritism through its ability to improve economic opportunities and the access to public goods at the local level. The evidence in this paper blends in well with the related literature on political favoritism extending it by a previously unexplored dimension.In diesem Aufsatz analysieren wir die Rolle regionaler Verbindungen zu Präsidenten als Anziehungsfaktor für interne Migration in Benin. Hierzu nutzen wir detaillierte Zensusdaten aus dem Zeitraum von 1991 bis 2013. Unsere empirische Analyse basiert auf einem Migrations-Gravitationsmodell und verwendet einen Poisson-Pseudo-Maximum-Likelihood (PPML) Schätzer. Wir stellen fest, dass eine regionale Verbindung zu einem Präsidenten mit einer statistisch signifikanten Migration in die entsprechenden Bezirke einhergeht. Darüber hinaus präsentieren wir detailliertere Evidenz, die diese Migrationsbewegungen mit politischer Bevorzugung verknüpft. Politische Bevorzugung hat das Potential, die wirtschaftlichen Bedingungen und den Zugang zu öffentlichen Gütern auf lokaler Ebene zu verbesseren, was wiederum Anreize zur Migration schafft. Unsere Ergebnisse fügen sich nahtlos in die bestehende Literatur zur politischen Bevorzugung ein und erweitern diese um eine bisher unerforschte Dimension

Atlas Vulnerability and Resilience

International audienc

Favoritism by the governing elite

In this paper, we study the extent to which ministers engage in regional favoritism. We are the first to provide a comprehensive analysis of a larger set of the governing elite, not just focusing on the primary leader. We hand-collect birthplaces of this governing elite globally. Combining this information with extended night-time luminosity and novel population data over the period from 1992 to 2016, we utilize a staggered difference-in-differences estimator and find that birthplaces of ministers globally emit on average roughly 7% more nightlight. We do not find evidence that this is driven by, or induces migration to their home regions. The size of our data set lets us investigate heterogeneities along a number of dimensions: political power, ministerial portfolio, and the institutional setting