Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Nguyên mẫu camera Compton dựa trên cảm biến SiPM cho việc phát hiện vật liệu phóng xạ
Tóm tắt
Camera Compton, một thiết bị hình ảnh hóa phân bố nguồn gamma dựa trên động lực học của tán xạ Compton, có ưu điểm là trường nhìn rộng, dải năng lượng lớn và cấu trúc nhỏ gọn. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã đề xuất một nguyên mẫu camera Compton, bao gồm các cảm biến nhạy cảm với vị trí dựa trên photomultiplier silicon (SiPM), hệ thống thu thập dữ liệu (DAQ) và hệ thống tái tạo hình ảnh. Các cảm biến được cấu thành từ các dãy tinh thể scintillator Gd3Al2Ga3O12 pha Ce và các dãy pixel Si-PM. Trong hệ thống DAQ, mạch chia điện tích đối xứng, mạch cầu trở và thuật toán trễ đồng nhất được thiết kế để ghi nhận các sự kiện đồng nhất. Thuật toán hồi về đơn giản và thuật toán tối đa khả năng như một danh sách đã được áp dụng cho việc tái tạo hình ảnh. Tọa độ vĩ độ và kinh độ được sử dụng cho việc hợp nhất hình ảnh. Hiệu suất của hệ thống nguyên mẫu camera Compton này đã được đánh giá. Kết quả chỉ ra rằng hệ thống này có khả năng định vị một nguồn điểm 137Cs trong vòng 20 giây với liều bức xạ tương ứng khoảng ~1.0 μSv/h. Độ phân giải góc của nguồn điểm là khoảng ~7° (FWHM), và độ phân giải năng lượng tổng thể ở 662 keV là 7.2%. Hơn nữa, chúng tôi đã thành công trong việc tách biệt hai nguồn điểm có năng lượng khác nhau [22Na (511 keV), 137Cs (662 keV)] trong thử nghiệm tại phòng thí nghiệm. Nguyên mẫu camera Compton scintillator này cung cấp những khả năng cho các ứng dụng như điều tra nguồn phát và phát hiện vật liệu phóng xạ.
Từ khóa
#camera Compton #photomultiplier silicon #phát hiện vật liệu phóng xạ #tán xạ Compton #tinh thể scintillatorTài liệu tham khảo
A.C. Zoglauer, First light for the next generation of Compton and pair telescopes. Ph.d. thesis, (Technische Universität München, 2005)
A. Kishimoto, J. Kataoka, T. Taya et al., First demonstration of multi-color 3-D in vivo imaging using ultra-compact Compton camera. Sci. Rep. 7, 1–7 (2017). https://doi.org/10.1038/s41598-017-02377-w
S. Mochizuki, J. Kataoka, L. Tagawa et al., First demonstration of aerial gamma-ray imaging using drone for prompt radiation survey in Fukushima. J. Instrum. 12, P11014 (2017). https://doi.org/10.1088/1748-0221/12/11/P11014
V. Schönfelder, A. Hirner, K. Schneider, A telescope for soft gamma ray astronomy. Nucl. Instrum. Methods 107, 385–394 (1973). https://doi.org/10.1016/0029-554X(73)90257-7
R.W. Todd, J.M. Nightingale, D.B. Everett, A proposed γ camera. Nature 251, 132–134 (1974). https://doi.org/10.1038/251132a0
C.G. Wahl, W.R. Kaye, W. Wang et al., The Polaris-H imaging spectrometer. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A 784, 377–381 (2015). https://doi.org/10.1016/j.nima.2014.12.110
L. Mihailescu, K.M. Vetter, M.T. Burks et al., SPEIR a Ge Compton camera. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A 570, 89–100 (2007). https://doi.org/10.1016/j.nima.2006.09.111
W. Lee, T. Lee, 4π FOV compact Compton camera for nuclear material investigations. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A 652, 33–36 (2011). https://doi.org/10.1016/j.nima.2011.01.140
W. Lee, A. Bolotnikov, T. Lee et al., Mini Compton camera based on an array of virtual Frisch-grid CdZnTe detectors. IEEE Trans. Nucl. Sci. 63, 259–265 (2016). https://doi.org/10.1109/TNS.2015.2514120
H. Seo, C.H. Kim, J.H. Park et al., Multitracing capability of double-scattering Compton imager with NaI (Tl) scintillator absorber. IEEE Trans. Nucl. Sci. 57, 1420–1425 (2010). https://doi.org/10.1109/TNS.2009.2035806
J. Kataoka, A. Kishimoto, T. Nishiyama et al., Handy Compton camera using 3D position-sensitive scintillators coupled with large-area monolithic MPPC arrays. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A 732, 403–407 (2013). https://doi.org/10.1016/j.nima.2013.07.018
C. Jackson, L. Wall, K. O’Neill, et al., Ultra-low noise and exceptional uniformity of SensL C-series SiPM sensors, in Proceedings of the SPIE 9359, Optical Components and Materials XII, 93591C (2015). https://doi.org/10.1117/12.2076898
J. Iwanowska, L. Swiderski, T. Szczesniak et al., Performance of cerium-doped Gd3Al2Ga3O12 (GAGG: Ce) scintillator in gamma-ray spectrometry. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A 712, 34–40 (2013). https://doi.org/10.1016/j.nima.2013.01.064
P.D. Olcott, J.A. Talcott, C.S. Levin et al., Compact readout electronics for position sensitive photomultiplier tubes. IEEE Trans. Nucl. Sci. 52, 21–27 (2005). https://doi.org/10.1109/TNS.2004.843134
V. Popov, S. Majewski, A.G. Weisenberger, et al., Analog readout system with charge division type output, in IEEE Nuclear Science symposium Conference Record, vol. 4, (2001), pp. 1937–1940. https://doi.org/10.1109/nssmic.2001.1009203
Y. Liu, L. Shuai, J. Zhang et al., Design and evaluation of position sensitive detector based on GAGG: Ce crystal coupled with SiPM. At. Energy Sci. Technol. 52, 1487–1491 (2018). https://doi.org/10.7538/yzk.2017.youxian.0810. (in chinese)
A. Haefner, D. Gunter, R. Barnowski et al., A filtered back-projection algorithm for 4π Compton camera data. IEEE Trans. Nucl. Sci. 62, 1911–1917 (2015). https://doi.org/10.1109/TNS.2015.2457436
S. J. Wilderman, N.H. Clinthorne, J.A. Fessler, et al. List-mode maximum likelihood reconstruction of Compton scatter camera images in nuclear medicine. IEEE Nucl. Sci. Symp. Conf. Rec. 3, 1716–1720 (1998). https://doi.org/10.1109/NSSMIC.1998.773871