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Environment

Visualizzazione di sorgenti di radiazioni gamma a basso livello utilizzando una fotocamera Compton Omnidirezionale a basso costo, ad alta sensibilità e omnidirezionale

Published: January 30, 2020
doi:
10.3791/60463
, , , , , ,
1School of Allied Health Sciences,Kitasato University, 2Institute for Cosmic Ray Research,University of Tokyo, 3College of Science,Ibaraki University, 4National Institute of Technology,Sendai College, 5National Cancer Center Hospital East

Summary

Presentiamo protocolli sperimentali per la visualizzazione di varie sorgenti di radiazioni gamma a basso livello nell’ambiente utilizzando una fotocamera Compton, a basso costo, ad alta sensibilità, omnidirezionale e gamma.

Abstract

Presentiamo protocolli sperimentali per la visualizzazione di varie sorgenti di radiazioni gamma di basso livello nell’ambiente. Gli esperimenti sono stati condotti utilizzando una fotocamera Compton, a basso costo e ad alta sensibilità, omnidirezionale e gamma-imaging. In laboratorio, la posizione di una sorgente di radiazione gamma sub-MeV come 137C può essere facilmente monitorata tramite l’imaging a raggi gamma omnidirezionale ottenuto dalla fotocamera Compton. Al contrario, un monitor fisso per la frequenza delle dosi montato a parete non può sempre monitorare con successo tale fonte. Inoltre, abbiamo dimostrato con successo la possibilità di visualizzare il movimento di radioattività nell’ambiente, ad esempio, il movimento di un paziente iniettato con 18F-fluorodeossiglucosio (18F-FDG) in un impianto di medicina nucleare. Nel campo di Fukushima, abbiamo facilmente ottenuto immagini a raggi gamma omnidirezionali relative alla distribuzione sul terreno della contaminazione radioattiva a basso livello da parte del cesio radioattivo rilasciato dall’incidente della centrale nucleare di Fukushima Daiichi nel 2011. Dimostriamo chiari vantaggi nell’utilizzare la nostra procedura con questa fotocamera per visualizzare le sorgenti di raggi gamma. I nostri protocolli possono essere ulteriormente utilizzati per scoprire sorgenti di radiazioni gamma di basso livello, al posto di monitor di frequenza della dose stazionaria e/o misuratori di rilevamento portatili utilizzati convenzionalmente.

Introduction

Le strutture mediche ospitano varie sorgenti di radiazioni gamma di basso livello con una dose di superficie e/o aria di pochi sv/h. Tali fonti sono presenti anche in ampie aree del Giappone orientale che presentano una contaminazione radioattiva a basso livello da cesio radioattivo dall’incidente della centrale nucleare di Fukushima Daiichi nel 2011. Questi ambienti a volte espongono i lavoratori al limite esterno di esposizione all’irradiazione per il corpo umano per la popolazione generale, come consigliato dalla commissione internazionale sulla protezione radiologica (ICRP): 1 mSv/anno (ad es., 1 sv/h per 4 h al giorno, 250 giorni all’anno)1. Se le sorgenti di radiazione sono visualizzate da più di pochi metri di anticipo su brevi scale temporali, la quantità di esposizione alle radiazioni può essere ridotta. Una delle migliori soluzioni per visualizzare queste sorgenti di radiazione gamma è adottare una tecnica di imaging a raggi gamma della fotocamera Compton2. In questa tecnica, l’energia e la direzione del cono dei raggi gamma incidenti emessi dalla sorgente di radiazione vengono misurati dal rivelatore per ogni evento, quindi la direzione della sorgente di raggi gamma può essere ricostruita dalla proiezione posteriore3. Studi precedenti hanno sviluppato sistemi di telecamere Compton finalizzati all’applicazione di un nuovo dispositivo diagnostico in medicina nucleare e/o di un nuovo telescopio a raggi gamma in astrofisica4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14, così come le tecniche di ricostruzione delle immagini per i dati del cono Compton dall’analisi15,16 e statistiche17 approcci. Dispositivi più costosi e all’avanguardia con elettronica complicata sono spesso adottati per ottenere un’elevata risoluzione angolare all’interno di una deviazione standard di pochi gradi, ma questa precisione rende difficile raggiungere contemporaneamente un’elevata efficienza di rilevamento.

Recentemente, abbiamo proposto e sviluppato una fotocameraCompton,imaging gamma a raggi gamma a basso costo, ad alta sensibilità e omnidirezionale, basata su una duplice coincidenza all’interno di un certo numero di scintillatori indipendenti che fungono da scatterer o assorbitori19. Lo scopo di questa tecnica è quello di ottenere facilmente un’elevata efficienza di rilevamento con una risoluzione angolare s di 10 gradi o meno, che è adeguata per un monitor ambientale. Ciò avviene attraverso l’applicazione di una tecnica di nitidezza delle immagini18,20 basata sull’algoritmo di proiezione posteriore filtrata, che applica un filtro di convoluzione utilizzato nella ricostruzione dell’immagine per la tomografia computerizzata alla ricostruzione di Compton. Inoltre, l’efficienza di rilevamento, la risoluzione angolare e la gamma dinamica del rivelatore possono essere facilmente ottimizzate quando il tipo, le dimensioni e la disposizione degli scintillatori sono coordinati in base a uno scopo particolare, come l’utilizzo in ambienti che emettono radioattività elevata21,22.

In questo studio, presentiamo protocolli sperimentali per varie prove per la visualizzazione di fonti di radiazioni a raggi gamma di basso livello utilizzando questa tecnica di telecamera Compton omnidirezionale in una struttura di radioisotopo (RI), una struttura di tomografia a emissione di positroni (PET) e il campo di Fukushima. Abbiamo preparato e utilizzato la telecamera Compton per l’imaging a raggi gamma omnidirezionale precedentemente sviluppata da noi stessi18 ma con alcuni miglioramenti, al fine di ottenere una maggiore efficienza di rilevamento. La figura 1 mostra una visione schematica della disposizione degli scintillatori csI(Tl) di undici elementi utilizzati nel presente studio. Gli undici contatori sono costituiti da due strati; due contatori al centro e nove contatori in un semicerchio, considerando le configurazioni di dispersione in avanti e all’indietro. Ogni cubo scintillatore CsI(Tl) di 3,5 cm è stato letto con tubi fotomoltiplicatori super-bialkali (PMT). I segnali sono stati alimentati in una scheda ADC flash con tecnologia SiTCP23 e il front-end è stato collegato a un PC tramite Ethernet. Un programma online creato con Visual C, con libreria ROOT24, è stato utilizzato su un PC Windows. Un’immagine a raggi gamma è stata ricostruita e affilata18,20 su una superficie sferica con anelli accumulati con un raggio di o un angolo di dispersione calcolato dalla cinematica Compton per ogni duplica evento di coincidenza. Un’immagine a raggi gamma omnidirezionale può essere visualizzata sia online che offline sopraimposition sull’immagine ottica omnidirezionale precedentemente scattata da una fotocamera digitale. Durante la misurazione, la velocità di innesco, lo spettro totale dell’energia (la somma dei depositi di energia per ogni evento di coincidenza duplice), e le immagini ricostruite di un’energia gamma-ray preimpostata possono essere visualizzate sullo schermo del PC online. Queste informazioni possono essere aggiornate a un intervallo di tempo preimpostato (ad esempio, ogni 10 s). Qui, impostiamo lo schermo per visualizzare due tipi di immagini ricostruite: un’immagine che si accumula all’inizio della misurazione e un’immagine riaccumulata ad ogni intervallo di tempo preimpostato (ad esempio, ogni 1 min). Inoltre, poiché vengono memorizzati i dati grezzi per ogni evento ottenuto utilizzando le misurazioni, è possibile rianalizzare i dati dopo le misurazioni e quindi rigenerare un’immagine ricostruita per un’energia gamma-ray arbitraria a un intervallo di tempo arbitrario. La tabella 1 mostra le prestazioni del sistema di telecamere Compton utilizzato in questo studio, rispetto al precedente sistema a sei contatori18. Il confronto ha rivelato che una sorgente di raggi gamma sub-MeV è stata visualizzata con successo con un’efficienza di rilevamento doppia rispetto al sistema precedente, pur mantenendo la risoluzione angolare s di 11 gradi. Abbiamo anche confermato che la dipendenza angolare di accettazione è stata mantenuta al minimo, mostrando le differenze di s – 4%. I dettagli sulle tecniche fondamentali del sistema sono descritti in Watanabe et al. (2018)18. Qui introduciamo tre protocolli sperimentali per la visualizzazione di varie sorgenti di radiazioni a raggi gamma di basso livello utilizzando la telecamera Compton descritta sopra.

Protocol

Il protocollo è stato condotto seguendo le linee guida del comitato etico della ricerca presso il National Cancer Center Hospital East, Giappone. 1. Monitoraggio della sorgente di radiazione sigillata nella sala esperimenti presso la struttura RI Impostare la fotocamera Compton accanto al monitor della frequenza di dosaggio come illustrato nella Figura 2a. Impostare l’altezza dei rilevatori da terra a 2,5 m. Costruire il monitor della dose, che consiste in una camera di ionizzazione a piastre parallele, nella parte superiore della sala sperimentale presso la struttura RI per monitorare la dose d’aria della posizione a intervalli di 1 min. Accendere l’alimentazione della fotocamera Compton e del computer online. Iniziare la misurazione simultanea con la fotocamera Compton e il monitor della frequenza di dosaggio. Impostare una sorgente sigillata 137Cs (3,85 MBq) in una posizione denominata “A” nella Figura 2a e lasciarla per 30 min. Impostare la distanza tra il rivelatore e la fonte sigillata a 3,6 m. Spostare la sorgente sigillata in una posizione etichettata “B” e lasciarla per 30 min. Impostare la distanza tra il rivelatore e la fonte sigillata a 6,7 m. Spostare la sorgente sigillata in una posizione etichettata “C” e lasciarla per 30 min. Impostare la distanza tra il rivelatore e la fonte sigillata a 6,7 m. Spostare la sorgente sigillata in una posizione etichettata “D” e lasciarla per 30 min. Impostare la distanza tra il rivelatore e la fonte sigillata a 1 m. Spostare la fonte sigillata all’esterno della stanza. Dopo 30 min, interrompere tutte le misurazioni. 2. Monitoraggio ambientale nell’impianto PET Impostare la telecamera Compton di fronte alla reception nella struttura PET come illustrato nella Figura 2b. Impostare l’altezza dei rilevatori da terra a 1 m. Impostare il computer online nella stanza del personale. Accendere l’alimentazione della fotocamera Compton e del computer online. Iniziare la misurazione della telecamera Compton la mattina presto prima che i pazienti arrivino alla struttura. Dopo che tutti i pazienti partono per la giornata, interrompere tutte le misurazioni. 3. Misurazione esterna a Kawamata-machi, Fukushima, Giappone Impostare la telecamera Compton nei pressi di una casa privata come illustrato nella Figura 2c, dove si sospetta l’esistenza di alcuni punti caldi radiologici di cesio con una dose superficiale di 1 Sv/h o meno. Impostare l’altezza dei rilevatori da terra a 1,5 m. Accendere l’alimentazione della fotocamera Compton e del computer online. Avviare la misurazione della telecamera Compton. Dopo 30 min, interrompere tutte le misurazioni.

Representative Results

Monitoraggio della sorgente di radiazione sigillata nella stanza degli esperimenti presso l’impianto RIFigura 3a mostra la variazione temporale della frequenza di innesco misurata dalla fotocamera Compton (linea continua nera), dopo l’applicazione di una selezione di time-lag di contatori di due colpi inferiore a 1 s. Il tasso di innesco cambia ogni 30 min a seconda della posizione della sorgente sigillata (cioè la distanza dalla posizione alla fotocamera). Questa variazione è stata confermata dai dati misurati dal monitor del tasso di dose stazionaria (linea tratteggiata blu); il comportamento è rimasto costante (cioè il livello di sfondo) diverso da quello tra 5750 s e 7800 s. Qui, abbiamo provvisoriamente impostato cinque periodi etichettati (i), (ii), (iii), (iv) e (v), che rappresentano le cinque posizioni della fontesigillata( Figura 3a). La figura 3b mostra gli spettri di energia totale per ogni periodo (30 min per ciascuno), l’asse orizzontale che rappresenta la somma dei depositi di energia per ogni evento di coincidenza di due volte. Notiamo 662 picchi di fotoassorbimento del keV provenienti dalla sorgente sigillata 137C per (i), (ii), iii e (iv), mentre (v) mostra solo i livelli di sfondo. Le altezze di picco per (ii) e (iii) sono le stesse, che attribuiamo alla stessa distanza di 6,7 m dalla fotocamera alla sorgente sigillata. Selezionando l’evento entro 662-40 keV per 662 keV, abbiamo calcolato gli angoli di dispersione e ricostruito l’immagine omnidirezionale a raggi gamma. I risultati sono riportati nelle figure 3c-f, rispettivamente, per i punti (i), (ii), (iii) e (iv). Qui le immagini a raggi gamma sono indicate dalla regione rossa, che indica l’intensità dei raggi gamma nella metà superiore dell’intervallo osservato. Troviamo che la posizione della fonte sigillata 137C può essere identificata con successo dalle immagini a raggi gamma. Figura 4 Mostra le modifiche nell’immagine con il tempo di integrazione, in cui il campo rosso corrisponde invece a un intervallo più stretto (superiore 30%) dell’intervallo osservato. Questa gamma più ristretta è stata adottata per dare priorità a un’intensità di picco. In questo caso, 137C direzione di origine potrebbe essere identificato dopo 30 s. Monitoraggio ambientale nell’impianto PETLa figura 5a mostra la variazione temporale complessiva della frequenza di innesco durante il giorno (5,6 h) misurata dalla telecamera Compton (linea nera) di fronte a una reception in una struttura PET. Osserviamo notevole miglioramento del tasso di innesco con vari modelli, che potrebbe essere attribuito al movimento dei pazienti iniettati con 18F-fluorodeossiasilglucosio (18F-FDG) intorno alla reception. Come esempio di tali modelli, ci concentriamo sul periodo da 6200 s a 7000 s. Secondo il tasso di innesco in questo periodo mostrato nella Figura 5b, una serie di miglioramenti sono evidenti, con due altipiani etichettati (i) e (ii). La figura 5c mostra gli spettri di energia totale per la figura 5bdei periodi (i), (ii) e (iii). Osserviamo 511 picchi di fotoassorbimento del keV provenienti dal 18F-FDG. Figura 5d,e mostrare l’immagine omnidirezionale a raggi gamma 511 keV in punti (i) e (ii), rispettivamente, in cui abbiamo selezionato gli eventi entro 511-40 keV per la ricostruzione dell’immagine. Le direzioni dei picchi di raggi gamma in entrambe le figure corrispondono rispettivamente alle direzioni del divano e del bagno dietro la parete. Considerando i tassi di innesco di entrambi (i) e (ii), interpretiamo i raggi gamma in (i) come perdite che penetrano lo scudo della parete dal bagno; presumiamo che un paziente sia entrato nel bagno e abbia trascorso due minuti, e dopo che si è seduto sul divano pochi minuti prima della scansione PET. Misurazione esterna a Kawamata-machi, Fukushima, GiapponeFigura 6a mostra la variazione di tempo della frequenza di innesco per 30 min di misurazione esterna. La stabilità del tasso di innesco implica che il nostro sistema di telecamere Compton funziona stabilmente anche per le misurazioni effettuate all’aperto per un lungo periodo. Per dimostrare come è stata ricostruita la sorgente di raggi gamma estesa, abbiamo impostato quattro diversi periodi di integrazione etichettati (i) (1 min), (ii) (10 min), (iii) (20 min) e (iv) (30 min), come mostrato nella Figura 6a. La figura 6b mostra gli spettri di energia totale per ogni periodo, raffiguranti le strutture sovrapposte ai picchi di fotoassorbimento dei raggi gamma emessi da nuclidi radioattivi a 605 keV e 796 keV per 134C e 662 keV per 137C. Per ricostruire l’immagine a raggi gamma, abbiamo selezionato eventi all’interno di 565-622 keV per 605 keV, 662-40 keV per 662 keV e 796-40 keV per 796 keV. Le immagini omnidirezionali a raggi gamma per 605, 662 e 796 keV sono mostrate rispettivamente nelle figure 6c-f per i periodi di integrazione (i), (ii), (iii) e (iv). In questo caso, troviamo che la distribuzione a raggi gamma ricostruita è stabile finché il tempo di integrazione supera i 20 min. La pendenza di una collina di fronte e la parte inferiore della grondaia piovosa sono chiaramente contaminate, mentre l’area coperta di terreno incontaminato nella parte destra dell’immagine è manifestamente non contaminata. L’intensità del raggio gamma è in buona accordo con i valori della dose misurata da un misuratore di rilevamento di tipo scintillazione, i cui valori sono mostrati in giallo nella figura 6f. Figura 1: Sistema di imaging A raggi Gamma omnidirezionale Compton. (a) Disposizione geometrica di scintillatori con undici elementi utilizzati in questo studio. Due scintillatori erano disposti al centro di un cerchio, con altri nove disposti in un semicerchio, sfalsati verticalmente. b) Fotografia del rivelatore senza custodia. I contatori sono stati fissati all’interno di un polistirolo espanso. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Figura 2: Configurazione sperimentale. (a) Monitoraggio di una fonte di radiazione sigillata nella sala esperimenti presso la struttura del RI, dove una fonte sigillata 137C è stata impostata in sequenza nelle posizioni etichettate “A”, “B”, “C” e “D”. b) Monitoraggio ambientale di fronte a una reception nell’impianto PET. (c) Misurazione esterna nel campo di Fukushima, Giappone. La telecamera Compton è stata fissata su una scala a scalina. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Figura 3: Risultati rappresentativi del monitoraggio di una fonte sigillata 137C nella sala esperimenti. (a) Variazione temporale del tasso di innesco misurata dalla telecamera Compton (linea continua nera) e della dose dell’aria misurata dal monitor della dose stazionaria (linea tratteggiata blu). (b) Spettri energetici totali (somma dei depositi energetici per ogni duplice evento coincidenza) nella Figura 3un’è un’s periodi (i) (linea rossa), (ii) (linea blu), (iii) (linea verde), (linea verde) (linea rosa) e (v) (linea nera), con il risultato di (iv) è stato scalato di 0,15. (c) 662 keV immagine omnidirezionale a raggi gamma sovrapposta all’immagine ottica nel punto (i) (30 min). Il campo rosso indica l’intensità dei raggi gamma nella metà superiore dell’intervallo osservato. (d) Uguale a (c) ma per periodo (ii) (30 min). (e) Uguale a (c) ma per il periodo (iii) (30 min). (f) Uguale a (c) ma per il periodo (iv) (30 min). Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Figura 4: Uguale a Figura 3c, ma con vari tempi di misurazione: 3 s, 5 s, 10 s, 15 s, 30 s e 60 s. Qui le immagini a raggi gamma sono identificate dalla regione rossa, che indica l’intensità dei raggi gamma nel 30% superiore dell’intervallo osservato. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Figura 5: Risultati rappresentativi del monitoraggio ambientale di fronte a una reception nell’impianto PET. (a) Variazione temporale del tasso di innesco misurata dalla telecamera Compton (linea nera) durante il giorno (5,6 h). (b) Tasso di innesco dettagliato per un periodo compreso tra 6200 s e 7000 s in (a). (c) Spettri energetici totali per la figura 4bpunti (i) (linea rossa), (ii) (linea blu) e (iii) (linea nera). (d) 511 keV immagine omnidirezionale a raggi gamma sovrapposta all’immagine ottica per il periodo (i) (2 min). (e) Uguale a (d) ma per il periodo (ii) (2 min). Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Figura 6: Risultati rappresentativi della misurazione esterna in Kawamata-machi, Fukushima, Giappone. (a) Variazione temporale della frequenza di innesco misurata dalla fotocamera Compton (linea continua nera). (b) Spettrali energetici totali per la figura 5a’punti (i) 1 min (linea blu), (ii) 10 min (linea verde), (iii) 20 min (linea rossa) e (iv) 30 min (linea nera). (c) Immagine omnidirezionale di 605, 662 e 796 raggi gamma keV sovrapposti all’immagine ottica per il periodo (i) (1 min). (d) Uguale a (c) ma per il periodo (ii) (10 min). (e) Uguale a (c) ma per il periodo (iii) (20 min). (f) Uguale a (c) ma per il periodo (iv) (30 min). I valori della dose misurata da un misuratore di rilevamento di tipo scintillazione ad un’altezza di 1 cm dal suolo sono indicati nelle cifre per il confronto. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Questo studio Studio precedente18 Numero di contatori 11 6 Efficienza di rilevamento (cps/(Sv/h)) per 511 raggi gamma keV 36 18 Risoluzione angolare ( deg) 11 11 Tabella 1: Prestazioni dei sistemi di telecamere Compton presenti e precedenti. La risoluzione angolare è stata stimata a partire da 511 immagini a raggi gamma omnidirezionali ottenute durante la misurazione di una sorgente sigillata da 22Na (0,8 MQ) posizionata 1 m prima del rivelatore.

Discussion

Abbiamo presentato tre protocolli sperimentali per la visualizzazione di varie sorgenti di radiazioni gamma di basso livello utilizzando la telecamera Compton omnidirezionale che abbiamo sviluppato. I risultati rappresentativi hanno dimostrato che l’imaging a raggi gamma a bassi livelli di radiazioni consente la derivazione di nuove e utili informazioni sull’ambiente circostante. Nella struttura RI, il protocollo ha rivelato che il nostro sistema di telecamere Compton rileva con successo la posizione della sorgente di raggi gamma, così come la velocità di conteggio nella posizione specificata rispetto alla sorgente. Ciò significa che il metodo proposto può servire come una tecnologia di nuova generazione per il monitoraggio delle radiazioni ambientali, sostituendo i monitor convenzionali della dose stazionaria già montati sulle pareti di quasi tutti gli impianti RI. In questo articolo, abbiamo illustrato l’intensità dei raggi gamma come un campo rosso che mappa l’intensità della regione che presenta intensità nella metà superiore dei valori osservati (Figura 3, Figura 5e Figura 6), in modo da soddisfare vari scopi senza distorsione. Un approccio che piuttosto dà priorità a un’intensità di picco, piuttosto che alla distribuzione delle fonti di raggi gamma, adotterebbe una gamma più ristretta del campo rosso, forse il quarto superiore dei valori osservati, al fine di consentire i risultati delle direttive a tempi più brevi. Infatti, nella Figura 3c, la direzione di picco potrebbe essere identificata con un tempo di misurazione di 30 s per caso (i) come mostrato nella Figura 4, per il quale l’intensità della posizione di picco era di circa 20 conteggi.

Per quanto riguarda il monitoraggio ambientale nell’impianto PET, il protocollo ha dimostrato la possibilità di visualizzare il movimento di radioattività attraverso l’impianto, che in questo caso è considerato il movimento di un paziente iniettato con 18F-FDG. Nella figura 5d,e, la direzione del paziente può essere identificata in meno di 10 s adottando la gamma di campi rossi più stretta come accennato in precedenza. In futuro, il monitoraggio ambientale delle sorgenti di raggi gamma mediante animazione sarebbe utile per varie situazioni, non solo per il movimento dei pazienti come in questo studio, ma anche per monitorare il trasferimento di materiali combustibili nucleari come negli aeroporti a scopo di terrorismo, sfruttando le caratteristiche ad alta sensibilità e a basso costo del sistema, anche se la risoluzione energetica di un sistema che utilizza uno scintillatore è inferiore a quella dei rivelatori di semiconduttori più costosi, come ad alta purezza tedesca (HPGe) e Il CD-NTe.

Nel campo di Fukushima, il protocollo ha visualizzato con successo la sorgente di radiazione gamma estesa con tassi di dose superficiale di molto meno di 1 Sv/h, che è un ordine di grandezza inferiore a quello di un recente rapporto25,26. Il nostro sistema di telecamere Compton è stato trovato in grado di funzionare in modo stabile e robusto per la misurazione esterna. Abbiamo già confermato che il sistema può essere azionato utilizzando WiFi e batteria portatile per un uso più conveniente in varie situazioni, soprattutto per la misurazione esterna. Il Ministero dell’Ambiente in Giappone ha fissato la dose minima dell’aria a 0,23 Sv/h per designare le aree da decontaminare. Riteniamo che il nostro sistema e i nostri protocolli saranno di grande aiuto per la procedura di decontaminazione in aree di contaminazione radioattiva a basso livello in ampie aree del Giappone orientale, dove il cesio radioattivo è stato rilasciato dall’incidente della centrale nucleare di Fukushima Daiichi nel 2011.

La telecamera Compton utilizzata in questo studio ha un’elevata sensibilità per i raggi gamma con energie tra 300 keV e 1400 keV, attribuibili all’uso di cubi scintillatori di 3,5 cm CsI(Tl)18. Il tipo e le dimensioni dello scintillatore possono essere ottimizzati per il monitoraggio ambientale delle sorgenti di radiazione gamma di basso livello al di sotto di 300 keV, come 99mTc (141 keV) e 111In (171 keV, 245 keV), che sono spesso utilizzati in scintigrafia. Questo lavoro sarà presentato in un altro documento nel prossimo futuro. Il rivelatore può essere prodotto a un prezzo basso. Infatti, il costo dei materiali rivelatori utilizzati in questo studio non era più di 20.000 dollari, e questo importo era dominato dal prezzo del contatore costituito da CsI (Tl) e PMT; questa configurazione è significativamente meno costosa degli scintillatori GAGG e dei rilevatori di semiconduttori HPGe utilizzati in altre telecamere Compton. Inoltre, il sistema utilizzato in questo studio dovrebbe essere reso più compatto per motivi di versatilità e convenienza. La dimensione del sistema prodotto in questo studio era 30 cm x 25 cm x 40 cm, che è più grande della telecamera gamma portatile esistente5,27. I motivi principali per un sistema di grandi dimensioni sono le grandi dimensioni del PMT collegato alla CsI (Tl) (4 cm e 12 cm) e la grande elettronica fatta a mano da noi. In futuro, la portabilità sarà migliorata sostituendo il PMT con un pacchetto metallico PMT o Silicon Photomultiplier (SiPM) e riconfezionando l’elettronica a piccole dimensioni.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Questo studio è stato sostenuto dall’Open Source Consortium of Instrumentation (Open-It), Japan, JSPS KAKENHI Grant (n. 22244019, 26610055, 15H04769 e 19H04492).

Materials

Compton camera Custom made
Dose rate monitor Hitachi, Ltd. DAM-1102
Flash ADC board Bee Beans Technologies Co.,Ltd. BBT-019
PC Panasonic Corporation CF-SZ6
Photo-multiplier tube Hamamatsu Photonics K.K. H11432-100
Survey meter Fuji Electric Co., Ltd. NHC7
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Muraishi, H., Enomoto, R., Katagiri, H., Kagaya, M., Watanabe, T., Narita, N., Kano, D. Visualization of Low-Level Gamma Radiation Sources Using a Low-Cost, High-Sensitivity, Omnidirectional Compton Camera. J. Vis. Exp. (155), e60463, doi:10.3791/60463 (2020).
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