Визуализация низкоуровневых источников гамма-излучения с использованием низкозатратных, высокочувствительных, всенаправленных комптон-камеры

Мониторинг герметичных источников радиации в экспериментальном зале на объекте RIНа рисунке 3показана временной разновидность скорости триггера, измеренная камерой Compton (черная твердая линия), после применения временной задержки выбора счетчиков с двумя ударами менее чем на 1 кв. Скорость триггера менялась каждые 30 минут в зависимости от положения герметичных источников (т.е. расстояния от положения до камеры). Это изменение было подтверждено на данных, измеренных стационарным монитором скорости дозы (голубая пунктирная линия); поведение оставалось неизменным (т.е. фоновым уровнем), за исключением между 5750 и 7800 с. Здесь мы предварительно устанавливаем пять периодов с маркировкой (i), (ii), (iii), (iv) и (v), представляющими пять позиций запечатанного источника(рисунок 3a). На рисунке 3b показана общая энергетическая спектра для каждого такого периода (30 мин на каждый), горизонтальная ось, представляющая сумму энергетических отложений для каждого двукратного события совпадения. Мы отмечаем 662 пика фотопоглощения кеВ, происходящих из 137Cs запечатанного источника (i), (ii), (iii) и (iv), в то время как (v) показаны только фоновые уровни. Пиковые высоты для (ii) и (iii) являются теми же, которые мы приписываем на том же расстоянии 6,7 м от камеры к герметичному источнику. Выбрав событие в пределах 662 х 40 кеВ для 662 кеВ, мы вычислили углы рассеяния и реконструировали всенаправленное гамма-изображение. Результаты показаны на рисунках 3c-f,соответственно, для периодов (i), (ii), (iii) и (iv). Здесь гамма-изображения показаны красной областью, что указывает на интенсивность гамма-излучения в верхней половине наблюдаемого диапазона. Мы находим, что положение 137Cs герметичных источников могут быть успешно определены из гамма-изображений. На рисунке 4 показаны изменения в изображении с временем интеграции, где красное поле вместо этого соответствует более узкому диапазону (верхние 30%) наблюдаемого диапазона. Этот более узкий диапазон был принят для того, чтобы уделять приоритетное внимание пиковой интенсивности. В этом случае, 137Cs направление источника может быть определена после 30 s. Мониторинг окружающей среды на ПЭТ-объектеРисунок 5а показывает общее изменение времени триггерной ставки в дневное время (5,6 ч), измеряемое камерой Compton (черная линия) перед стойкой регистрации в ПЭТ-объекте. Мы наблюдаем заметное повышение скорости триггера с различными моделями, которые могут быть отнесены к движению пациентов, вводили с 18F-fluorodeoxyglucose (18F-FDG) вокруг стойки регистрации. В качестве примера таких моделей мы ориентируемся на период от 6200 с до 7000 с. В соответствии с триггерной ставкой в этот период, показанный на рисунке 5b,ряд улучшений очевидны, с двумя плато помечены (i) и (ii). На рисунке 5c показаны общие энергетические спектры для периодов диаграммы 5b’s (i), (ii) и (iii). Мы наблюдаем 511 пиков фотопоглощения кеВ, происходящих из 18F-FDG. Рисунок 5d,e показывает 511 гамма-лучей гамма-изображения в периоды (i) и (ii), соответственно, в котором мы выбрали события в пределах 511 х 40 кеВ для реконструкции изображения. Направления гамма-пиков в обеих цифрах соответствуют соответственно направлениям дивана и туалета за стеной. Учитывая скорость триггера как (i) и (ii), мы интерпретируем гамма-лучи в (i) как утечку, проникающую в щит стены из туалета; мы предполагаем, что пациент вошел в туалет и провел две минуты, а после этого сидел на диване за несколько минут до ПЭТ-сканирования. Измерения на открытом воздухе в Кавамата-мати, Фукусима, ЯпонияРисунок 6а показывает временной разновидности скорости триггера в течение 30 минут наружного измерения. Стабильность триггерной скорости означает, что наша система камеры Compton работает стабильно даже для измерений, проводимых на открытом воздухе в течение длительного периода. Чтобы продемонстрировать, как был реконструирован расширенный источник гамма-излучения, мы установили четыре различных интеграционных периода с маркировкой (i) (1 мин), (ii) (10 мин), (iii) (20 мин) и (iv) (30 мин), как показано на рисунке 6a. На рисунке 6b показаны общие энергетические спектры для каждого периода, изображающие структуры, наложенные на пики фотопоглощения гамма-лучей, испускаемых радиоактивными нуклидами на 605 кеВ и 796 кеВ для 134Cs и 662 кеВ для 137Cs. Для реконструкции гамма-изображения мы отобрали события в пределах 565-622 кеВ для 605 кэВ, 662 х 40 кэВ за 662 кеВ и 796 х 40 кэВ за 796 кеВ. Общенаправленные изображения гамма-излучения для 605, 662 и 796 кеВ показаны в рисунках 6c-f для интеграционных периодов (i), (ii), (iii) и (iv), соответственно. В этом случае мы обнаруживаем, что реконструированное распределение гамма-лучей является стабильным до тех пор, пока время интеграции превышает 20 мин. Склон холма спереди и нижняя часть дождевого желоба явно загрязнены, в то время как область, покрытая незагрязненной почвой в правой части изображения, явно не загрязнена. Интенсивность гамма-излучения находится в хорошем согласии со значениями дозы, измеренными измерительом обследования типа сцинтилляции, значения которого показаны желтым цветом на рисунке 6f. Рисунок 1: Всенаправленная гамма-лучевая система камер Compton. а) геометрическое расположение сцинтилляторов с одиннадцатью элементами, используемыми в данном исследовании. Два сцинтиллятора были расположены в центре круга, с еще девять расположены в полукруг, пошатнулся вертикально. b) Фотография детектора без жилья. Счетчики были зафиксированы внутри расширенного полистирола. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры. Рисунок 2: Экспериментальная установка. a) Мониторинг герметичных источников радиации в экспериментальной комнате на объекте RI, где 137Cs-запечатанный источник был последовательно установлен на позициях с пометками “А”, “Б”, “С” и “D”. b) мониторинг окружающей среды перед стойкой регистрации в ПЭТ-центре. c) Измерения на открытом воздухе на месторождении Фукусима, Япония. Камера Compton была зафиксирована на ступенчатой лестнице. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры. Рисунок 3: Репрезентативные результаты мониторинга 137Cs-запечатанного источника в экспериментальном зале. a) изменение времени скорости триггера, измеряемое камерой Compton (черная твердая линия) и скорости дозы воздуха, измеряемой стационарным монитором скорости дозы (голубая пунктирная линия). b) общие энергетические спектры (сумма энергетических отложений для каждого двойного события совпадения) на рисунке 3’sпериоды (i) (ii) (синяя линия), (iii) (зеленая линия), (iv) (розовая линия) и (v) (черная линия), с результатом (iv) были масштабированы на 0,15. c) 662 гамма-изображения гамма-излучения, наложенные на оптическое изображение в период (i) (30 мин). Красное поле указывает на интенсивность гамма-излучения в верхней половине наблюдаемого диапазона. d) то же самое, что и с), но на период (ii) (30 мин). e) то же самое, что и с), но на период (iii) (30 мин). f) то же самое, что и (с), но на период (iv) (30 мин). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры. Рисунок 4: То же самое, что рисунок 3с,но с различными временами измерения: 3 с, 5 с, 10 с, 15 с, 30 с, и 60 с. Здесь гамма-изображения идентифицируются красной областью, что указывает на интенсивность гамма-излучения в верхних 30% наблюдаемого диапазона. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры. Рисунок 5: Репрезентативные результаты экологического мониторинга перед стойкой регистрации в ПЭТ-объекте. a) изменение времени коэффициента триггера, измеряемое камерой Compton (черная линия) в дневное время (5,6 ч). b) коэффициент триггера, подробный для периода между 6200 s и 7000 s в (a). c) общие энергетические спектры для периодов на рисунке 4b’s (i) (красная линия), (ii) (синяя линия) и (iii) (черная линия). d) 511 кеВ гамма-изображения, наложенное на оптическое изображение на период (i) (2 мин). e) то же самое, что и d), но на период (ii) (2 мин). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры. Рисунок 6: Репрезентативные результаты наружных измерений в Кавамата-мати, Фукусима, Япония. a) Изменение времени скорости триггера, измеряемое камерой Compton (черная твердая линия). b) общий энергетический спектр для рисунка 5a’s периодов (i) 1 мин (синяя линия), (ii) 10 мин (зеленая линия), (iii) 20 мин (красная линия) и (iv) 30 мин (черная линия). c) всенаправленное изображение 605, 662 и 796 гамма-лучей кеВ, наложенных на оптическое изображение на период (i) (1 мин). d) то же самое, что и с), но на период (ii) (10 мин). e) то же самое, что и с), но на период (iii) (20 мин). f) то же самое, что и (с), но на период (iv) (30 мин). Значения дозы, измеренные спомощьимным счетчиком на высоте 1 см от земли, показаны в цифрах для сравнения. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры. Это исследование Предыдущее исследование18 Количество счетчиков 11 6 Эффективность обнаружения (cps/(ЗСВ/ч)) для 511 гамма-лучей кеВ 36 18 Угловое разрешение (дег) 11 11 Таблица 1: Показатели современных и предыдущих систем камеры Compton. «Угловое разрешение оценивалось из 511 всенаправленных гамма-изображений, полученных в ходе измерения 22-гогерметичных источников (0,8 МБк), размещенного на 1 м раньше детектора.