Visualización de fuentes de radiación gamma de bajo nivel utilizando una cámara Compton omnidireccional de bajo costo y alta sensibilidad

Monitoreo de fuente de radiación sellada en sala de experimentos en las instalaciones de RILa Figura 3a muestra la variación de tiempo de la velocidad de disparo medida por la cámara Compton (línea sólida negra), después de aplicar una selección de tiempo-retraso de contadores de dos golpes inferiores a 1 s. La velocidad de disparo cambia cada 30 minutos dependiendo de la posición de la fuente sellada (es decir, la distancia desde la posición a la cámara). Esta variación se confirmó a partir de los datos medidos por el monitor de velocidad de dosis estacionaria (línea discontinua azul); el comportamiento se mantuvo constante (es decir, nivel de fondo) distinto de entre 5750 s y 7800 s. Aquí, establecemos tentativamente cinco períodos etiquetados (i), (ii), (iii), iv) y (v), que representan las cinco posiciones de la fuente sellada(Figura 3a). La Figura 3b muestra los espectros de energía total para cada uno de esos períodos (30 min para cada uno), el eje horizontal que representa la suma de los depósitos de energía para cada evento de coincidencia doble. Observamos 662 picos de fotoabsorción de keV procedentes de la fuente sellada 137Cs para (i), ii), (iii) y iv), mientras que (v) solo muestra los niveles de fondo. Las alturas máximas para (ii) y (iii) son las mismas, que atribuimos a la misma distancia de 6,7 m desde la cámara hasta la fuente sellada. Al seleccionar el evento dentro de 662-40 keV para 662 keV, calculamos los ángulos de dispersión y reconstruimos la imagen omnidireccional de rayos gamma. Los resultados se muestran en las figuras 3c-f, respectivamente, para los períodos i), ii), iii) y iv). Aquí las imágenes de rayos gamma están indicadas por la región roja, que indica intensidades de rayos gamma en la mitad superior del rango observado. Encontramos que la posición de la fuente sellada 137Cs se puede identificar con éxito a partir de las imágenes de rayos gamma. La Figura 4 muestra los cambios en la imagen con el tiempo de integración, donde el campo rojo en su lugar corresponde a un rango más estrecho (el 30% superior) del rango observado. Este rango más estrecho se adoptó con el fin de dar prioridad a una intensidad máxima. En este caso, la dirección de origen de 137Cs podría identificarse después de 30 s. Monitoreo ambiental en instalaciones de PETLa Figura 5a muestra la variación de tiempo total de la tasa de disparo durante el día (5,6 h) medida por la cámara Compton (línea negra) frente a un mostrador de recepción en una instalación PET. Observamos una mejora notable en la tasa de activación con varios patrones, que podría atribuirse al movimiento de pacientes inyectados con 18F-fluorodeoxiglucosa (18F-FDG) alrededor de la recepción. Como ejemplo de estos patrones, nos centramos en el período de 6200 s a 7000 s. De acuerdo con la tasa de activación en este período que se muestra en la Figura 5b, una serie de mejoras son evidentes, con dos mesetas etiquetadas (i) y ii). La Figura 5c muestra los espectros de energía total para la Figura 5b’s períodos (i), ii) y (iii). Observamos 511 picos de fotoabsorción de keV procedentes del 18F-FDG. La Figura 5d,e muestra la imagen omnidireccional de rayos gamma de 511 keV en períodos (i) y (ii), respectivamente, en los que seleccionamos eventos dentro de 511-40 keV para la reconstrucción de la imagen. Las direcciones de los picos de rayos gamma en ambas figuras corresponden respectivamente a las direcciones del sofá y al baño detrás de la pared. Teniendo en cuenta las tasas de disparo de ambos (i) y (ii), interpretamos los rayos gamma en (i) como fugas penetrando el escudo de la pared desde el baño; suponemos que un paciente entró en el baño y pasó dos minutos, y después de eso se sentó en el sofá unos minutos antes de la tomografía por emisión de arena. Medición al aire libre en Kawamata-machi, Fukushima, JapónLa Figura 6a muestra la variación de tiempo de la velocidad de disparo durante 30 minutos de medición al aire libre. La estabilidad de la velocidad de disparo implica que nuestro sistema de cámara Compton funciona de forma estable incluso para las mediciones realizadas al aire libre durante un largo período. Para demostrar cómo se reconstruyó la fuente de rayos gamma extendida, establecemos cuatro períodos de integración diferentes etiquetados (i) (1 min), ii) (10 min), (iii) (20 min) y (iv) (30 min), como se muestra en la Figura 6a. La Figura 6b muestra los espectros de energía total para cada período, que representan las estructuras superpuestas en los picos de fotoabsorción de rayos gamma emitidos por nucleidos radiactivos a 605 keV y 796 keV para 134C y 662 keV para 137Cs. Para reconstruir la imagen de rayos gamma, seleccionamos eventos dentro de 565-622 keV para 605 keV, 662-40 keV para 662 keV y 796-40 keV para 796 keV. Las imágenes omnidireccionales de rayos gamma para 605, 662 y 796 keV se muestran en las figuras 6c-f para los períodos de integración (i), ii), (iii) y (iv), respectivamente. En este caso, encontramos que la distribución de rayos gamma reconstruida es estable siempre y cuando el tiempo de integración supere los 20 min. La pendiente de una colina en la parte delantera y la parte inferior de la alcantarilla de lluvia están claramente contaminadas, mientras que el área cubierta con suelo no contaminado en la parte derecha de la imagen no está contaminada demostrablemente. La intensidad de los rayos gamma está en buen acuerdo con los valores de la tasa de dosis medidos por un medidor topográfico de tipo centelleo, cuyos valores se muestran en amarillo en la Figura 6f. Figura 1: Sistema de cámara Compton de imágenes de rayos gamma omnidireccionales. (a) Disposición geométrica de centelleantes con once elementos utilizados en este estudio. Dos centelleantes estaban dispuestos en el centro de un círculo, con nueve más dispuestos en un medio círculo, escalonados verticalmente. (b) Fotografía del detector sin carcasa. Los contadores se fijaban dentro de un poliestireno expandido. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura 2: Configuración experimental. a Monitoreo de una fuente de radiación sellada en la sala de experimentos de la instalación de RI, donde se estableció secuencialmente una fuente sellada de 137Cs en las posiciones denominadas ‘A’, ‘B’, ‘C’ y ‘D’. (b) Monitoreo ambiental frente a una recepción en las instalaciones de PET. c Medición al aire libre en el campo de Fukushima, Japón. La cámara Compton estaba arreglada en una escalera. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura 3: Resultados representativos de la supervisión de una fuente sellada de 137Cs en la sala de experimentos. (a) Variación de tiempo de la velocidad de disparo medida por la cámara Compton (línea sólida negra) y de la velocidad de dosis de aire medida por el monitor de velocidad de dosis estacionaria (línea discontinua azul). (b) Espectros de energía totales (la suma de los depósitos de energía para cada evento de coincidencia doble) en la Figura 3a’s períodos (i) (línea roja), ii) (línea azul), (iii) (línea verde), (iv) (línea rosa) y (v) (línea negra), con el resultado de (iv) se escaló en 0,15. (c) 662 keV imagen omnidireccional de rayos gamma superpuesta a la imagen óptica en el período (i) (30 min). El campo rojo indica intensidades de rayos gamma en la mitad superior del rango observado. (d) Igual que (c) pero para el período ii) (30 min). (e) Igual que (c) pero para el período iii) (30 min). (f) Igual que (c) pero para el período iv) (30 min). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura 4: Igual que la Figura 3c, pero con varios tiempos de medición: 3 s, 5 s, 10 s, 15 s, 30 s y 60 s. Aquí las imágenes de rayos gamma se identifican por la región roja, que indica intensidades de rayos gamma en el 30% superior del rango observado. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura 5: Resultados representativos de la vigilancia ambiental frente a una recepción en las instalaciones de PET. (a) Variación de tiempo de la velocidad de disparo medida por la cámara Compton (línea negra) durante el día (5,6 h). (b) Tasa de activación detallada para un período comprendido entre 6200 s y 7000 s en a). (c) Espectros de energía totales para la Figura 4bperíodos (i) (línea roja), ii) (línea azul) y iii) (línea negra). (d) Imagen omnidireccional de rayos gamma de 511 keV superpuesta en la imagen óptica durante el período (i) (2 min). (e) Igual que (d) pero para el período ii) (2 min). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura 6: Resultados representativos de la medición al aire libre en Kawamata-machi, Fukushima, Japón. (a) Variación de tiempo de la velocidad de disparo medida por la cámara Compton (línea sólida negra). (b) Espectros de energía totales para la Figura 5a ‘s períodos (i) 1 min (línea azul), (ii) 10 min (línea verde), (iii) 20 min (línea roja) y (iv) 30 min (línea negra). (c) Imagen omnidireccional de 605, 662 y 796 rayos gamma de keV superpuestos en la imagen óptica durante el período (i) (1 min). (d) Igual que (c) pero para el período ii) (10 min). (e) Igual que (c) pero para el período iii) (20 min). (f) Igual que (c) pero para el período iv) (30 min). Los valores de la tasa de dosis medidos por un medidor topográfico de tipo centelleo a una altura de 1 cm del suelo se muestran en las cifras para su comparación. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Este estudio Estudio anterior18 Número de contadores 11 6 Eficiencia de detección (cps/(Sv/h)) para rayos gamma de 511 keV 36 18 Resolución angular (deg)* 11 11 Tabla 1: Actuaciones de los sistemas de cámaracoco compton actuales y anteriores. *La resolución angular se estimó a partir de 511 imágenes de rayos gamma omnidireccionales keV obtenidas durante la medición de una fuente sellada de 22Na (0,8MBq) colocada 1 m por delante del detector.