Fosfor-sandviç tipi dedektör sisteminin toplam gama verimi için modellenen Geant4 tabanlı GATE simülasyonu

Yıl 2020, Cilt 2, Sayı 3, 150 - 162, 31.12.2020

Nuray YAVUZKANAT

https://doi.org/10.46740/alku.804473

Öz

Fosfor-sandviç (phosphor-sandwich ya da phoswich) (PW) tipi dedektör sistemleri nükleer fizikde aynı anda birden fazla radyasyon çeşidini ölçebilen dedektör sistemleridir. Bu dedektörlerin düşük aktiviteli çevresel radyasyon ölçümlerinde kullanılmasının yanında günümüzde üç veya iki katmanlı olarak yapılan bu dedektörler medikal görüntülemede, nükleer santrallerin ve nükleer kazalar sonrası çevresel güvenliğin sağlanmasında da kullanılmaktadır. Bu tip dedektör sistemleri birden fazla radyasyon çeşidini aynı anda ölçebilmesinin yanında PARIS gibi büyük dedektör sistemlerinde olduğu gibi farklı enerji aralığındaki gama radyasyonlarını ayıredebilmek için de kullanılırlar. Bu kadar geniş bir kullanım alanına sahip olan PW tipi dedektör sistemlerinin kalibrasyonları için gerekli olan verimlilik eğrileri; deneysel, ampirik, analitik ve Monte Carlo (M.C) gibi dört farklı yolla tespit edilebilir. Bu çalışmada Geant4 tabanlı çalışan GATE simülasyon programında silindir şeklinde NaI(Tl) ve CaF2(Eu) sintilasyonlarını içeren phoswich dedektör sistemi modellenerek verimlilik değerleri ve toplam gama verimliliği eğrisinin fit parametreleri bulunmuştur. Phoswich dedektör sisteminin toplam gama verimi 50 keV’den 3000 keV’e kadar farklı enerjilerde izotropik olarak foton yayımlayan nokta ve disk şeklindeki radyoaktif kaynaklar için elde edilmiştir. Ayrıca bu sonuçlar literatürde ki sonuçlarla karşılaştırılmış ve sonuçların birbirleri ile uyumlu olduğu gözlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

Fosfor-sandwich, GATE, toplam gama verimi, sintilasyon

Kaynakça

• Referans1 Yalçın, S., Gurler, O., Gundoğdu, O., Kaynak, G. (2009). “Monte Carlo simulation of gamma-ray total counting efficiency for a Phoswich detector.” Radiation Measurements 44, 80-85.
• Referans2 B. Alemayehu, A. T. Farsoni, L. Ranjbar, E. M. Becker (2014). “A well-type phoswich detector for nuclear explosion monitoring” J Radioanal Nucl Chem 301, 323–332.
• Referans3 Neha Dokania, Nanal, V., Singh, V., Katyan, N., Mathimalar, S., Pillay, R.G., Chakrabarty, D.R., Datar, V.M., Suresh, K., Mishra, G., Pose, M.S., Mishra, S., Deepak, P., Mukhopadhyay, S. (2012). “Characterisation of a LaBr 3 (Ce)-NaI(Tl) Phoswich detector for high energy gamma rays.”Proceedings of the DAE Symp. on Nucl. Phys. 57, 874-875.
• Referans 4 Olivier Dorvaux, (2016). “PARIS : A versatile detection array for low and high energy gamma-rays” 17th AGATA-Position Sensitive Germanium Detectors and application Workshop.
• Referans5 Seiichi Yamamoto, Hiroyuki Ishibashi (2015). “Development of a three-layer phoswich alpha–beta–gamma imaging detector.” Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 785, 129-134.
• Referans6 Seiichi Yamamoto, Jun Hatazawa (2011). “Development of an alpha/beta/gamma detector for radiation monitoring.” Review of Scientific Instruments 82(113503), 1-6.
• Referans7 Sara Spadola (2017). “Development and evaluation of an intraoperative beta imaging probe for radio-guided solid tumor surgery.” Doktora Tezi Medical Physics, Université Paris-Saclay.
• Referans8 Bipin Singh, Brendan, C., Stack, Jr., Samta Thacker, Valeriy Gaysinskiy, Twyla Bartel, Val Lowe, Steven Cool, Gerald Entine, Vivek Nagarkar (2013) “A Hand-Held Beta Imaging Probe for FDG.” Ann Nucl Med. 27(3), 203–208.
• Referans9 Matthias, N. V. O., Daphne, D. D. R., Mick, M. W., Henk, G. V. D. P., Tobias, M., Fijs, W. B. V. L., (2019). “Recent advances in nuclear and hybrid detection modalities for image-guided surgery.” Expert Review of Medical Devices 16(8), 711–734.
• Referans10 Hamzawy A., 2010. “Simple analytical formula to calculate γ-ray cylindrical detectors efficiencies.” Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A 624 (1):124-129.
• Referans11 Chuong, H.D., Nguyen, Q.H., Nguyen, T.M.L., Nguyen, V.H. (2019). “Validation of gamma scanning method for optimizing NaI(Tl) detector model in Monte Carlo simulation.” Applied Radiation and Isotopes 149, 1-8.
• Referans12 Yavuzkanat Nuray, Güngör Didem, Yalçın Sezai (2019). “The determination of the total efficiency for NaI(Tl) detector by GATE simulation.” BEU Journal of Science 8 (Special Issue), 37-45. https://dergipark.org.tr/tr/pub/bitlisfen/issue/51415/649129
• Referans13 Open Gate Collaboration (2019). “Users Guide V8.0 From Wiki OpenGATE”. http://www.opengatecollaboration.org/sites/default/files/GATE-UsersGuideV8.0.pdf (Erişim Mayıs 2019).
• Referans14 Saint-Gobain Crystals Data Sheet (2002-2019). “Phoswich Detectors For High Energy Backgrounds.”
• Referans15 Yavuzkanat Nuray, (2015). “Development of Novel scintillation Detection Techniques for Use in Nuclear Physics and Medical Applications.” Doctor of Philosophy, The University of York, UK.
• Referans16 A software package for interactive graphical analysis of gamma-ray coincidence data( 152 Eu Full-energy peak efficiency calibration); http://radware.phy.ornl.gov/gf3/gf3.html (Erişim: 12 Haziran 2015).
• Referans17 Abbas Mahmoud I., Salam Noureddeen (2011). “Analytical expression to calculate total and full-energy peak efficiencies for cylindrical phoswich and lanthanum bromide scintillation detectors.” Radiation Measurements 46, 440-445.