1 / 25

TRANSPORT ŚWIATŁA W SCYNTYLATORACH (wykład dla ZKF)

TRANSPORT ŚWIATŁA W SCYNTYLATORACH (wykład dla ZKF) ZAKŁAD OPTOELEKTRONIKI Instytut Fizyki UMK, TORUŃ-BYDGOSZCZ Andrzej J. Wojtowicz. PLAN WYKŁADU Scyntylatory do kamer PET; wstęp

elam
Download Presentation

TRANSPORT ŚWIATŁA W SCYNTYLATORACH (wykład dla ZKF)

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. TRANSPORT ŚWIATŁA W SCYNTYLATORACH(wykład dla ZKF) ZAKŁAD OPTOELEKTRONIKI Instytut Fizyki UMK, TORUŃ-BYDGOSZCZ Andrzej J. Wojtowicz Andrzej J. Wojtowicz, wykład dla ZKF

  2. PLAN WYKŁADU Scyntylatory do kamer PET; wstęp Wydajność scyntylacji pixeli; eksperyment Interpretacja wyników, prosty model Poprawki do prostego modelu Potrzeba (możliwość) bardziej zaawansowanych obliczeń PODSUMOWANIE Andrzej J. Wojtowicz, wykład dla ZKF

  3. Wybrane kryształy scyntylacyjne; podstawowe własności Kryształy: Photonic Materials Ltd, CTI Inc, ITME - Warszawa Andrzej J. Wojtowicz, wykład dla ZKF

  4. LuAP: 8.34 g/cm3, 0.3 fotoułamek, emisja 365 nm, czas zaniku 17-18 ns,LY ponad 2xBGOtrudny w produkcji, stąd LuYAP PROJEKT ClearPetTM: pixele 2x2x8 i 2x2x10mm LuAP, LuYAP i LYSO Andrzej J. Wojtowicz, wykład dla ZKF

  5. Najważniejszy dla PET parametr charakteryzujący scyntylator (pixel) to wydajność scyntylacji. Wydajność scyntylacji mierzymy w dwóch geometriach (dlaczego; patrz dalej): ver (pixel prostopadły do okienka PMT)hor (pixel leżący na okienku PMTr) Geometrią roboczą w PET jest ver Andrzej J. Wojtowicz, wykład dla ZKF

  6. PROBLEM z LuAP: niska wydajność ver (duże straty)stosunek V2H (LYver/LYhor) zaledwie 0.3 (niezła wydajność ale duże straty)Inne kryształy; najwyższe zmierzone wartości V2H:BGO 0.6LSO, LYSO 0.63LuAP 0.43LuYAP 0.56 Andrzej J. Wojtowicz, wykład dla ZKF

  7. BADANE PRÓBKI Photonic Materials Ltd, PMLpixele 2x2x10 mm i płytki 5x5x1blisko 60 próbek LuAP, YAP i LuYAP, dostarczone w latach 2003-2005 Kryształ z produkcji (Czochralski):średnica do 53 mm,długość cylindra do 130 mm Andrzej J. Wojtowicz, wykład dla ZKF

  8. PODSUMOWANIE POMIARÓW WYDAJNOŚCI SCYNTYLACJI LuYAP (PML) V2H = 1) 999/1774 = 0.56 2) 793/1614 = 0.49 3) 856/1712 = 0.50 4) 1186/2533 = 0.47 5) 1061/2555 = 0.42 6) 945/2271 = 0.42 LuAP (PML) V2H= 1) 900/2104 = 0.43 2) 909/2247 = 0.40 3) 856/2068 = 0.41 4) 909/2122 = 0.43 5) 740/1837 = 0.40 6) 873/2110 = 0.41 7) 855/1982 = 0.43 Andrzej J. Wojtowicz, wykład dla ZKF

  9. Model – 2R (dwóch promieni) Uzasadnienie eksperymentalne: Wczesne prace Lempicki et al, ostatnio Dujardin et al: LY zależy przede wszystkim od wysokości kryształu a nie od jego szerokości czy długości Andrzej J. Wojtowicz, wykład dla ZKF

  10. Model – 2R (dwóch promieni) W geometrii hor mniejsze straty (krótsza droga fotonu); LY(hor) bliższy „prawdziwej” wydajności scyntylacji W geometrii ver duże straty (dłuższa droga fotonu); LY(ver) zależy zarówno od „prawdziwej” wydajności scyntylacji jak i od strat Metoda pozwala z dwóch pomiarów ver i hor wyliczyć „prawdziwą” wydajność scyntylacji (bez strat) i współczynnik strat Andrzej J. Wojtowicz, wykład dla ZKF

  11. Model - 2R Punkty eksperymentalne, Balcerzyk et al., 2005Linia ciągła model – 2R Andrzej J. Wojtowicz, wykład dla ZKF

  12. ZESTAWIENIE WYNIKÓW Z MODELU 2R Współczynnik strat (cm-1) / LY(0) (phel/MeV) LuAP (PML) 1) 1.46 / 2780 2) 1.61 / 3050 3) 1.55 / 2780 4) 1.46 / 2800 5) 1.62 / 2500 6) 1.55 / 2830 7) 1.44 / 2610 LuYAP (PML) 1) 0.86 / 2100 2) 1.14 / 2010 3) 1.10 / 2120 4) 1.24 / 3210 5) 1.54 / 3420 6) 1.53 / 3040 Andrzej J. Wojtowicz, wykład dla ZKF

  13. MODEL-2R, wybrane pixele LuAP Wsp. strat 1.4-1.6 cm-1, LY(0) =2800-3600 phel/MeV Andrzej J. Wojtowicz, wykład dla ZKF

  14. MODEL-2R, wybrane pixele LuYAP Wsp. strat 0.8-1.5 cm-1, LY(0) =2200-3200 phel/MeV Andrzej J. Wojtowicz, wykład dla ZKF

  15. MODEL-2R, podsumowanie Bez modelu podanie pełnej charakterystyki wydajności scyntylacyjnej pixela wymaga podania trzech liczb; LY(ver), LY(hor) i LY(ver)/LY(hor) Model 2R pozwala na zastąpienie trzech liczb dwoma; LY(0) – wewn. (intrinsic) wydajność scyntylacjiμ – współczynnik strat Model pozwala na prawidłową ocenę fizycznych przyczyn dobrej lub złej charakterystyki pixela Andrzej J. Wojtowicz, wykład dla ZKF

  16. LICZNIK SCYNTYLACYJNY Warunek zarejestrowania fotonu: n1: okienko fotopowielacza (1.5) Andrzej J. Wojtowicz, wykład dla ZKF

  17. Całkowite wewnętrzne odbicie na powierzchniach bocznych Warunek na n: Andrzej J. Wojtowicz, wykład dla ZKF

  18. Czynnik związany z kątem granicznym: Dla n1 = 1.5 i n = 1.95 czynnik wynosi: 0.18 dla n1 = 1.5 i n = 1.6 czynnik wynosi: 0.32 Andrzej J. Wojtowicz, wykład dla ZKF

  19. Czynnik m (efektywna droga fotonu): Dla n1 = 1.5 i n = 1.95 kąt αgr = 50° i m = 1.24 Andrzej J. Wojtowicz, wykład dla ZKF

  20. Wydajność scyntylacji pixela o długości L: Dla m = 1 i r = 1, wzór ten przechodzi w model 2R Andrzej J. Wojtowicz, wykład dla ZKF

  21. DLACZEGO MODEL 2R (nawet z poprawkami) nie jest zadowalający CO MOŻNA POLICZYĆ? Jakie są możliwości numeryczne? Czy istnieją zaawansowane programy dostępne na świecie? Czy to się da zrobić? Andrzej J. Wojtowicz, wykład dla ZKF

  22. Geant4, CERN, program typu Monte Carlo Symulacja przechodzenia cząstek przez ośrodki materialne (fizyka wysokich energii, fizyka jądrowa, fizyka medyczna, badania z wykorzystaniem akceleratorów i w przestrzeni kosmicznej) http://wwwasd.web.cern.ch/wwwasd/geant4/ WADY: rozbudowany, trudny w użyciu ZALETY: pozwala na rozwiązanie bardzo różnorodnych problemów, duże możliwości Andrzej J. Wojtowicz, wykład dla ZKF

  23. LITRANI: program typu Monte-Carlo, symuluje rozchodzenie się fotonów scyntylacyjnych w ośrodkach izo- i anizotropowych AUTOR: F.X. Gentit Strona www: http://gentit.home.cern.ch/gentit/litrani/ LITRANI 3.3, napisany w C++, w środowisku ROOT. Pracuje w Windows NT/2000/XP i Linuxie. Wszystkie kody źródłowe są dostępne. W Windows XP, wersja LITRANI skompilowana (VC++7.1), z wersjami "Pro" i "Win32gdk" ROOTa : 5.08/00. można ściągnąć (bez opłat) wszystkie potrzebne pliki, instrukcje, jest forum użytkowników, FAQs. Andrzej J. Wojtowicz, wykład dla ZKF

  24. LITRANI, charakterystyka ogólna: każdy foton jest śledzony od generacji do zarejestrowania przez detektor różne kształty scyntylatora (także pixele PET), różne materiały (stała dielektryczna, współczynnik absorpcji i długość dyfuzji zależne od długości fali), anizotropowość powierzchnie graniczne; odbicie lustrzane i dyfuzyjne, różne współczynniki odbicia, reflektor z warstwą przejściową fotony; emisja spontaniczna, generacja przez kaskadę e-m, włókna optyczne detektor: APD, PMT Andrzej J. Wojtowicz, wykład dla ZKF

  25. PODSUMOWANIE I WNIOSKI: Numeryczne rozwiązanie problemu transportu światła w oparciu o metodę Monte Carlo i bezpłatne programy z CERNu, w pixelach LuAP i LuYAP dla kamer PET to może być sensowna i pożyteczna praca magisterska DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ!! Andrzej J. Wojtowicz, wykład dla ZKF

More Related