ABSTRACT
Abstract Positron emission tomography (PET) is one of the most important diagnostic tools in medicine, allowing three-dimensional imaging of functional processes in the body. It is based on a detection of two gamma rays with an energy of 511 keV originating from the point of annihilation of the positron emitted by a radio-labeled agent. By measuring the difference of the arrival times of both annihilation photons it is possible to localize the tracer inside the body. Gamma rays are normally detected by a scintillation detector, whose timing accuracy is limited by a photomultiplier and a scintillator. By replacing a photo sensor with a microchannel plate PMT (MCP-PMT) and a scintillator with Cherenkov radiator, it is possible to localize the interaction position to the cm level. In a pioneering experimental study with Cherenkov detectors using PbF 2 crystals and microchannel plate photomultiplier tubes MCP-PMT a time resolution better than 100 ps was achieved. In this work a DRS4 digital ring sampler chip was used to read out single photon output signals from two different MCP-PMTs (Hamamatsu R3809 and Burle 85001) with a sampling rate of 5×109 samples/s. The digitized waveforms were analyzed and a comparison between the two detectors timing response was made. The time resolutions achieved were (161 ± 2.21) ps and (220 ± 2.63) ps FWHM for the Hamamatsu and Burle MCP-PMT respectively. No significant variances were observed in the study of the behavior of the FWHM when both MCP-PMT were scanned.
Resumen La tomografía por emisión de positrones (PET) es una importante herramienta en el diagnóstico médico ya que permite la obtención de imágenes tridimensionales de los procesos funcionales en el cuerpo. La técnica está basada en la detección de los dos cuantos gamma de 511 keV originados en la aniquilación del positrón emitido por el radiofármaco administrado al paciente. Midiendo la diferencia en la llegada de los dos cuantos gamma es posible determinar la posición en la que ocurrió la aniquilación. En los equipos convencionales son utilizados detectores centellantes cuya respuesta temporal está limitada por el fotomultiplicador y el cristal centellante. Remplazando el fotomultiplicador por un PMT (MCP-PMT) y el cristal centellante por un detector Cherenkov, es posible localizar la posición en la que ocurrió la aniquilación con una exactitud a nivel de pocos centímetros. En previos resultados experimentales utilizando detectores Cherenkov con cristales de PbF 2 y MCP-PMT se alcanzó una respuesta temporal de menos de 100 ps. En este trabajo fue utilizado un chip DRS4 con una velocidad de procesamiento de las señales de 5×109 samples/s para la lectura de la salida de fotones únicos de los dos MCP-PMT estudiados (Hamamatsu R3809 y Burle 85001). Las señales digitalizadas fueron analizadas y se realizó una comparación entre la respuesta temporal obtenida para ambos MCP-PMT. El tiempo de respuesta obtenido en términos de FWHM fue de (161 ± 2.21) ps y (220 ± 2.63) ps para los MCP-PMT Hamamatsu y Burle respectivamente. No se detectaron variaciones significativas en el FWHM al escanearse la superficie activa de ambos MCP-PMT .
ABSTRACT
Abstract In recent years, the investigation of spallation reactions have caught the attention of scientific community due to their application in the transmutation of nuclear waste by using the Accelerator Driven System (ADS) reactors. Due to the experimental difficulties that nuclear reactions researches face; the study of spallation reaction by using simulation codes is more suitable for generating more complete database for different energy ranges. This work aims to study spallation reactions induced by protons at intermediate energies 0.5 - 2 GeV on non-fissionable nuclei by using the Monte Carlo code: CRISP (Collaboration Rio-Ilhéus-São Paulo). The target nuclei studied were: 184 W, 197 Au and 208 Pb, focusing on the last one. Multiplicity of light particles obtained with CRISP was compared with the available experimental data and other Monte Carlo codes involved in the study of spallation reactions, resulting on a quite satisfactory agreement.
Resumen En años recientes la investigación de las reacciones nucleares de "espalación" han causado atención en la comunidad científica debido a su aplicación en la transmutación de los residuos nucleares usando reactores ADS (AcceleratorDriven System). Debido a las dificultades experimentales en el estudio de las reacciones nucleares, su estudio vía simulación es adecuado para generar una base de datos más completa en un amplio rango de energía. Este trabajo tiene como objetivo principal el estudio de reacciones nucleares inducidas por protones a energías intermedias, 0.5 - 2 GeV, en núcleos no fisionables, utilizando el código de Monte Carlo: CRISP (Collaboration Rio-Ilhéus-São Paulo). Los núcleos estudiados fueron: 184W, 197Au y 208Pb, con un enfoque en el último. La multiplicidad de partículas ligeras obtenida con el CRISPfue comparada con los datos experimentales disponibles y con otros códigos de Monte Carlo y se obtuvieron resultados satisfactorios.