Advanced

Compton Imaging with Scintillators in a Virtual Geant4 Space

Almqvist, Tim LU (2015) FYSK01 20142
Department of Physics
Nuclear physics
Abstract
In this study the Geant4 toolkit has been used to perform Monte Carlo
simulations of relatively inexpensive, inorganic, scintillator-based detectors. Full simulations of the optical photons produced via the scintillation
process have been done in order to achieve realistic responses from the
attached electro-optical sensors.
The main focus of this work is on identifying interaction positions in
scintillator bars from the readouts of the electro-optical sensors attached
to them. A handful of configurations of electro-optical sensors have been
simulated. Position accuracies down to approximately 8 mm, correspond-
ing to 8% of the length of the scintillator bar, have been achieved in these
simulations.
Although the concept of the... (More)
In this study the Geant4 toolkit has been used to perform Monte Carlo
simulations of relatively inexpensive, inorganic, scintillator-based detectors. Full simulations of the optical photons produced via the scintillation
process have been done in order to achieve realistic responses from the
attached electro-optical sensors.
The main focus of this work is on identifying interaction positions in
scintillator bars from the readouts of the electro-optical sensors attached
to them. A handful of configurations of electro-optical sensors have been
simulated. Position accuracies down to approximately 8 mm, correspond-
ing to 8% of the length of the scintillator bar, have been achieved in these
simulations.
Although the concept of the imaging algorithm described in section 5 is
rather simple, it requires careful implementation. Due to time constraints
this imaging is yet to be realised. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Att Spåra Gammastrålar med en Gammakamera

Gammastrålar produceras av både radioaktiva material och kosmiska objekt, så som supernovor och neutronstjärnor. Gammastrålar består av fotoner, precis som synligt ljus, men har mycket högre energi. Att kunna spåra gammastrålar är användbart inom allt från medicinteknik, till samhällsskydd, och även inom många olika forskningsområden.

Fotoner kan interagera med materia på olika sätt. Har de lite energi, så som synligt ljus, interagerar de oftast med den fotoelektriska effekten. Detta betyder att fotonen försvinner helt, och avger sin energi till en atom i materialet. Har en foton däremot mycket högre energi, som gammastrålar kan ha, så är det mycket vanligare att de ”studsar” mot en atom.... (More)
Att Spåra Gammastrålar med en Gammakamera

Gammastrålar produceras av både radioaktiva material och kosmiska objekt, så som supernovor och neutronstjärnor. Gammastrålar består av fotoner, precis som synligt ljus, men har mycket högre energi. Att kunna spåra gammastrålar är användbart inom allt från medicinteknik, till samhällsskydd, och även inom många olika forskningsområden.

Fotoner kan interagera med materia på olika sätt. Har de lite energi, så som synligt ljus, interagerar de oftast med den fotoelektriska effekten. Detta betyder att fotonen försvinner helt, och avger sin energi till en atom i materialet. Har en foton däremot mycket högre energi, som gammastrålar kan ha, så är det mycket vanligare att de ”studsar” mot en atom. Detta kallas för Compton-spridning. När detta sker så förlorar gammastrålen en del av sin energi, som överförs till materialet. När gammastrålen väl har förlorat en del av sin energi, blir det mycket mer sannolikt att den sedan absorberas.

Det finns en lag som beskriver hur gammastrålar kan "studsa", och med hjälp av den kan man även räkna ut var de kommer ifrån. Men för att göra detta krävs det att man kan mäta var någonstans gammastrålen "studsade" i detektorn, och hur mycket energi den förlorade. I denna studie har ett flertal olika detektorer simulerats för att ta reda på hur noggrant det går att bestämma var en gammastråle interagerar.

Om en gammastråle interagerar via Compton-spridning i detektor ett, och därefter via den fotoelektriska effekten i detektor två, kan man räkna ut hur mycket gammastrålens riktning förrändrades när den studsade mot en atom. Man får då en kon som gammastrålen kan ha kommit ifrån. När ett flertal gammastrålar upptäckts kan positionen bestämmas mycket mer precist, genom att titta på var dessa olika koner överlappar. Förhoppningsvis ska gammakameran som simulerats kunna användas till att lokalisera nedgrävda minor, och liknande kameror används redan för bl.a. medicinska undersökningar. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Almqvist, Tim LU
supervisor
organization
course
FYSK01 20142
year
type
M2 - Bachelor Degree
subject
keywords
Compton scattering, compton imaging, gamma imaging, imaging, scintillator, scintillators, scintillator detectors, gamma camera, Compton camera, Geant4, simulation, simulations, detector simulations, Monte-Carlo
language
English
id
5035024
date added to LUP
2015-02-10 21:07:21
date last changed
2015-06-02 09:35:55
@misc{5035024,
  abstract     = {In this study the Geant4 toolkit has been used to perform Monte Carlo
simulations of relatively inexpensive, inorganic, scintillator-based detectors. Full simulations of the optical photons produced via the scintillation
process have been done in order to achieve realistic responses from the
attached electro-optical sensors.
The main focus of this work is on identifying interaction positions in
scintillator bars from the readouts of the electro-optical sensors attached
to them. A handful of configurations of electro-optical sensors have been
simulated. Position accuracies down to approximately 8 mm, correspond-
ing to 8% of the length of the scintillator bar, have been achieved in these
simulations.
Although the concept of the imaging algorithm described in section 5 is
rather simple, it requires careful implementation. Due to time constraints
this imaging is yet to be realised.},
  author       = {Almqvist, Tim},
  keyword      = {Compton scattering,compton imaging,gamma imaging,imaging,scintillator,scintillators,scintillator detectors,gamma camera,Compton camera,Geant4,simulation,simulations,detector simulations,Monte-Carlo},
  language     = {eng},
  note         = {Student Paper},
  title        = {Compton Imaging with Scintillators in a Virtual Geant4 Space},
  year         = {2015},
}