Summary
हम परिवेश वातावरण में कम लागत वाले, उच्च संवेदनशीलता, सर्वदिशात्मक, गामा-रे इमेजिंग कॉम्पटन कैमरे का उपयोग करके विभिन्न निम्न स्तर के गामा विकिरण स्रोतों की कल्पना करने के लिए प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं।
Abstract
हम परिवेश वातावरण में विभिन्न निम्न स्तर के गामा विकिरण स्रोतों की कल्पना करने के लिए प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं। कम लागत वाले, उच्च संवेदनशीलता, सर्वदिशात्मक, गामा-रे इमेजिंग कॉम्पटन कैमरे का उपयोग करके प्रयोग किए गए । प्रयोगशाला में, 137सीएस जैसे उप-मेव गामा विकिरण स्रोत की स्थिति को कॉम्पटन कैमरे द्वारा प्राप्त सर्वज्ञ गामा-रे इमेजिंग के माध्यम से आसानी से निगरानी की जा सकती है। इसके विपरीत, एक स्थिर, दीवार पर चढ़कर खुराक दर मॉनिटर हमेशा सफलतापूर्वक इस तरह के स्रोत की निगरानी नहीं कर सकता। इसके अलावा, हमने पर्यावरण में रेडियोधर्मिता आंदोलन की कल्पना करने की संभावना का सफलतापूर्वक प्रदर्शन किया, उदाहरण के लिए, परमाणु चिकित्सा सुविधा में 18एफ-फ्लोरोडोऑक्सीग्लूकोज(18एफ-एफडीजी) के साथ इंजेक्शन वाले रोगी का आंदोलन। फुकुशिमा क्षेत्र में, हमने २०११ में फुकुशिमा दाइची परमाणु ऊर्जा संयंत्र दुर्घटना द्वारा जारी रेडियोधर्मी सीज़ियम द्वारा निम्न स्तर के रेडियोधर्मी संदूषण के आधार पर वितरण से संबंधित सर्वज्ञ गामा-रे छवियों को आसानी से प्राप्त किया । हम गामा-रे स्रोतों की कल्पना करने के लिए इस कैमरे के साथ अपनी प्रक्रिया का उपयोग करने के स्पष्ट लाभ प्रदर्शित करते हैं। हमारे प्रोटोकॉल आगे कम स्तर गामा विकिरण स्रोतों की खोज करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, स्थिर खुराक दर पर नज़र रखता है और/या पोर्टेबल सर्वेक्षण मीटर पारंपरिक रूप से इस्तेमाल के स्थान पर ।
Introduction
चिकित्सा सुविधाएं एक सतह और/या बस कुछ μSv/h की हवा की खुराक दर के साथ विभिन्न निम्न स्तर के गामा विकिरण स्रोतों घर । पूर्वी जापान के व्यापक क्षेत्रों में भी ऐसे स्रोत मौजूद हैं जो २०११ में फुकुशिमा दाइची परमाणु ऊर्जा संयंत्र दुर्घटना से रेडियोधर्मी सीज़ियम द्वारा निम्न स्तर के रेडियोधर्मी संदूषण का प्रदर्शन करते हैं । ये वातावरण कभी-कभी सामान्य आबादी के लिए मानव शरीर के लिए बाहरी विकिरण जोखिम सीमा के लिए श्रमिकों को बेनकाब करते हैं जैसा कि रेडियोलॉजिकल संरक्षण (आईसीआरपी) पर अंतर्राष्ट्रीय आयोग द्वारा सलाह दी गई थी: 1 एमएसवी/वर्ष (जैसे, प्रति दिन 4 घंटे के लिए 1 μSv/h), प्रति वर्ष 250 दिन)1. यदि विकिरण स्रोतों को कम टाइमस्केल पर पहले से कुछ मीटर से अधिक की कल्पना की जाती है, तो विकिरण जोखिम की मात्रा को कम किया जा सकता है। इन गामा विकिरण स्रोतों की कल्पना के लिए सबसे अच्छा समाधान में से एक गामा-रे इमेजिंग कॉम्पटन कैमरा तकनीक2को अपनाना है । इस तकनीक में, विकिरण स्रोत से उत्सर्जित घटना गामा-किरणों की ऊर्जा और शंकु-दिशा को प्रत्येक घटना के लिए डिटेक्टर द्वारा मापा जाता है, और फिर गामा-रे स्रोत दिशा को बैक-प्रोजेक्शन3द्वारा पुनर्निर्मित किया जा सकता है। पिछले अध्ययनों ने कॉम्पटन कैमरा सिस्टम विकसित किए हैं, जिनका उद्देश्य परमाणु चिकित्सा में एक नया नैदानिक उपकरण के अनुप्रयोग और/या खगोल भौतिकी में एक नया गामा-रे टेलीस्कोप4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,साथ ही कॉम्पटन शंकु डेटा के लिए छवि पुनर्निर्माण तकनीकों का विकास किया गया है विश्लेषणात्मक15,16 और सांख्यिकीय17 दृष्टिकोणों द्वारा । जटिल इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ अधिक महंगे, अत्याधुनिक उपकरणों को अक्सर कुछ डिग्री के मानक विचलन के भीतर उच्च कोणीय समाधान प्राप्त करने के लिए अपनाया जाता है, लेकिन यह परिशुद्धता एक साथ उच्च पहचान दक्षता प्राप्त करना मुश्किल बनाता है।
हाल ही में, हमने एक कम लागत, उच्च संवेदनशीलता, सर्वदिशात्मक गामा-रे इमेजिंग कॉम्पटन कैमरा18का प्रस्ताव और विकास किया है, जो कई स्वतंत्र प्रस्फुटक के भीतर दो गुना संयोग के आधार पर है जो या तो स्कैटरर्स या अब्जॉर्बर19के रूप में कार्य करते हैं। इस तकनीक का उद्देश्य ~ 10 डिग्री या उससे कम के कोणीय संकल्प के साथ उच्च पहचान दक्षता को आसानी से प्राप्त करना है, जो पर्यावरण मॉनिटर के लिए पर्याप्त है। यह फ़िल्टर किए गए बैक-प्रोजेक्शन एल्गोरिदम के आधार पर18,20 इमेज-शार्पनिंग तकनीक के अनुप्रयोग के माध्यम से पूरा किया जाता है, जो कॉम्पटन पुनर्निर्माण के लिए गणना टोमोग्राफी के लिए छवि पुनर्निर्माण में उपयोग किए जाने वाले एक कन्वोन्यूशन फिल्टर को लागू करता है। इसके अलावा, डिटेक्टर की पहचान दक्षता, कोणीय संकल्प और गतिशील रेंज को आसानी से अनुकूलित किया जा सकता है जब प्रस्फुटक के प्रकार, आकार और व्यवस्था को किसी विशेष उद्देश्य के अनुसार समन्वित किया जाता है, जैसे कि ऊंचा रेडियोधर्मिता उत्सर्जित करने वाले वातावरण में उपयोग21,22।
इस अध्ययन में, हम एक रेडियोआइसोटोप (आरआई) सुविधा, एक पॉजिट्रॉन उत्सर्जन टोमोग्राफी (पीईटी) सुविधा और फुकुशिमा क्षेत्र में इस सर्वदिशात्मक कॉम्पटन कैमरा तकनीक का उपयोग कर निम्न स्तर के गामा-रे विकिरण स्रोतों की कल्पना के लिए विभिन्न परीक्षणों के लिए प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं। हमने उच्च पहचान दक्षता प्राप्त करने के लिए पहलेअपने आप द्वारा विकसित सर्वदिशात्मक गामा-रे इमेजिंग कॉम्पटन कैमरा तैयार किया और उपयोग किया। चित्रा 1 इस अध्ययन में इस्तेमाल ग्यारह तत्वों के सीएसआई (टीएल) प्रस्फुटक की व्यवस्था का एक योजनाबद्ध दृश्य दिखाता है । ग्यारह काउंटरों में दो परतें होती हैं; केंद्र में दो काउंटर और एक आधे सर्कल में नौ काउंटर, आगे और पिछड़े बिखरने विन्यास पर विचार । प्रत्येक सीएसआई (टीएल) 3.5 सेमी के प्रस्फुटक घन को सुपर-बिलाकली फोटो-गुणक ट्यूब (पीएमटी) के साथ पढ़ा गया था। संकेतों को एसआईटीसीपी प्रौद्योगिकी23 के साथ एक फ्लैश एडीसी बोर्ड में खिलाया गया था और सामने के अंत को ईथरनेट के माध्यम से पीसी से जोड़ा गया था। रूट लाइब्रेरी24 के साथ विजुअल सी + + का उपयोग करके बनाया गया एक ऑनलाइन प्रोग्राम विंडोज पीसी पर संचालित किया गया था। एक गामा-रे छवि को खंगाला गया और18,20 को गोलाकार सतह पर तेज किया गया, जिसमें एक गोलाकार सतह के साथ एक त्रिज्या के साथ जमा करने वाले छल्ले थे जो प्रत्येक दो गुना संयोग घटना के लिए कॉम्पटन काइनेमेटिक्स से गणना की जाने वाली एक बिखरने वाला कोण है। एक सर्वदिशात्मक गामा-रे छवि पहले एक डिजिटल कैमरे द्वारा ली गई सर्वदिशात्मक ऑप्टिकल छवि पर अधिरोपण द्वारा ऑनलाइन और ऑफलाइन दोनों प्रदर्शित की जा सकती है। माप के दौरान, ट्रिगर दर, कुल ऊर्जा स्पेक्ट्रम (प्रत्येक दो गुना संयोग घटना के लिए ऊर्जा जमा का योग), और एक पूर्व निर्धारित गामा-रे ऊर्जा की पुनर्निर्मित छवियों को ऑनलाइन पीसी स्क्रीन पर प्रदर्शित किया जा सकता है। यह जानकारी एक पूर्व निर्धारित समय अंतराल (जैसे, हर 10 एस) पर अपडेट की जा सकती है। यहां, हम दो प्रकार की पुनर्निर्मित छवियों को प्रदर्शित करने के लिए स्क्रीन सेट करते हैं: एक छवि जो माप की शुरुआत में जमा होती है और हर पूर्व निर्धारित समय अंतराल (जैसे, हर 1 मिन) पर पुनर्संचित छवि होती है। इसके अलावा, क्योंकि माप का उपयोग कर प्राप्त प्रत्येक घटना के लिए कच्चे डेटा संग्रहीत कर रहे हैं, यह माप के बाद डेटा का पुनर्विश्लेषण और फिर एक मनमाने ढंग से समय अंतराल पर एक मनमाने ढंग से गामा-रे ऊर्जा के लिए एक पुनर्निर्मित छवि पुनर्जीवित करने के लिए संभव है । तालिका 1 पिछले छह काउंटर सिस्टम18की तुलना में इस अध्ययन में उपयोग किए जाने वाले कॉम्पटन कैमरा सिस्टम के प्रदर्शन को दर्शाता है। तुलना से पता चला है कि एक उप-मेव गामा-रे स्रोत को पिछले सिस्टम के दो बार एक पहचान दक्षता के साथ सफलतापूर्वक कल्पना की गई थी, जबकि ~ 11 डिग्री के कोणीय संकल्प को बनाए रखते हुए। हमने यह भी पुष्टि की है कि स्वीकृति की कोणीय निर्भरता को न्यूनतम रखा गया था, जिसमें एस ~ 4% के अंतर दिखाई दे रहे थे। सिस्टम की मौलिक तकनीकों के बारे में विवरण वातानाबे एट अल (2018)18में वर्णित हैं। यहां हम ऊपर वर्णित कॉम्पटन कैमरे का उपयोग करके विभिन्न निम्न स्तर के गामा-रे विकिरण स्रोतों की कल्पना करने के लिए तीन प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल पेश करते हैं।
Protocol
प्रोटोकॉल राष्ट्रीय कैंसर केंद्र अस्पताल पूर्व, जापान में अनुसंधान नैतिकता समिति के दिशा निर्देशों के बाद आयोजित किया गया था ।
1. आरआई सुविधा में प्रयोग कक्ष में सील विकिरण स्रोत की निगरानी
- डिज़्ब रेट मॉनिटर के बगल में कॉम्पटन कैमरा सेट करें जैसा कि चित्रा 2एमें दिखाया गया है। जमीन से डिटेक्टरों की ऊंचाई को 2.5 मीटर तक सेट करें खुराक दर मॉनिटर बनाएं, जिसमें एक समानांतर प्लेट आयनीकरण कक्ष होता है, 1 न्यूनतम के अंतराल पर स्थिति की हवा की खुराक दर की निगरानी करने के लिए आरआई सुविधा में प्रयोग कक्ष के प्रवेश द्वार के ऊपरी हिस्से में।
- कॉम्पटन कैमरा और ऑनलाइन कंप्यूटर की शक्ति चालू करें।
- कॉम्पटन कैमरा और खुराक दर मॉनिटर के साथ एक साथ माप शुरू करें।
- एक १३७सीएस सील स्रोत (३.८५ MBq) एक स्थान पर ' एक ' चित्रा 2ए में लेबल और यह 30 min के लिए छोड़ सेट करें । डिटेक्टर और सील बंद स्रोत के बीच की दूरी ३.६ मीटर तक सेट करें ।
- सील बंद स्रोत को 'बी' लेबल वाली स्थिति में ले जाएं और 30 सीन के दौरान छोड़ दें। डिटेक्टर और सील बंद स्रोत के बीच की दूरी को 6.7 मीटर तक सेट करें।
- सील बंद स्रोत को 'सी' लेबल वाली स्थिति में ले जाएं और 30 सीन के दौरान छोड़ दें। डिटेक्टर और सील बंद स्रोत के बीच की दूरी को 6.7 मीटर तक सेट करें।
- सील बंद स्रोत को 'डी' लेबल वाली स्थिति में ले जाएं और 30 सीन के दौरान छोड़ दें। डिटेक्टर और सील बंद स्रोत के बीच की दूरी को 1 मीटर तक सेट करें।
- कमरे के बाहर सील बंद स्रोत ले जाएँ। 30 मिन के बाद, सभी माप बंद करो।
2. पीईटी सुविधा में पर्यावरण निगरानी
- पीईटीसुविधा में रिसेप्शन डेस्क के सामने कॉम्पटन कैमरा सेट करें जैसा कि फिगर 2बीमें दिखाया गया है । जमीन से डिटेक्टरों की ऊंचाई 1 मीटर तक सेट करें।
- स्टाफ रूम में ऑनलाइन कंप्यूटर सेट करें।
- कॉम्पटन कैमरा और ऑनलाइन कंप्यूटर की शक्ति चालू करें।
- मरीजों को सुविधा पर पहुंचने से पहले सुबह जल्दी कॉम्पटन कैमरा माप शुरू करें ।
- सभी रोगियों के दिन के लिए छोड़ने के बाद, सभी माप बंद करो ।
3. कावामाता-माची, फुकुशिमा, जापान में आउटडोर माप
- एक निजी घर के पास कॉम्पटन कैमरा सेट के रूप में चित्रा 2सीमें दिखाया गया है, जहां 1 μSv/h या उससे कम की सतह खुराक दरों के साथ कुछ रेडियोलॉजिकल सीज़ियम हॉट स्पॉट के अस्तित्व पर संदेह कर रहे हैं । जमीन से डिटेक्टरों की ऊंचाई को 1.5 मीटर तक सेट करें।
- कॉम्पटन कैमरा और ऑनलाइन कंप्यूटर की शक्ति चालू करें।
- कॉम्पटन कैमरा माप शुरू करें।
- 30 मिन के बाद, सभी माप बंद करो।
Representative Results
आरआई सुविधा में प्रयोग कक्ष में सील विकिरण स्रोत की निगरानी
चित्रा 3एक कॉम्पटन कैमरा (काले ठोस लाइन) द्वारा मापा ट्रिगर दर के समय भिन्नता से पता चलता है, दो हिट काउंटरों के एक समय अंतराल चयन लागू करने के बाद 1 μs से कम है । ट्रिगर दर सील स्रोत की स्थिति के आधार पर हर 30 टिन बदल (यानी, स्थिति से कैमरे की दूरी) । इस भिन्नता की पुष्टि स्थिर खुराक दर मॉनिटर (नीली धराशायी रेखा) द्वारा मापे गए डेटा से की गई थी; व्यवहार 5750 एस और 7800 एस के बीच के अलावा स्थिर (यानी, पृष्ठभूमि स्तर) बना रहा। यहां, हम अंतरिम रूप से पांच अवधियों (i), (ii), (iii), (iv) और (v) सेट, सील स्रोत(चित्रा 3ए)के पांच पदों का प्रतिनिधित्व । चित्रा 3बी प्रत्येक ऐसी अवधि के लिए कुल ऊर्जा स्पेक्ट्रा दिखाता है (प्रत्येक के लिए 30 गुना), क्षैतिज धुरी प्रत्येक दो गुना संयोग घटना के लिए ऊर्जा जमा के योग का प्रतिनिधित्व करती है। हम ध्यान दें कि 137सीएस सील किए गए स्रोत (i), (ii), (ii) और (v) से निकलने वाली 662 केवी फोटो-अवशोषण चोटियों, जबकि (v) केवल पृष्ठभूमि स्तर दिखाता है। (ii) और (iii) के लिए पीक हाइट्स एक ही हैं, जिसे हम कैमरे से सील बंद स्रोत तक समान 6.7 मीटर की दूरी पर जिम्मेदार ठहराते हैं। 662 ± 40 केवी के भीतर 662 केवी के भीतर 662 ± 40 केवी के भीतर 662 केवी के भीतर घटना का चयन करके, हम बिखरने कोणों की गणना की और सर्वदिशात्मक गामा-रे छवि को खंगाला। परिणाम क्रमशः, अवधि (i), (ii), (iii) और (iv) के लिए क्रमशः आंकड़े 3सी-एफमें दिखाए जाते हैं। यहां गामा-रे छवियों को लाल क्षेत्र द्वारा इंगित किया जाता है, जो मनाया सीमा के ऊपरी आधे में गामा-रे तीव्रता इंगित करता है। हम पाते हैं कि गामा-रे छवियों से 137सीएस सील किए गए स्रोत की स्थिति की सफलतापूर्वक पहचान की जा सकती है। चित्रा 4 एकीकरण समय के साथ छवि में परिवर्तन दिखाता है, जहां लाल क्षेत्र के बजाय एक संकरा रेंज (ऊपरी 30%) मनाया रेंज की। चोटी की तीव्रता को प्राथमिकता देने के लिए इस संकरा रेंज को अपनाया गया था । इस मामले में, 30 एस के बाद 137सीएस स्रोत दिशा की पहचान की जा सकती है।
पीईटी सुविधा में पर्यावरण निगरानी
चित्रा 5एक पीईटी सुविधा में एक स्वागत डेस्क के सामने कॉम्पटन कैमरा (ब्लैक लाइन) द्वारा मापा के रूप में दिन (५.६ घंटे) के दौरान ट्रिगर दर के समग्र समय भिन्नता से पता चलता है । हम विभिन्न पैटर्न के साथ ट्रिगर दर में उल्लेखनीय वृद्धि का निरीक्षण करते हैं, जिसे रिसेप्शन डेस्क के आसपास 18एफ-फ्लोरोडोऑक्सीग्लूकोज(18एफ-एफडीजी) के साथ इंजेक्शन रोगियों की आवाजाही के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है। इस तरह के पैटर्न का एक उदाहरण के रूप में, हम 6200 एस से 7000 एस की अवधि पर ध्यान केंद्रित करते हैं। चित्रा 5बीमें दिखाए गए इस अवधि में ट्रिगर दर के अनुसार, संवर्द्धन की एक श्रृंखला स्पष्ट है, जिसमें दो पठारों (i) और (ii) लेबल हैं। चित्रा 5सी चित्रा 5बीके पीरियड्स (i), (ii) और (iii) के लिए कुल ऊर्जा स्पेक्ट्रा दिखाता है। हम 18एफ-एफडीजी से निकलने वाली 511 केवी फोटो-अवशोषण चोटियों का निरीक्षण करते हैं। चित्रा 5डी, ई क्रमशः अवधि (i) और (ii) में 511 केवी गामा-रे सर्वदिशात्मक छवि दिखाते हैं, जिसमें हमने छवि पुनर्निर्माण के लिए 511 ± 40 केवी के भीतर घटनाओं का चयन किया। दोनों आंकड़ों में गामा-रे चोटियों के निर्देश क्रमशः सोफे की दिशाओं और दीवार के पीछे टॉयलेट के अनुरूप हैं। दोनों की ट्रिगर दरों (i) और (ii) को ध्यान में रखते हुए, हम टॉयलेट से दीवार की ढाल मर्मज्ञ रिसाव के रूप में (i) में गामा-किरणों की व्याख्या; हम मान लेते हैं कि एक मरीज टॉयलेट में घुस गया और दो मिनट बिताए, और उसके बाद पीईटी स्कैन से कुछ मिनट पहले सोफे पर बैठ गए।
कावामाता-माची, फुकुशिमा, जापान में आउटडोर माप
चित्रा 6एक आउटडोर माप के 30 min के लिए ट्रिगर दर के समय भिन्नता से पता चलता है । ट्रिगर दर की स्थिरता का तात्पर्य है कि हमारे कॉम्पटन कैमरा सिस्टम लंबी अवधि में सड़क पर किए गए मापन के लिए भी स्थिर रूप से संचालित होता है। यह प्रदर्शित करने के लिए कि विस्तारित गामा-रे स्रोत को कैसे खंगाला गया, हमने चार अलग-अलग एकीकरण अवधियों का लेबल लगाया (i) (1 मिन), (ii) (10 min), (iii) (20 min) और (iv) (30 मिन), जैसा कि चित्र 6एमें दिखाया गया है। चित्रा 6बी प्रत्येक अवधि के लिए कुल ऊर्जा स्पेक्ट्रा दिखाता है, जो रेडियोधर्मी न्यूक्लिड्स से उत्सर्जित गामा-किरणों की फोटो-अवशोषण चोटियों पर 605 केवी और 134सीएस के लिए 796 केवी और 137सीएस के लिए 662 केवी पर आरोपित संरचनाओं को दर्शाता है। गामा-रे छवि के पुनर्निर्माण के लिए, हमने 605 केवी के लिए 565-622 केवी, 662 ± 40 केवी के लिए 662 केवी और 796 केवी के लिए 796 ± 40 केवी के भीतर घटनाओं का चयन किया। 605, 662 और 796 केवी के लिए गामा-रे सर्वदिशात्मक छवियों को क्रमशः एकीकरण अवधि (i), (ii), (iii) और (iv) के लिए आंकड़ों 6c-f में दिखाया गया है। इस मामले में, हम पाते हैं कि पुनर्निर्मित गामा-रे वितरण तब तक स्थिर है जब तक एकीकरण का समय 20 से अधिक हो जाता है। सामने एक पहाड़ी की ढलान और बारिश गटर का निचला हिस्सा स्पष्ट रूप से दूषित है, जबकि छवि के दाहिने हिस्से में अदूषित मिट्टी से ढका क्षेत्र प्रदर्शनीय रूप से दूषित नहीं है । गामा-रे तीव्रता एक प्रस्फुटन प्रकार के सर्वेक्षण मीटर द्वारा मापा खुराक दर मूल्यों के साथ अच्छा समझौता है, जिनमें से मूल्यों को चित्रा 6एफमें पीले रंग में दिखाया गया है ।
चित्रा 1: सर्वदिशात्मक गामा-रे इमेजिंग कॉम्पटन कैमरा सिस्टम। (क) इस अध्ययन में प्रस्फुटित तत्वों के साथ प्रस्फुटित की ज्यामितीय व्यवस्था। एक सर्कल के केंद्र में दो प्रस्फुटक की व्यवस्था की गई थी, जिसमें नौ को आधे सर्कल में व्यवस्थित किया गया था, जो खड़ी रूप से कंपित था। (ख) बिना आवास के डिटेक्टर की तस्वीर। काउंटर एक विस्तारित पॉलीस्टीरिन के अंदर तय किए गए थे। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्रा 2: प्रायोगिक सेटअप। (क) आरआई सुविधा के प्रयोग कक्ष में सीलबंद विकिरण स्त्रोत की निगरानी, जहां एक 137सीएस-सील किए गए स्त्रोत को क्रमिक रूप से ए', बी, सी और डी ' लेबल वाली स्थितियों पर स्थापित किया गया था। (ख) पीईटी सुविधा में रिसेप्शन डेस्क के सामने पर्यावरणीय निगरानी। (ग) जापान के फुकुशिमा क्षेत्र में आउटडोर माप । कॉम्पटन कैमरा एक स्टेपलैडर पर तय किया गया था । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्रा 3: प्रयोग कक्ष में 137सीएस-सील किए गए स्रोत की निगरानी के प्रतिनिधि परिणाम। (क) कॉम्पटन कैमरा (ब्लैक सॉलिड लाइन) और एयर डोज रेट द्वारा मापी गई ट्रिगर दर का समय भिन्नता स्थिर खुराक दर मॉनिटर (नीली धराशायी रेखा) द्वारा मापा जाता है । (ख) कुल ऊर्जा स्पेक्ट्रा (प्रत्येक दो गुना संयोग घटना के लिए ऊर्जा जमा का योग) चित्रा 3मेंएकपीरियड्स (i) (लाल रेखा), (ii) (ब्लू लाइन), (iii) (ग्रीन लाइन), (iv) (पिंक लाइन) और (v) (ब्लैक लाइन) के परिणाम के साथ (iv) ०.१५ तक पहुंचा दिया गया था । (ग) 662 केवी गामा-रे सर्वदिशात्मक छवि अवधि (i) (i) (30 min) में ऑप्टिकल छवि पर आरोपित। लाल क्षेत्र मनाया रेंज के ऊपरी आधे में गामा-रे तीव्रता इंगित करता है। (घ) वही (ग) के रूप में लेकिन अवधि (ii) (30 वर्ष) के लिए । (क) वही (ग) के रूप में लेकिन अवधि (iii) (30 वर्ष) के लिए । (च) वही (ग) के रूप में लेकिन अवधि (iv) (30 वर्ष) के लिए । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्रा 4: चित्रा 3सी केसमान है, लेकिन विभिन्न माप समय के साथ: 3 एस, 5 एस, 10 एस, 15 एस, 30 एस, और 60 एस। यहां गामा-रे छवियों की पहचान लाल क्षेत्र द्वारा की जाती है, जो मनाया सीमा के ऊपरी 30% में गामा-रे तीव्रता को इंगित करता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्रा 5: पीईटी सुविधा में एक रिसेप्शन डेस्क के सामने पर्यावरण निगरानी के प्रतिनिधि परिणाम । (क) दिन के दौरान कॉम्पटन कैमरा (ब्लैक लाइन) द्वारा मापा गया ट्रिगर दर का समय भिन्नता (56 घंटे) । (ख) ट्रिगर दर 6200 एस और 7000 एस (क)के बीच की अवधि के लिए विस्तृत । (ग) चित्रा 4बीकी अवधि (i) (लाल रेखा), (ii) (ब्लू लाइन) और (iii) (ब्लैक लाइन) के लिए कुल ऊर्जा स्पेक्ट्रा । (d) 511 केवी गामा-रे सर्वदिशात्मक छवि अवधि के लिए ऑप्टिकल छवि पर आरोपित (i) (2 min) । (क) वही (घ) के रूप में लेकिन अवधि के लिए (ii) (2 मिन) । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्रा 6: कावामाता-माची, फुकुशिमा, जापान में आउटडोर माप के प्रतिनिधि परिणाम। (क) कॉम्पटन कैमरे (ब्लैक सॉलिड लाइन) द्वारा मापा गया ट्रिगर दर का समय भिन्नता। (ख) चित्रा 5एके लिए कुल ऊर्जा स्पेक्ट्रा (i) 1 मिन (नीली रेखा), (ii) 10 मिन (ग्रीन लाइन), (iii) 20 मिन (लाल रेखा) और (iv) 30 मिन (काली रेखा) । (ग) 605, 662 और 796 केवी गामा-किरणों की सर्वदिशात्मक छवि जो ऑप्टिकल इमेज फॉर पीरियड (i) (1 मिन) पर लगाई गई है। (घ) वही (ग) के रूप में लेकिन अवधि (ii) (10 वर्ष) के लिए । (क) वही (ग) के रूप में लेकिन अवधि (iii) (20 वर्ष) के लिए । (च) वही (ग) के रूप में लेकिन अवधि (iv) (30 वर्ष) के लिए । जमीन से 1 सेमी की ऊंचाई पर प्रस्फुटन-प्रकार के सर्वेक्षण मीटर द्वारा मापा गया खुराक दर मूल्य तुलना के आंकड़ों में दिखाया गया है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
| यह अध्ययन | पिछला अध्ययन18 | |
| काउंटरों की संख्या | 11 | 6 |
| 511 केवी गामा-रे के लिए डिटेक्शन एफिशिएंसी (सीपीएस/(μSv/h)) | 36 | 18 |
| कोणीय संकल्प (देग)* | 11 | 11 |
तालिका 1: वर्तमान और पिछले कॉम्पटन कैमरा सिस्टम के प्रदर्शन। * कोणीय संकल्प 511 केवी सर्व सर्वदिशात्मक गामा रे चित्रों से अनुमान लगाया गया था जो डिटेक्टर से 1 मीटर आगे 22एनए सील बंद स्रोत (0.8 एमबीक्यू) के माप के दौरान प्राप्त किया गया था।
Discussion
हमने हमारे द्वारा विकसित सर्वदिशात्मक कॉम्पटन कैमरे का उपयोग करके विभिन्न निम्न स्तर के गामा विकिरण स्रोतों की कल्पना करने के लिए तीन प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल प्रस्तुत किए। प्रतिनिधि परिणामों ने दिखादिया कि कम विकिरण स्तर पर गामा-रे इमेजिंग आसपास के वातावरण पर उपन्यास और उपयोगी जानकारी के व्युत्पन्न की अनुमति देता है। आरआई सुविधा में, प्रोटोकॉल से पता चला है कि हमारे कॉम्पटन कैमरा प्रणाली सफलतापूर्वक गामा-रे स्रोत की स्थिति का पता चलता है, साथ ही स्रोत के सापेक्ष दी गई स्थिति पर गिनती दर । इसका मतलब यह है कि प्रस्तावित विधि पर्यावरण विकिरण निगरानी के लिए एक अगली पीढ़ी की तकनीक के रूप में सेवा कर सकते हैं, पारंपरिक स्थिर खुराक दर पहले से ही लगभग किसी भी आरआई सुविधा की दीवारों पर घुड़सवार पर नज़र रखता है की जगह । इस पत्र में, हमने गामा-रे तीव्रता को एक लाल क्षेत्र के रूप में चित्रित किया, जो देखे गए मूल्यों के ऊपरी आधे हिस्से में तीव्रता का अनुभव करने वाले क्षेत्र(चित्रा 3, चित्रा 5और चित्रा 6)का चित्रण करता है, ताकि पूर्वाग्रह के बिना विभिन्न उद्देश्यों के अनुरूप हो सके। एक दृष्टिकोण है कि बल्कि एक चोटी की तीव्रता को प्राथमिकता देता है, बजाय गामा-रे स्रोतों के वितरण के लिए, लाल क्षेत्र की एक संकरा रेंज अपनाना होगा, शायद मनाया मूल्यों की ऊपरी तिमाही, ताकि कम timescales पर निर्देश निष्कर्षों को सक्षम करने के लिए । दरअसल, चित्रा 3सीमें, चोटी की दिशा मामले के लिए 30 एस के एक माप समय के साथ पहचान की जा सकती है (i) के रूप में चित्रा 4में दिखाया गया है, जिसके लिए चोटी की स्थिति की तीव्रता 20 मायने रखता है के आसपास था ।
पीईटी सुविधा में पर्यावरण निगरानी के लिए, प्रोटोकॉल सुविधा के माध्यम से रेडियोधर्मिता आंदोलन की कल्पना की संभावना का प्रदर्शन किया है, जो इस मामले में एक रोगी 18एफ एफडीजी के साथ इंजेक्शन की आवाजाही माना जाता है । चित्रा 5डी ईमें, ऊपर उल्लिखित संकरा लाल क्षेत्र रेंज को अपनाकर रोगी की दिशा को 10 से कम एस में पहचाना जा सकता है। भविष्य में, एनीमेशन द्वारा गामा-रे स्रोतों की पर्यावरणीय निगरानी विभिन्न स्थितियों के लिए उपयोगी होगी, न केवल इस अध्ययन में रोगियों के आंदोलन के लिए, बल्कि आतंकवाद के प्रयोजनों के लिए हवाई अड्डों जैसे परमाणु ईंधन सामग्रियों के हस्तांतरण की निगरानी के लिए, प्रणाली की उच्च संवेदनशीलता और कम लागत वाली विशेषताओं का लाभ उठाकर, हालांकि एक प्रणाली का ऊर्जा समाधान जो प्रस्फुटक का उपयोग करता है, अधिक महंगे अर्धचालक डिटेक्टरों से कम है, जैसे कि जर्मन (एचपीई) और सीडीजेडएनटी (सीजेडटी) ।
फुकुशिमा क्षेत्र में, प्रोटोकॉल ने विस्तारित गामा विकिरण स्रोत की सफलतापूर्वक कल्पना की, जिसमें सतह खुराक दर 1 μSv/h से बहुत कम है, जो हाल ही में25,26की एक रिपोर्ट में परिमाण से कम है । हमारे कॉम्पटन कैमरा सिस्टम आउटडोर माप के लिए स्थिर और मजबूती से काम करने में सक्षम पाया गया था । हम पहले ही पुष्टि कर चुके हैं कि सिस्टम को विभिन्न स्थितियों में अधिक सुविधाजनक उपयोग के लिए वाईफाई और पोर्टेबल बैटरी का उपयोग करके संचालित किया जा सकता है, विशेष रूप से आउटडोर माप के लिए। जापान में पर्यावरण मंत्रालय ने वायु खुराक दर न्यूनतम ०.२३ μSv/h निर्धारित करने के लिए नामित क्षेत्रों को दूषित करने के लिए निर्धारित किया है । हमारा मानना है कि हमारी प्रणाली और प्रोटोकॉल पूर्वी जापान के व्यापक क्षेत्रों में निम्न स्तर के रेडियोधर्मी संदूषण के क्षेत्रों में विसंदूषण प्रक्रिया के लिए एक बड़ी मदद होगी जहां रेडियोधर्मी सीज़ियम २०११ में फुकुशिमा दाइची परमाणु ऊर्जा संयंत्र दुर्घटना द्वारा जारी किया गया था ।
इस अध्ययन में उपयोग किए जाने वाले कॉम्पटन कैमरे में 300 केवी और 1400 केवी के बीच ऊर्जा के साथ गामा किरणों के लिए उच्च संवेदनशीलता है, जो 3.5 सेमी सीएसआई (टीएल) प्रस्फुटक क्यूब्स18के उपयोग के कारण है। प्रस्फुटक प्रकार और आकार 300 केवी से नीचे निम्न स्तर के गामा विकिरण स्रोतों की पर्यावरणीय निगरानी के लिए अनुकूलित किया जा सकता है, जैसे 99 मीटरटीसी (141 केवी) और 111में (171 केवी, 245 केवी), जिनका उपयोग अक्सर स्कैंटिग्राफी में किया जाता है। निकट भविष्य में इस कार्य को दूसरे कागज में प्रस्तुत किया जाएगा। डिटेक्टर कम कीमत पर निर्मित किया जा सकता है। वास्तव में, इस अध्ययन में उपयोग की जाने वाली डिटेक्टर सामग्रियों की लागत $ 20,000 से अधिक नहीं थी, और इस राशि में सीएसआई (टीएल) और पीएमटी से मिलकर काउंटर की कीमत का प्रभुत्व था; यह विन्यास अन्य कॉम्पटन कैमरों में उपयोग किए जाने वाले गाग प्रस्फुटक और एचपीई सेमीकंडक्टर डिटेक्टरों की तुलना में काफी कम महंगा है। इसके अलावा, इस अध्ययन में इस्तेमाल प्रणाली बहुमुखी प्रतिभा और सुविधा के लिए और अधिक कॉम्पैक्ट बनाया जाना चाहिए । इस अध्ययन में उत्पादित प्रणाली का आकार 30 सेमी x 25 सेमी x 40 सेमी था, जो मौजूदा पोर्टेबल गामा कैमरा5,27से बड़ा है। इतने बड़े सिस्टम के आकार के मुख्य कारण सीएसआई (टीएल) (4 सेमी × 12 सेमी) से जुड़े पीएमटी का बड़ा आकार और हमारे द्वारा बनाए गए बड़े इलेक्ट्रॉनिक्स हैं। भविष्य में पीएमटी की जगह मेटल पैकेज पीएमटी या सिलिकॉन फोटोमल्टी्बल्स (एसआईपीएम) के साथ ही इलेक्ट्रॉनिक्स को छोटे साइज पर रीपैकेज करके पोर्टेबिलिटी में सुधार किया जाएगा।
Disclosures
लेखकों के पास खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।
Acknowledgments
इस अध्ययन को ओपन सोर्स कंसोर्टियम ऑफ इंस्ट्रूमेंटेशन (ओपन-आईटी), जापान, जेपीएस ककेन्ही ग्रांट (नग 22244019, 26610055, 15H04769 और 19H04492) द्वारा समर्थित किया गया था।
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Compton camera | Custom made | ||
| Dose rate monitor | Hitachi, Ltd. | DAM-1102 | |
| Flash ADC board | Bee Beans Technologies Co.,Ltd. | BBT-019 | |
| PC | Panasonic Corporation | CF-SZ6 | |
| Photo-multiplier tube | Hamamatsu Photonics K.K. | H11432-100 | |
| Survey meter | Fuji Electric Co., Ltd. | NHC7 |
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