Детектор рентгеновского и аннигиляционного излучения на кристаллах LSO тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

На правах рукописи

30 ТХЕТ

ДЕТЕКТОР РЕНТГЕНОВСКОГО И АННИГИЛЯЦИОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА КРИСТАЛЛАХ ЬБО

Специальность 01 04 01 — Приборы и методы экспериментальной физики

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

I

Москва - 2007 г.

003069355

Работа выполнена в Московском государственном инженерно-физическом институте (государственном университете)

Научный руководитель. Официальные оппоненты

Ведущая организация-

Доктор физико-математических наук, Профессор Беляев ВII

Доктор Технических Наук, Блинов Н Н

ЗЛО «АМИКО», г. Москва

Кандидат физико-математических наук, Бардышев И И. ИФК РАН, г Москва

Союзный научно исследовательский институт приборостроения (СНИИП)

Защита состоится « 22 » мая 2007 г В 14 час 00 мин на заседании специализированного совета Д 212 130 07 в Московском государственном инженерно-физическом институте (государственном университете) по адресу 115409, Москва, Каширское шоссе 31, тел 324-84-98,323-91-67

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИФИ

Автореферат разослан « 20 » Апреля 2007 г.

Просим принять участие в работе совета или прислать отзыв в одном экземпляре, заверенный печатью организации

Ученый секретарь - ~~

диссертационного совета —- Дмитренко В В

д ф-м н, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Изучение внутренней структуры промышленных и биологических объектов с использованием рентгеновских радиографов и позитронных томографов в сильной степени зависит от типа детекторов рентгеновского и анни-гиляционного излучений и возможности снижения фона от рассеянного излучения В настоящее время активно проводятся работы по разработке детекторов, реализующих возможность регистрации отдельных фотонов, с их отбором по энергии

Детекторы должны состоять из нескольких индивидуальных детекторных элементов, позволяющих идентифицировать рентгеновский или анниги-ляционный квант, прошедший через этот элемент. И для каждого зарегистрированного кванта давать временную и пространственную локализацию с использованием быстородействующей электроники. При этом эта же электроника должна позволять отбирать события по их временам регистрации в отдельных элементах детектора.

Актуальность исследования. Создание новых цифровых установок за счет использования новой элементной базы (сцинтилляторов и фотодетекторов), которые позволили бы минимизировать дозы облучения при рентгенологических и томографических исследованиях без потери информации в визуализированном изображении, а также улучшать контрастность изображения с сохранением разрешающей способности, лежит на пути изучения возможности использования новых сцинтилляционных кристаллов и новых фотоумножителей

Получение высокого качества изображения внутренней структуры объекта связано с выполнением достаточно жестких требований, предъявляемых как к сцинтиллятору, так и фотоумножителю

1 эффективность регистрации детектора > 85% для Е,, =[100 — 600] кэВ

2 пространственное разрешение < 5 мм на уровне БУ/НМ, так как пространственное разрешение детектора есть основной фактор, влияющий на пространственное разрешение восстанавливаемого из измерений изображения внутри структуры объекта

3 мертвое время детектора < 4 не , для высоких скоростей счета регистрируемых полезных событий.

4 временное разрешение детектора < 5 не

5. энергетическое разрешение <100 кэВ на уровне БХУНМ, для того, чтобы отсечь влияние событий относящихся к регистрации комптоновских у - квантов от полезных событий.

Выбор типа сцинтиллжтора для детектора зависит от значения величины фотоэлектрической длины ослабления гамма или рентгеновского (радиационная длина ослабления) В стандартных детекторах используют кристаллы ВОО В настоящее время выращены новые сцинтилляторы (ЬБО и ЬУ50) с большим Z и р, большим световыходом и коротким временем высвечивания сцинтилляционной вспышки

В настоящее время появилось множество новых фотодетекторов Примерами таких фотодетекторов может служить годоскопический фотоумножитель, многоанодный фотоумножитель и фотоумножитель на микроканальных пластинах Очевидно, что использование этих фотодетекторов и новых сцинтилляционных кристаллов в принципе позволяет создать малые по размеру детекторные модули рентгеновского и аннигиляционного излучения

Цель диссертационной работы — создание новых детекторных модулей рентгеновского и аннигиляционного излучения Исследование спектрометрических и временных характеристик сцинтилляционных детекторов с сцинтилляторами ЬБО, оптически сочлененными с годоскопическими и многоканальными фотоэлектронными умножителями.

Научная новизна работы определяется тем, что в ней

1 Впервые проведены исследования спектрометрических и временных характеристик сцинтилляционного монокристалла Ьи28105(.Се) которые включали в себя изучение влияние концентрации Се3+ на световыход Изучена зависимость световыхода сцинтилляционной вспышки от различных материалов упаковки кристаллов и обработки поверхности кристаллов 1лд28105( Се),

2 Впервые были проведены измерения интенсивности собственного гамма излучения кристаллов Ьи28105( Се), а также определена энергии этого излучения

3 Впервые было изучено послесвечение кристаллов Ьи28Ю5( Се), размером (1x1x1 мм3), с разной концентрацией Се.

4 Впервые был создан многоканальный детектор на основе многоанодного ФЭУ 115900 производства фирмы НАМАМАТ8и и сцинтилляционных кристаллов Ьи28Ю5( Се) Детектор имел матрицу [4x4] сцинтилляторов, эффективность регистрации рентгеновского излучения 80 %, мертвое время канала ты=200 не,

5 Создан прототип рентгеновского щупа для регистрации рентгеновского излучения на основе монокристаллического слоя Ь80 (размер гранул ~ 15 — 20 мкм)

Достоверность и обоснованность основных научных положений и выводов диссертационной работы определяется сравнением результатов измерений настоящей работы с опубликованными в литературе сопоставимыми

данными других авторов и использованием для измерений современной высокоточной электроники и программного комплекса

Практическая значимость. Полученные данные в исследованиях спектрометрических и временных характеристик сцинтиллядионного монокристалла ЬигБЮэС Се) использовались для внесения поправок и корректировок в ход технологии выращивания этих кристаллов

Создана экспериментальная установка для проведения спеюрометри-ческих измерений В качестве фотоприемника использовался фотоэлектронный умножитель ХР2020/0 Величина собственных электрических шумов не превосходит 80 мкВ Изучена зависимость световыхода сцинтилляционной вспышки от различных материалов упаковки кристаллов и обработки поверхности кристаллов ЬигБЮ^ Се) Наибольшая величина выхода света сцинтилляционной вспышки (световыход) достигалась при упаковке кристалла в усеченный конус из майлара с тонкой боковой поверхностью.

Показано, что интенсивность собственного гамма излучения кристаллов ЬигБЮзС Се), при проведении специальной термической и химической обработке исходной шихты привела к уменьшению вдвое интенсивности собственного гамма излучения с энергией Еу» 460 кэВ

Установлено, что сциитиллятор Ь80 имеет моноклинную двухосную кристаллическую структуру и обладает двумя центрами свечения Это приводит к наблюдению двух пиков полного поглощения в энергетических спектров для гамма квантов с Еу = 662 КэВ При изменении ориентации кристалла относительно окна фотоумножителя — изменяется и относительный вес пиков

На основе современных фотоумножителей и кристаллов ЬБО создан прототип детектора рентгеновского и аннигиляционного излучения матричного типа (4x4 ячеек ) с пространственным разрешением 0,8 мм

Создан рентгеновский щуп для регистрации рентгеновского излучения с энергией Е » 10 - 100 кэВ. Эффективность регистрации рентгеновского излучения с энергией 5 5 кэВ -95% и с энергией 60 кэВ - 37%

На защиту выносятся» следующие основные положения.

1 Результаты спектрометрических и временных измерений сцинтиллядионного кристалла ЬБО,

2 Экспериментальные результаты по исследованиям спектрометрических свойств рентгеновского щупа на основе монокристаллического слоя ЬБО,

3 Результаты измерений регистрации света сцинтилляционной вспышки в отдельном элементе детектора с использование годоскопических фотоумножителей,

4 Результаты измерений с рентгеновским источником для исследования амплитудных и частотных (временных) характеристик сцинтиллящюнных сборок кристаллов LSO и многоанодных ФЭУ,

5 Результаты измерений пространственного разрешения и спектрометрических свойств многоканального ПЧД созданного на основе ФЭУ R5900 фирмы HAMAMATSU, XP2020/Q и сцинтилляционных кристаллов LSO,

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Она изложена на 100 страницах, включает 41 рисунок, 5 таблиц и список литературы из 76 наименований

Работа выполнялась на кафедре «Медицинская физика» МИФИ

Апробаиия работы Основные результаты диссертации докладывались на конференциях «Научная сессия МИФИ - 2006» (г Москва, 21-25 января 2006 года), Nuclear Science Symposium, Medical Imaging Conference, 2006 San Diego, California, «Научная сессия МИФИ - 2007» (г. Москва, 21-25 января 2007 года)

Публикации и доклады Результаты диссертации опубликованы в 5 работах, список которых приведен в конце автореферата.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы исследованиия, определена цель работы, дана общая характеристика проведенных исследований, отражены научная новизна и практическая значимость полученных результатов

В первой главе рассмотрены требования к детекторам рентгеновского и аннигиляционного излучений Рассмотрены основные характеристики новых сцинтилляционных кристаллов Более подробно рассмотрены характеристики сцинтилляционного кристалла LSO С точки зрения кристаллохимии формула LSO должна записываться Lu20(Si04), так как оксиортосиликат лютеция относится к силикатам, в структуре которых, кроме ионов кислорода, принадлежащих Si04 - тетраэдрам, присутствуют изолированные (свободные) ионы кислорода Свободные ионы кислорода связаны с некоторыми ионами лютеция «мостиковыми» связями, более короткими, чем все остальные связи в данной структуре

Один из ионов лютеция - Lu1 - окружен семью кислородами Его координационный полиэдр образован пятью кислородами, принадлежащими к Si04 - тетраэдрам, и двумя «свободными» кислородами Другой ион лютеция - Lu - находится в окружении шести кислородов, образующих искаженный октаэдр Четыре кислорода, входящих в этот октаэдр, являются кислородами тетраэдров, остальные два - «свободными» Таким образом, координационное число по кислороду для Lu1 равно 7, а для Lu2 - 6

Ког да LSO легируется церием, церий занимает позиции основных ионов (Lii) в виде трехвалентных ионов (Се'"). Поскольку в структуре LSO ионы лютеция занимают две различные кристаллографические позиции, то и трехвалентные ионы церия также имеют две позиции, то есть в LSO существуют два типа центров свечения.

Кристаллы LSO имеют более высокую плотность, чем кристаллы BGO, больший световой выход и радиационную длину 1.11 см (1.14 для BGO). Очень важны механические и химические свойства кристалла. Сциитиллятор LSO не гигроскопичен и не требует специальной защиты от влаги. Также кристалл стоек к агрессивным средам.

Важной задачей, которая трудно достижима, является получение однородности пространственного разрешения по всему нолю видения детектора, которое ограничивается "артефактами", возникающими в силу неоднозначности в определении координаты по пучку излучения и приводящая к ошибке в определении реальной координаты положения источника. Рассмотрены различные конструктивные решения детекторов.

Проведен анализ использования годе скоп и чес ких и многоанодных фотоумножителей для создания детекторов рентгеновского и ан ингаляционного излучений.

Во второй главе рассмотрены экспериментальные исследования свойств кристаллов LSO(Ce). Схема для проведения спектрометрических измерений представлена на рис. 1. В качестве фотоприемника использовался фотоэлектронный умножитель XP2020/Q, помещенный в непроницаемый для света ящик. Выходной сигнал подается на малошумящий усилитель LeCroy. По одному каналу происходит формирование ворот, другой канал - спектрометрический. Задержкой в спектрометрическом тракте осуществляется елвиг сигнала относительно ворот. При создании установки удалось достичь величины собственных электрических шумов не вьгще 80 мкВ.

Р./А астр-iEOTC

а

LSQ

i-------ЬАДЕРЖ I—----*» QDC

Рис.1; Схема для проведения спектрометрических измерений

L

Для определения энергетического разрешения исследуемых кристаллов использовался фотоумножитель ХР2020/<3 График зависимости свето-выхода от энергии гамма квантов представлен на рис. 2. Наибольшая величина выхода света сцинтилляционной вспышки (световыход) достигалась при упаковке кристалла в усеченный конус из майлара с тонкой боковой поверхностью

--------i А

I

! *

А

А 1 1

! !

I 10 100

Рис 2 График зависимости световыхода от энергии гамма квантов

При изготовлении кристаллов используется редкоземельный металл лютеций, который имеет радиоизотопы. Исходная шихта содержала, как стабильный, так и радиоактивный изотопы лютеция 176Lu 176Lu при р,у - распаде испускает гамма кванты с энергией 202 кэВ и 306 кэВ. Для определения вклада собственного гамма излучения этого кристалла и энергии испускаемых квантов были проведены следующие измерения. Первоначально измерялся амплитудный спектр от кристалла Nal(Tl) (рис 3 1) Далее на кристалл помещался Nal(Tl) исследуемый кристалл LSO и за тоже время измерялся амплитудный спектр (рис 3 2) Разность спектров, получалась с использованием специальной программы MESMATH, написанной для этой цели

Рис 3. Собственное гамма излучение кристалла LSO

Проведенная калибровка позволила определить энергию третьего пика Еу» 460 кэВ и его интенсивность (300 событий в секунду) Специальная термическая и химическая обработка исходной шихты для выращивания кристаллов Т.80 привела к уменьшению вдвое интенсивности собственного гамма излучения с энергией Еуи 460 кэВ

Было изучено послесвечение кристаллов Ьи^Ю^-Се), размером (1x1x1 мм3), с разной концентрацией Се, при облучении их в течение 10 минут солнечным светом, рис 4 Было установлено, что послесвечение состоит из нескольких компонентов, длительность которых меняется от нескольких минут до нескольких часов При этом интенсивность и длительность послесвечения зависит от концентрации Се в кристалле и дозы облучения 100-

-п-п-п-п-о-

-А--п-

-А

-П

10 4-

га - 1 5®« (Се)

1 ж 3 0% (Се)

1 о 0 15« (С с)

0 10 20 30 40 50 60 Рис 4 послесвечение кристаллов Ьиг8105( Се) Для определения предельного временного разрешения кристаллов Ъ80 проводились измерения по схеме из двух кристаллов 2х(ЦЗО + ФЭУ143), размером 4x4x10 мм3 . Лучший результат по временному разрешению равен АЯ = (800 ± 51) пс, на уровне Р\УНМ

В третьей главе приведены результаты по созданию однокоординат-ного и двухкоординатного детекторов на кристаллах и ГФЭУ Стремление создать портативный радиограф с матричным детектором счета отдельных рентгеновских фотонов требует решить задачу установления однозначного соответствия между элементом детектора и сигналом поступающим в регистрирующий тракт В качестве основной конструкции детектора предлагалась схема в которой кристаллы Ь801*1*10 мм располагаются вдоль фотокатода ГФЭУ на световодах К одному из торцов каждого кристалла прикрепляются на оптический клей световоды из оргстекла площадью поперечного сечения 1*1мм различной длины Изучались световоды различной формы и имеющие различные геометрические размеры Проведенные эксперименты с показали, что имеет место существенная разница в световыходе с большой и малой граней сцинтиллятора, обусловленная оптической двуосностью кри-

сталлов Поэтому была осуществлена попытка снимать свет с больших граней кристаллов, однако значительные потери света в узких миллиметровых изогнутых световодах, делают невозможным определение второй координаты в такой конструкции детектора Для изучения возможности использования ГФЭУ для определения элемента матрицы сцинтилляторов была собрана плотноупакованная матрица из 25 кристаллов ЬБО с размерами 1x1x10 мм Матрица, а также два кристалла ЬБО с размерами 4x4x10 мм, помещались на фотокатод ГФЭУ Кристаллы с размерами 4x4x10мм служили в виде временных меток и позволяли определять пространственное разрешение ГФЭУ Для обеспечения стартового сигнала использовали ФЭУ - 143, оптически сочлененный с матрицей кристаллов и двумя реперными кристаллами. Сигналы с ГФЭУ и ФЭУ поступали на ФСП и далее на АЦП или ВАЛ

На рис 5 приведен временной спектр, измеренный с использованием радиоактивного источника Сб137, расположенного на расстоянии 50 мм от фотокатода ГФЭУ. Реперные кристаллы были расположены на фотокатоде ГФЭУ на расстоянии 12мм между центрами. Расстояние между кристаллом ЬБО и ближним краем матрицы было 8мм. Из этого спектра была определена величина удельной задержки ГФЭУ, которая была равна 37 не на один сантиметр вдоль фотокатода ГФЭУ Расстояние в 1 мм соответствует четырем каналам временного спектра.

Рис 5 Временной спектр. Сб137, 50 мм от фотокатода ГФЭУ.

Два четких пика для кристаллов 4x4x10мм (т.к один из кристаллов, в силу непредвиденных обстоятельств, треснул, световыход из него был меньше) и один размытый для матрицы и не позволяет однозначно различать «столбцы» сцинтилляционной матрицы.

В четвертой главе рассмотрен двухкоординатный детектор на кристаллах ЬБО и фотоумножителях Н6568. В экспериментах с тонкими кристаллами ЬБО было замечено, что сцинтиллятор ЬБО имеет моноклинную двухос-

ную кристаллическую структуру, а также обладает двумя центрами высвечивания У кристалла присутствует ярко выраженная неоднородность по свето-выходу в области энергий от 10 до 100 кэВ При проведении исследований данной кристаллической структуры наблюдалась еще одна особенность ЬЗО зависимость световыхода от расстояния окна фотоприемника (в данном случае ФЭУ ХР2020/<3) до места взаимодействия у - квантов Исследования проводились на образце сцинтиллятора ЬБО размером [4x4x10 пнп3] Схема эксперимента показана на рис 6 Источник у - квантов был коллимирован так, что диаметр выходящего пучка 0=1 мм, и при помощи шагового механизма мог смещаться вдоль сцинтиллятора с шагом Ь = 1 мм

В результате проведенного эксперимента получены данные зависимости световыхода 0 как функции расстояния Ь. Эта зависимость приведена на рис.7 Измерения проводились при комнатной температуре Полученные данные показывают, что при измерении расстояния облучения от 1 мм до 10 мм, величина световыхода падает на 30 %

Для изучения влияния концентрации церия на световыход кристалла Ьи^С^.Се) были исследованы сцинтилляторы размером 1x1x1 мм3 , вырезанные в форме параллелепипедов, с концентрацией Ссе ~ (0 15%, 0 30% и 1 5%) Кристаллы облучались источником гамма квантов |37Сб с энергией Б, = 662 кэВ Было обнаружено, что увеличение концентрации церия, с уровня 0 15% до уровня 1 5% приводит к уменьшению световыхода от значения 1 до 0 77 в относительных единицах

Рис. 6

0 2 4 6 8 10 Расстояние мм рис, 7

^i^jj.SiO, 1С»! г- LtiMi!t»-'i

1 1>г»и-юй ы.1»и*>»1 ip.iUB.'«.1'*_:о по»' Лггуч««»1»" и* ч ю-ЛИи-u 10

1

_U

Ш

|<ОИЦЛН| рлцин цнрич "l 'j КйНцС-иТрЛциД U^PHf 0 .3 tb —^i— К0и|Щ»*Трлци* Ц4№Н I> If.

Hp«,» «И» рис g

Одна из основных задач было создание двух координатного детектора. Первые результаты были получены при исследовании характеристик детектора построенного на основе многоанодного ФЭУ R5990 фирмы НАМ A MATS U и сцинтилляционных кристаллов Lu2Si05(:Ce), облучаемых радиоактивным источником '"Am, с энергией у-квантов 60 кэВ, который находился на расстоянии L я 150 мм от рабочей площади фото детектора. Кристаллы имели размер [1*1x10 мм], торец кристалла, обращенный к окну фотоумножителя, был отполирован. Кристаллы были прикреплены к окну ФЭУ оптическим клеем без специальной с вето изоляции. Полученное пространственное разрешение данного детектора R — 0,8 мм.

Следующим этапом работы было создание детектора с использованием 16-канального фотоумножителя Н6568. 11а рис.9, приведена счетная характеристика для такого детектора. Вместе с основными пиками наблюдались незначительные пики соседних каналах

Рис.9: Результаты измерений счетных характеристик со свинцовыми пластинами

Это, по-видимому, связана с двумя причинами: во-первых, сцинтилля-тор не полностью экранирован от комптоновских у-квантов, возникающих в сцинтилляторах и, во-вторых, не достаточное разделение фотокатола и ди-нодных систем в многоанодном ФЭУ. Наличие подобного эффекта было изучено с использованием специального коллиматора рентгеновского излучения.

Рис.10: Результат облучения шестнадцати каналов ПЧД через свинцовый коллиматор с отверстиями различного диаметра

отбор, коррекция и анализ амплитудных сиг налов позволяет отсечь артефакты, обусловленные данной схемой измерений.

На рис. 10 приведен результат шестнадцати таких экспериментов с колли мированным рентгеновским пучком Е,(гпги| = 30 га В. Диаметр пучка был равен 0=100 мкм.

В последнее время многими лабораториями предпринимаются поиски сцинтилляционных кристаллов для создания пленочных детекторов для регистрации мягкого у - и рентгеновского излучения. Определенные трудности при изготовлении такого типа экранов появляются fía этапе создания пленок толщиной в несколько десятков микрон. Благодаря своим свойствам Lib$iO;(:Ce) было решено использовать для создания годосколического экрана для энергий Е ¡к 3 0 + 1 СЮ кэВ.

и^Ю^Се^-ЗОцт]

Рис.П: Рентгеновский щуп (на стадии изучения сшштиллятора - годо-скопический экран) на основе пленки ЦЗО

Тонкий слой порошка

Был выбран лучший образец по световыходу и на его основе был приготовлен рентгеновский щуп, который представлял из себя фотоумножитель, с прикрепленным к нему свеотоводом на который нанесен слой порошка Ь50. Данный рентгеновский щуп позволяет эффективно работать с у квантами Еу = 10 - 100 ксУ. Зависимость эффективности регистрации от энергии

Спектрометрические свойства детектора т основе порошка 1дъЪ105( Се)

100

; 90

i1 80

L 70

: 60 :

I 50

31И1С1ШОСГЬ .'ф'|'сКГПРНОеГП реТНСТртцпп ОТ ¿нергпп ' - кригслв

о \

\ \

\ \

\

\ 40 le

»1

-

120 -100 -80 -60 -40

1—'—Г

© порошок í Sí световод

(Q-P)i«k-v= lö4cli

О-Fl , 4-).',

I1Ш

50 60

Рис 12

600 800 Channels

1000 1200 Рис 13

гамма кванта представлена на рис 12 Облучение такого детектора проводилось при помощи различных у - радиоактивных источников (137Сз [30 кэВ], 241 Аш [16 кэВ, 59,5 кэВ]) Эффективность регистрации рентгеновского излучения с энергией 5 5 кэВ -95% и с энергией 60 кэВ - 37%

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1 Создана экспериментальная установка для проведения спектрометрических измерений. В качестве фотоприемника использовался фотоэлектронный умножитель XP2020/Q, помещенный в непроницаемый для света ящик. Выходной сигнал подается на малошумящий усилитель LeCroy По одному каналу происходит формирование ворот, другой канал — спектрометрический Величина собственных электрических шумов не превосходит 80 мкВ

2 Изучена зависимость световыхода сцинтилляционной вспышки от различных материалов упаковки кристаллов и обработки поверхности кристаллов Lu2Si05( Се) Наибольшая величина выхода света сцинтилляционной вспышки (световыход) достигалась при упаковке кристалла в усеченный конус из майлара с тонкой боковой поверхностью Величина световыхода кристалла Lcon с упаковкой типа «конус» по отношению к величине световыхода кристалла L без упаковки оказалось вдвое выше.

3 Были проведены измерения интенсивности собственного гамма излучения кристаллов Ьи28105( Се), а также определены энергии этого излучения Гамма спектр содержит три линии с энергиями 202 кэВ и 306 кэВ и 460 кэВ. Интенсивность собственного гамма излучения 300 событий в секунду

4 Было изучено послесвечение кристаллов Ьи28Ю5( Се), размером (1x1x1 мм3), с разной концентрацией Се, при облучении их в течение 10 минут солнечным светом, Установлено, что послесвечение состоит из нескольких компонент, длительность которых меняется от нескольких минут до нескольких часов

5. Проведено изучение возможности использования годоскопических фотоумножителей для регистрации света сцинтилляционной вспышки в отдельном элементе детектора Из экспериментальных измерений получено, что при расстоянии между кристаллами 8 мм вдоль фотокатода ГФЭУ, то есть вдвое превышающими линейный размер кристалла, можно установить однозначное соответствие между кристаллом и его координатой

6 Для матрицы из кристаллов ЬБО с размерами 1x1x3 мм было показано, что свет от всего «столбца» матрицы приводит к размытию временного спектра вдоль оси ГФЭУ и не позволяет однозначно различать ее «столбцы»

7 Сцинтиллятор ЬБО имеет моноклинную двухосную кристаллическую структуру и обладает двумя центрами свечения. Проведены экспериментальные измерения энергетических спектров для гамма квантов с энергией Е = 662 КэВ В спектрах наблюдается два пика полного поглощения, причем, при изменении ориентировки кристалла относительно окна фотоумножителя — изменяется и относительный вес пиков относительно друг друга Для подтверждения замеченного эффекта был проведен эксперимент на коллимированом пучке а - частиц от источника Ри238 (Еа = 55 МэВ), который подтвердил результаты эксперимента с гамма квантами

8 Собрана матрица из 16 —ти плотноупакованных (с зазором 0,3 мм) кристаллов с геометрическими размерами 3x3x3 мм3. Определены пространственное разрешение, эффективность регистрации и однородность чувствительной зоны детектора

9 Изготовлен рентгеновский щуп для регистрации рентгеновского излучения с энергией Е « 10 - 100 кэВ) Эффективность регистрации рентгеновского излучения с энергией 5 5 кэВ -95% и с энергией 60 кэВ - 37%

Основные результаты работы опубликованы в следующих научных трудах.

1 Башарули H В., Беляев В H, Зо Тхет, «Современный многоканальный позиционно — чувствительный детектор для задач позитрон — эмиссионной томографии» Инженерная физика 1/2007,

2. HB Башарули, В H Беляев, H. Silveira, P. Yokiashi, M. Namtalishvili, Зо Тхет, «Временные характеристики современного позиционно — чувствительного детектора для задач позитрон - эмиссионной томографии» Научная сессия МИФИ - 2007, том 5,с 14-15

3. Башарули Н.В , Беляев В.Н, Зо Тхет, «Определение времяпролетных характеристик и глубины поглощения у - кванта с помощью современного позиционно — чувствительного детектора на основе сцинтиллято-ров LSO», 2006 «Ядерные измерительно-информационные технологии», 4(20), с 74-81

4 N Basharuli, V. Belyaev, M Namtalishvili, Z Htet, Y Myo Aung «Position-Sensitive Detector for PET Based on Multi-Channel APD and Scintillation Crystals LSO», 2006 Nuclear Science Symposium, Medical Imagmg Conference, 2006 San Diego, California,

5 Башарули H В , Зо Тхет , Ян Мьо Аунг, «Проект создания современного позиционно - чувствительного детектора для задач позитрон - эмиссионной томографии» Научная сессия МИФИ - 2006 том 5,с 19-20

Подписано в печать 18 04 2007 Исполнено 18 04 2007 г Печать трафаретная

Заказ № 407 Тиран; 75 экз

Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш , (495) 975-78-56 www autoreferat ru

ВВЕДЕНИЕ.

Актуальность исследования.

Цель диссертационной работы.

Научная новизна работы.

Достоверность и обоснованность.

Практическая значимость.

На защиту выносятся следующие основные положения.

Структура и объем диссертации.

Апробация работы.

Публикации и доклады.

1. Детекторы рентгеновского и аннигиляционного излучения.

1.1 Сцинтилляционный кристалл LSO.

1.2 Конструкции детекторных модулей.

1.3 Годоскопические фотоумножители ГФЭУ-30.

1.4 Фотоумножители с металлическими динодами.

Выводы к главе 1:.

2. Экспериментальные исследования свойств кристаллов LSO(:Ce)

2.1 Установка для проведения спектрометрических измерений.

2.2 Энергетическое разрешение и световыход кристаллов LSO(Ce).

2.3 Собственное гамма излучение сцинтиллятора LSO.

2.4 Послесвечение сцинтиллятора Lu2Si05(:Ce).

2.5 Временное разрешение сцинтилляционного детектора на кристаллах LSO.

Выводы к главе 2:.

3. Однокоординатный и двухкоординатный детектор на кристаллах LSO и ГФЭУ.

3.1 Экспериментальные измерения для кристаллов LSO 1*1*10 мм и

ГФЭУ.

3.2 Двухкоодинатный сцинтилляционный детектор на кристалла LSO и

ГФЭУ.

Выводы к главе 3:.

4. Детектор на кристаллах LSO. И 16-канального фотоумножителя типа Н6568.

4.1 Исследование световыхода для оптически ориентированных кристаллов LSO при регистрации гамма квантов.

4.2 Исследование световыхода для оптически ориентированных кристаллов LSO при регистрации а - частиц.

4.3 Исследование световыхода для оптически ориентированных кристаллов LSO до места взаимодействия у - квантов в сцинтилляторе.

4.4 Позиционно-чувствительный детектор на кристаллах LSO и фотоумножителе Н6568.

4.5 Рентгеновский щуп на основе пленки LSO.

Выводы к главе 4:.

Изучение внутренней структуры промышленных и биологических объектов с использованием рентгеновских радиографов и позитронных томографов в сильной степени зависит от типа детекторов рентгеновского и аннигиляционного излучений и возможности снижения фона от рассеянного излучения. В настоящее время активно проводятся работы по разработке детекторов, реализующих возможность регистрации отдельных фотонов, с их отбором по энергии.

Детекторы должны состоять из нескольких индивидуальных детекторных элементов, позволяющих идентифицировать рентгеновский или аннигиляционный квант, прошедший через этот элемент. И для каждого зарегистрированного кванта давать временную и пространственную локализацию с использованием быстородействующей электроники. При этом эта же электроника должна позволять отбирать события по их временам регистрации в отдельных элементах детектора.

Актуальность исследования. Создание новых цифровых установок за счет использования новой элементной базы (сцинтилляторов и фотодетекторов), которые позволили бы минимизировать дозы облучения при рентгенологических и томографических исследованиях без потери информации в визуализированном изображении, а также улучшать контрастность изображения с сохранением разрешающей способности, лежит на пути изучения возможности использования новых сцинтилляционных кристаллов и новых фотоумножителей.

Получение высокого качества изображения внутренней структуры объекта связано с выполнением достаточно жестких требований, предъявляемых как к сцинтиллятору, так и фотоумножителю:

1. эффективность регистрации детектора > 85% для Еу =[100 -т- 600] кэВ.

2. пространственное разрешение < 5 мм на уровне FWHM, так как пространственное разрешение детектора ееть основной фактор, влияющий на пространственное разрешение восстанавливаемого из измерений изображения внутри структуры объекта.

3. мертвое время детектора < 4 не., для высоких скоростей счета регистрируемых полезных событий.

4. временное разрешение детектора < 5 не.

5. энергетическое разрешение < 100 кэВ на уровне FWHM, для того, чтобы отсечь влияние событий относящихся к регистрации комптоновских у - квантов от полезных событий.

Выбор типа сцинтиллятора для детектора зависит от значения величины фотоэлектрической длины ослабления гамма или рентгеновского (радиационная длина ослабления). В стандартных детекторах используют кристаллы BGO. В настоящее время выращены новые сцинтилляторы (LSO и LYSO) с большим Z и р, большим световыходом и коротким временем высвечивания сцинтилляционной вспышки.

В настоящее время появилось множество новых фотодетекторов. Примерами таких фотодетекторов может служить годоскопический фотоумножитель, многоанодный фотоумножитель и фотоумножитель на микроканальных пластинах. Очевидно, что использование этих фотодетекторов и новых сцинтилляциопных кристаллов в принципе позволяет создать малые но размеру детекторные модули рентгеновского и аннигиляционного излучения.

Цель диссертационной работы — создание новых детекторных модулей рентгеновского и аннигиляционного излучения. Исследование спектрометрических и временных характеристик сцинтилляциопных детекторов с сцинтилляторами LSO, оптически сочлененными с годоскопическими и многоканальными фотоэлектронными умножителями.

Научная новизна работы определяется тем, что в ней:

1. Впервые проведены исследования спектрометрических и временных характеристик сцинтилляционного монокристалла Lu2Si05(:Ce) которые включали в себя изучение влияние концентрации Се3+ на световыход. Изучена зависимость световыхода сцинтилляционной вспышки от различных материалов упаковки кристаллов и обработки поверхности кристаллов Lu2Si05(:Ce);

2. Впервые были проведены измерения интенсивности собственного гамма излучения кристаллов Lu2Si05(:Ce), а также определена энергии этого излучения.

3. Впервые было изучено послесвечение кристаллов Lu2Si05(:Ce), размером (1x1x1 мм3), с разной концентрацией Се.

4. Впервые был создан многоканальный детектор на основе многоанодного ФЭУ R5990 производства фирмы HAMAMATSU и сцинтилляционных кристаллов Lu2Si05(:Ce). Детектор имел матрицу [4><4] сцинтилляторов, эффективность регистрации рентгеновского излучения 80 %, мертвое время канала тм=200 не;

5. Создан прототип рентгеновского щупа для регистрации рентгеновского излучения на основе монокристаллического слоя LSO (размер гранул ~ 15 -н 20 мкм).

Достоверность и обоснованность основных научных положений и выводов диссертационной работы определяется сравнением результатов измерений настоящей работы с опубликованными в литературе сопоставимыми данными других авторов и использованием для измерений современной высокоточной электроники и программного комплекса.

Практическая значимость. Полученные данные в исследованиях спектрометрических и временных характеристик сцинтилляционного монокристалла Lu2Si05(:Ce) использовались для внесения поправок и корректировок в ход технологии выращивания этих кристаллов.

Создана экспериментальная установка для проведения спектрометрических измерений. В качестве фотоприемника использовался фотоэлектронный умножитель XP2020/Q. Величина собственных электрических шумов не превосходит 80 мкВ. Изучена зависимость световыхода сцинтилляционной вспышки от различных материалов упаковки кристаллов и обработки поверхности кристаллов Lu2Si05(:Ce). Наибольшая величина выхода света сцинтилляционной вспышки (световыход) достигалась при упаковке кристалла в усеченный конус из майлара с тонкой боковой поверхностью.

Показано, что интенсивность собственного гамма излучения кристаллов Lu2Si05(:Ce), при проведении специальной термической и химической обработке исходной шихты привела к уменьшению вдвое интенсивности собственного гамма излучения с энергией Еу« 460 кэВ.

Установлено, что сцинтиллятор LSO имеет моноклинную двухосную кристаллическую структуру и обладает двумя центрами свечения. Это приводит к наблюдению двух пиков полного поглощения в энергетических спектров для гамма квантов с Еу = 662 КэВ. При изменении ориентации кристалла относительно окна фотоумножителя - изменяется и относительный вес пиков.

На основе современных фотоумножителей и кристаллов LSO создан прототип детектора рентгеновского и аннигиляционного излучения матричного тина (4x4 ячеек) с пространственным разрешением 0,8 мм.

Создан рентгеновский щуп для регистрации рентгеновского излучения с энергией Е « 10 + 100 кэВ. Эффективность регистрации рентгеновского излучения с энергией 5.5 кэВ -95% и с энергией 60 кэВ - 37%.

На защиту выносятся следующие основные положения.

1. Результаты спектрометрических и временных измерений сцинтилляционного кристалла LSO;

2. Экспериментальные результаты но исследованиям спектрометрических свойств рентгеновского щупа на основе монокристаллического слоя LSO;

3. Результаты измерений регистрации света сцинтилляционной вспышки в отдельном элементе детектора с использование годоскопических фотоумножителей;

4. Результаты измерений с рентгеновским источииком для исследования амплитудных и частотных (временных) характеристик сцинтилляционных сборок кристаллов LSO и многоанодных ФЭУ;

5. Результаты измерений пространственного разрешения и спектрометрических свойств многоканального ПЧД созданного на основе ФЭУ R5900 фирмы HAMAMATSU и сцинтилляционных кристаллов LSO;

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Она изложена на 100 страницах, включает 41 рисунок, 5 таблиц и список литературы из 76 наименований.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

В работе рассмотрено перспективное направление в области конструирования координатных детекторов нового поколения, при этом спроектирован и изучен многоцелевой детектор рентгеновского излучения на кристаллах LSO. . .

В результате экспериментов, можно сделать определенные выводы, касающиеся свойств кристалла Li^SiOsCCe). Световыход кристалла N(])0T = 2.8 х 104 при облучении его источником Cs137 сравним с лучшими мировыми результатами. Разрешение R для пика полного поглощения Cs137 равно величине R и 10.0%. Но так как световыход кристалла благодаря его особенностям (неоднородный светосбор, оптически двухосная система, моноклинная кристаллическая структура) представляет собой неоднозначную величину, разрешение оказывается хуже ожидаемой расчетной величины. Временное разрешение в системе из двух сцинтилляторов оказалось не хуже 800 пс Однако в разрешение вносит свой вклад и собственный р/а шум кристалла, который и накладывает определенные ограничения на использования этого сцинтиллятора.

Детекторные системы сцинтиллятор - фотодетектор могут обеспечить решение большого числа задач регистрации ионизирующих излучений. В качестве фотоприемника, как правило, используют фотоумножители или серийные Si-фотодиоды различного типа. Материал сцинтиллятора при этом должен обладать: высокими энергетическим выходом и быстродействием, хорошей прозрачностью для радиолюминесцентпого излучения, стойкостью к действию влаги, температуры, радиации и др. Этим требованиям в определенной степени отвечают исследованные кристаллы LSO, легированные изовалентной примесью Се.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты данной работы показали возможность создания детектора на кристаллах LSO позволяющего регистрировать отдельные фотонов рентгеновского излучения, с их отбором но энергии. Множество новых технологий изготовления фотодетекторов позволило приступить к созданию новых детекторных модулей, которые в принципе позволяют создать малые по размеру детекторные модули, (размер индивидуального элемента может не превышать по площади сечения величины в 3 мм). Но при этом необходимо решить проблему достижения высокого усиления. Примерами таких фотодетекторов могут служить: годоскопические и многоанодные фотоумножители. Анализ параметров существующих фотодетекторов с высоким коэффициентом усиления показывает, что наибольшую перспективность имеют фотоумножители с металлическими динодами.

Создана экспериментальная установка для проведения спектрометрических измерений. В качестве фотоприемника использовался фотоэлектронный умножитель XP2020/Q, помещенный в непроницаемый для света ящик. Выходной сигнал подается на малошумящий усилитель LeCroy. По одному каналу происходит формирование ворот, другой канал -спектрометрический. Величина собственных электрических шумов не превосходит 80 мкВ.

Изучена зависимость световыхода сцинтилляционной вспышки от различных материалов упаковки кристаллов и обработки поверхности кристаллов Lu2Si05(:Ce). Были проведены измерения интенсивности собственного гамма излучения кристаллов Lu2Si05(:Ce), а также определения энергии этого излучения. Проведенные эксперименты по измерению собственного временного разрешения кристаллов Lu2Si05(:Ce) показали результаты сравнимые с лучшими мировыми данными, которые приводятся в современных публикациях.

Для исключения ошибок измерений при наложении последующих сигналов на спад предыдущих и смещении нулевой линии при высоких скоростях следования сигналов при регистрации рентгеновского излучения разработан дискретный формирующий фильтр сигналов (ФФС). Проведено изучение различных вариантов светосбора с кристаллов имеющих геометрические размеры 1x1x3 мм . Установлено, что сцинтиллятор LSO имеет выделенные оптические оси и коэффициент собирания света с разных граней сцинтиллятора является различным. Проведенные эксперименты с кристаллами LSO, показали, что имеет место существенная разница в световыходе с большой и малой граней сцинтиллятора, обусловленная оптической двуосностью кристаллов. Изучалась возможность использования ГФЭУ для определения элемента матрицы сцинтилляторов LSO с размерами 1x1x3 мм . Из экспериментальных измерений получено, что при расстоянии между кристаллами 8 мм вдоль фотокатода ГФЭУ, то есть вдвое превышающими линейный размер кристалла вдоль фотокатода ГФЭУ, позволяет установить однозначное соответствие между кристаллом и его координатой.

В заключении выражаю свою благодарность и признательность д.ф.-м.н., профессору В.Н. Беляеву, ,доценту, к.ф.-м.н. Ю.В. Штоцкому ,ст.пре. ЛЛО. Дубову, ассистенту Н.В.Башарули за постоянное внимание и ценное научное руководство работой.

Я очень признателен всем сотрудникам МИФИ, за тот вклад, который они внесли в выполнение этой работы.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИИ И ДОКЛАДЫ ПО ТЕМЕ

ДИССЕРТАЦИИ

1. Башарули Н.В., Беляев В.Н., Зо Тхет, «Современный многоканальный позиционно - чувствительный детектор для задач позитрон -эмиссионной томографии» Инженерная физика 1/2007;

2. Н.В. Башарули, В.Н. Беляев, Н. Silveira, P. Yokiashi, М. Namtalishvili, Зо Тхет, «Временные характеристики современного позиционно -чувствительного детектора для задач позитрон - эмиссионной томографии» Научная сессия МИФИ - 2007;

3. Башарули Н.В., Беляев В.Н., Зо Тхет, «Определение времяпролетных характеристик и глубины поглощения у - кванта с помощью современного позиционно - чувствительного детектора на основе сцинтилляторов LSO», 2006 «Ядерные измерительно-информационные технологии», 4(20);

4. N. Basharuli, V. Belyaev, М. Namtalishvili, Z. Htet, Y. Myo Aung «Position-Sensitive Detector for PET Based on Multi-Channel APD and Scintillation Crystals LSO», 2006 Nuclear Science Symposium, Medical Imaging Conference, 2006 San Diego, California;

5. Башарули H.B., Зо Тхет , Ян Мьо Аунг, «Проект создания современного позиционно - чувствительного детектора для задач позитрон -эмиссионной томографии» Научная сессия МИФИ - 2006;

1. "New Development in Photodetection for particle Physics and Nuclear Physics", Beaune, 1999;

2. Научно-технологический Центр Физической кристаллографии Академии Наук Грузии;

3. М. Watanabe, Н. Okada, et al., "A High Resolution Animal PET Scanner Using Compact PS-PMT Detectors," IEEE Trans. Nucl. Sci., vol. NS-44, pp. 1277, 1997;

4. P.M. Bloomfield, S. Rajeswaran, et al., "The design and physical characteristics of a small animal positron emission tomograph," Phys. Med. Biol., vol. 40, pp. 1105, 1995;

5. Bartzakos, P., and C.J. Thompson. A PET detector with depth-of-interaction determination. Phys. Med. Biol., 36(6):735-748, 1991.

6. Wong, W.H. A positron camera detector design with cross-coupled scintillators and quadrant sharing photomultipliers. IEEE Trans. Nucl. Sci., 40(4):962-966, 1993;

7. Casey, M.E., and R. Nutt. A multicrystal two dimensional BGO detector system for positron emission tomography. IEEE Trans. Nucl. Sci., 33(l):460-463, 1986.

8. Derenzo, S.E. Initial characterization of a BGO-photodiode detector for high resolution positron emission tomography. IEEE Trans. Nucl. Sci., 31(1):620- 626, 1984.

9. S. Weber, A. Terstegge, et al., "The Design of an Animal PET: Flexible Geometry for Achieving Optimal Spatial Resolution or High Sensitivity," IEEE Trans. Med. Imaging., vol. 16, pp. 684,1997;

10. Carrier, С., С. Martel, D. Schmitt, and R. Lecomte. Design of a high resolution positron emission tomograph using solid state scintillation detectors. IEEE Trans. Nucl. Sci., 35(l):685-690, 1988.

11. Wong, W.H., J. Uribe, K. Hicks, and G. Hu. An analog decoding BGO block detector using circular photomultipliers. IEEE Trans. Nucl. Sci., 42(4): 1095-1101, 1995;

12. Wong, W.H., J. Uribe, K. Hicks, and G. Hu. An analog decoding BGO block detector using circular photomultipliers. IEEE Trans. Nucl. Sci., 42(4): 1095- 1101, 1995.

13. Potential for RbGd2Br7:Ce, LaBr3:Ce, LaBr3:Ce, and Lub:Ce in nuclear medical imaging William W. Moses, Kanai S. Shah Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 537 (2005) 317-320;

14. Visser, R., C.L. Melcher, and J.S. Schweitzer. Photostimulated luminescence and thermoluminescence of LSO scintillators. IEEE Trans. Nucl. Sci., 41(4):689-693, 1994;

15. Kimble, Т., M. Chou, and B.H.T. Chai. Scintillation properties of LYSO crystals. IEEE Med. Imag. Conf. Rec., Norfolk, 2002.

16. Miyaoka, R.S., Т.К. Lewellen, H. Yu, and D.L. McDaniel. Design of a depth of interaction (DOI) PET detector module. IEEE Trans. Nucl. Sci., 45(3):1069- 1073, 1998.

17. Melcher, C.L., and J.S. Schweitzer. A promising new scintillator: ceriumdoped lutetium oxyorthosilicate. Nucl. In-strum. Meth. Phys. Res. A, 314:212-214, 1992;

18. Dorenbos, P., C.W.E. van Eijk, A.J.J. Bos, and C.L. Melcher. Afterglow and thermoluminescence properties of Lu2Si05:Ce scintillation crystals. J. Phys. Condens. Matter, 6:4167-4180, 1994.

19. Melcher, C.L., M. Schmand, M. Eriksson, L. Eriksson, M. Casey, R. Nutt, J.L. Lefaucheur, and B. Chai. Scintillation properties of LSO:Ce boules. IEEE Med. Imag. Conf. Rec., Toronto, 1998.

20. Brandle, C.D., A.J. Valentino, and G.W. Berkstresser. Czochralski growth of rare-earth orthosilicates (Ln2Si05). Journal of Crystal Growth, 79:308-315, 1986.

21. Suzuki, H., T.A. Tombrello, C.L. Melcher, and J.S. Schweitzer. UV- and gamma-ray excited luminescense of cerium-doped rare-earth oxyorthosilicates, Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. A, 320:263-272, 1992;

22. Башарули Н.В, Бондаренко Г.Б, Беляев В.Н, Бужан П.Ж, Гармаш В.М, Логвинов Р.Г, Любецкий С.Л. Научная сессия МИФИ 1999 "Результаты исследования сцинтилляционных характеристик монокристалла LSO"

23. High-energy-resolution scintillator: Се3+ activated ЬаВгз, Е. V. D. van Loef, P. Dorenbos, and С. W. E. van Eijk Radiation Technology Group, Interfaculty Reactor Institute, Delft University of Technology, Mekelweg 15, 2629 JB Delft, The Netherlands;

24. C.L. Melcher and J.S. Schweitzer, "Cerium-doped lutetium orthosilicate: A fast, efficient new scintillator," IEEE Trans. Nucl. Sci., vol. NS-39, pp. 502, 1992;

25. Monte Carlo Simulation of a Position Sensitive Gamma Ray Detector, Brazilian Journal of Physics, vol. 35, no. 3B, September, 2005.

26. M. Moszynski, M. Kapusta, M. Mayhugh, D. Wolski and S.O. Flyckt "Absolute Light Output of Scintillators",IEEE Trans. Nucl. Sci. vol 44, pp.1052-61 (1997)

27. Naud, J.D., T.A. Tombrello, C.L. Melcher, and J.S. Schweitzer. The role of cerium sites in the scintillation mechanism of LSO. IEEE Trans. Nucl. Sci., 43(3): 1324-1328, 1996.

28. Sorensen JA and Phelps ME, Physics in Nuclear Medicine, 2nd edition, Saunders, 1987, Cherry S, Sorensen JA, Phelps ME, Physics in Nuclear Medicine, 3rd Edition, Harcourt Health Sciences, ISBN 07216834IX, Nov. 2001.

29. Schmand, M. Higher Resolution PET (Positron Emission Tomography) by means of a new scintillator LSO (lutetium oxyorthosilicate:Ce). Thesis, RWTH Aachen, 1999;

30. Wong, W.H., J. Uribe, K. Hicks, and M. Zambelli. A 2-dimensional detector decoding study on BGO arrays with quadrant sharing photomultipliers. IEEE Trans. Nucl. Sci., 41(4):1453-1457, 1994;

31. Yamashita, Т., M. Watanabe, K. Shimizu, and H. Uchida. High resolution block detectors for PET. IEEE Trans. Nucl. Sci., 37(2):589-593, 1990;37.10-л International Conference on Calorimetry;

32. William W. Moses, Lawrence Berkeley National Laboratory, March 26, 2002;

33. Wong, W.H. A positron camera detector design with cross-coupled scintillators and quadrant sharing photomultipliers. IEEE Trans. Nucl. Sci., 40(4):962-966, 1993;40.http://rdc.llnl.gov/seminars/Vugraphs/PET052405.pdf:

34. Отчет об опытно-конструкторской работе создание «многоканального двухкоординатного позиционно-чувствительного детектора рентгеновских фотонов». МИФИ. 2002;

35. Seidel, J., W.R. Gandler, and M.V. Green. Characteristics of a pair of small field-of-view LSO scintillation cameras. IEEE Trans. Nucl. Sci., 43(3):1968- 1973, 1996.

36. Cho, Z.H., J.K. Chan, L. Ericksson, M. Singh, S. Graham, N.S. MacDonald, and Y. Yano. Positron ranges obtained from biomedically important positron emitting radionuclides. J. Nucl. Med., 16(12): 1174— 1176, 1975;

37. Karp, J.S., G. Muehllehner, Н. Qu, and Х.Н. Yan. Singles transmission in volume-imaging PET with a 137Cs source. Phys. Med. Biol., 40:929944, 1995.

38. Moisan, C., M.S. Andreaco, J.G. Rogers, S. Paquet, and D. Vozza. Segmented LSO crystals for depth-of-interaction encoding in PET. IEEE Trans. Nucl. Sci., 45(6):3030-3035, 1998.

39. Ludziejewski, Т., К. Moszyrnska, M. Moszyrnski, D. Wolski, W. Klamra, L.O.Norlin, E. Devitsin, and V. Kozlov. Advantages and limitations of LSO scintillator in nuclear physics experiments. IEEE Trans. Nucl. Sci., 42(4):328-336, 1995.

40. Daghighian, F., P. Shenderov, K.S. Pentlow, M.C. Graham, and B. Eshaghian. Evaluation of cerium doped lutetium oxyorthosolicate (LSO) scintillation crystal for PET. IEEE Trans. Nucl. Sci., 40(4): 1045-1047, 1993.

41. Schmand, M. Higher Resolution PET (Positron Emission Tomography) by means of a new scintillator LSO (lutetium oxyorthosilicate:Ce). Thesis, RWTH Aachen, 1999.

42. Photonic Materials / CERN6 Mallard Way, Strathclyde Business Park, Bellshill, ML4 3BF, UKTel: +44 (0)1698 573 810 Fax: +44 (0)1698 573 811;

43. Tewson, T.J., and K.A. Krohn. PET radiopharmaceuticals: state-of-the-art and future projects. Sem. Nucl. Med, 28(3):221-234, 1998;

44. Eriksson L. NEMA count-rate evaluation of the first and second generation of the ECAT EXACT and ECAT EXACT HR family of scanners. IEEE Trans. Nucl. Sci., 49(3):640-643, 2002;

45. Phelps M.E., J.C. Mazziotta, and S.C. Huang. Study of cerebral function with Positron Computed Tomography. J. Cerebral Blood Flow and Metabolism., 2(2): 113-162, 1982;

46. Seidel, J., W.R. Gandler, and M.V. Green. Characteristics of a pair of small field-of-view LSO scintillation cameras. IEEE Trans. Nucl. Sci., 43(3):1968—1973, 1996;

47. Suzuki, H., T.A. Tombrello, C.L. Melcher, and J.S. Schweitzer. Light emission mechanism of Lu2(Si04)0:Ce. IEEE Trans. Nucl. Sci., 40(4):3 80-383, 1993.

48. Suzuki, H., T.A. Tombrello, C.L. Melcher, and J.S. Schweitzer. Light emission mechanism of Lu2(Si04)0:Ce. IEEE Trans. Nucl. Sci., 40(4):380-383, 1993;

49. Schmand, M., L. Eriksson, M.E. Casey, M.S. Andreaco, C. Melcher, K. Wienhard, G. FlEugge, and R. Nutt. Performance results of a new DOI detector block for a high resolution PET LSO research tomograph HRRT. IEEE Trans. Nucl. Sci., 45(6):3000-3006, 1998;

50. Rogers, J.G., and C.J. Batty. Afterglow in LSO and its possible effect on energy resolution. IEEE Trans. Nucl. Sci., 47(2):438-445, 2000.

51. Cooke, D.W., B.L. Bennett, R.E. Muenchause, K.J. McClellan, J.M. Roper, and M.T. Whittaker. Intrinsic trapping sites in rare-earth and yttrium oxyorthosilicates. J. Appl. Phys., 86(9):5308-5310, 1999.

52. Cooke, D.W., K.J. McClellan, B.L. Bennett, J.M. Roper, M.T. Whittaker, and R.E. Muenchausen. Crystal growth and optical characterization of cerium-doped Lu,,8Yo.2Si05. J. Appl. Phys., 88(12):7360-7362,2000.

53. Bartzakos, P., and C.J. Thompson. A PET detector with depth-of-interaction determination. Phys. Med. Biol., 36(6):735-748, 1991.

54. IIoule, S., P. Bloomfield, T. Bell, T. Harris-Brandts, R. Roddy, T. Gremillion, M. Schmand, R. Nutt, and M. Lenox. DART A depth-encoded LSO/LYSO brain PET tomograph. J. Cereb. Blood Flow Metabol., 23:616S, 2003.

55. Rogers, J.G., and C.J. Batty. Afterglow in LSO and its possible effect on energy resolution. IEEE Trans. Nucl. Sci., 47(2):438-445, 2000;

56. Rohrlich, F., and B.C. Carlson. Positron-electron differences in energy loss and multiple scattering. Phys. Rev., 93(l):38-44, 1954;

57. Casey, M.E., L. Eriksson, M. Schmand, M.S. Andreaco, M. Paulus, M.Dahlbom, and R. Nutt. Investigation of LSO crystals for high spatial resolution positron emission tomography. IEEE Trans. Nucl. Sci., 44(3): 1109-1113, 1997.

58. Rokitta, О., M. Casey, К. Wienhard, and U. Pietrzyk. Random correction for positron emission tomography using singles count rates. IEEE Med. Imag. Conf. Rec., Lyon, 2000;

59. Fries, S.M. Bradbury, et al., "A small animal PET prototype based on LSO crystals read out by avalanche photodiodes," Nucl. Instrum. and Meth. A, vol. 387, pp. 220, 1997;