Studio di fattibilità
di un Tomografo PET
a tempo di volo con
Multigap Resistive Plate Counters (MRPC)
G.Belli, M.Gabusi, G.Musitelli, R.Nardò, S.P.Ratti,
A.Tamborini, M.Vallini, P.Vitulo
Dipartimento di Fisica Nucleare & Teorica – Univ. di Pavia & INFN
XCVI Congresso Nazionale
Società Italiana di Fisica, Bologna 2010
Positron Emission Tomography
Rivelatori
Hardware
Risultati
Sperimentali
Sviluppi Futuri
SIF 2010
Rivelazione fotoni di annichilazione
Ricostruzione dell’immagine tomografica
Informazioni sul Tempo di Volo (ToF) dei fotoni
Buona risoluzione temporale
Rivelatori non convenzionali
MRPC
(Multigap Resistive Plate Counters)
Rivelatori convenzionali
Cristalli Inorganici
(BGO, LSO, LYSO)
ToF- Time of Flight
L’informazione sul tempo di volo consente di ridurre la
finestra temporale di coincidenza tra due rivelatori,
diminuendo così il rumore dovuto ad eventuali segnali spuri.
Aumento del rapporto segnale rumore
S /NTOF
D
2D
S /N guadagno =
=
=
S /N NON −TOF
Δx
cΔt
€
Necessità di rivelatori veloci
SIF 2010
D = dimensione oggetto da
ricostruire
c = velocità dei fotoni
∆t = risoluzione temporale
MRPC & radiazione gamma
MRPC (Multigap Resistive Plate Counters)
Rivelatori a gas utilizzati per la rivelazione di particelle cariche in
fisica delle alte energie.
Si basano sul processo di ionizzazione.
Conversione fotone-elettrone
Ionizzazione primaria dell’elettrone.
Ionizzazione secondaria e formazione
di una distribuzione di carica (valanga)
Moto cariche libere induce un segnale
elettrico su elettrodi di lettura
Diminuzione dimensione gap
Migliore risoluzione temporale
SIF 2010
Hardware: prototipo MRPC
Miscela gas: iC4H10 (5%) SF6(10%) - C2H2F4(85%)
Flusso di gas 15 l/h
Campo elettrico applicato
~ 100 kV/cm
Distribuzione alta tensione:
Film resistivo ~ 20-30 MΩ/☐
Elettrodi resistivi
5 vetri di spessore 400 µm
4 gap (250 µm)
16 pad di lettura
SIF 2010
Ottagono
Diametro interno: 80 cm
Campo di vista: 20 cm
8 rivelatori (espandibile)
Risultati Sperimentali
Risoluzione Temporale ai Gamma
• Misura preliminare: 1MRPC + Scintillatori
• Misura senza scintillatori: MRPC affacciati
SIF 2010
€
• Misura preliminare
(1 MRPC + scintillatori)
σ MRPC ~ 450 ps
Distribuzione tempo di
Distribuzione tempo di
arrivo del canale più
arrivo di un canale rispetto
veloce rispetto
ad un trigger
ad un trigger
σ el ~ 70 ps
σ sc ~ 600 ps
€
Presentato all’IEEE,2009
• Misura senza scintillatori
(MRPC affacciati distanti 40 cm)
Catena di acquisizione
Sorgente di 22Na
posizionata su un
rivelatore
Risoluzione Temporale ai gamma
Fisica del rivelatore, elettronica ,sigma di sincronizzazione canali,
setup sperimentale
σ
2
oss
2
2
el
2
ch
= σ MRPC + σ + σ + ...
1 Canale = 25 ps
Distribuzione temporale delle
LOR più veloci
€
€
SIF 2010
σ MRPC-LOR ~ 150 ps
Simulazione
Fornisce un limite inferiore alla risoluzione
temporale:
non contiene la fisica del rivelatore nè il
contributo dell’elettronica
Distribuzione della
differenza tra i tempi di
attraversamento, nei due
rivelatori, dell’interfaccia
vetro-gas da parte
dell’elettrone di
conversione
€
SIF 2010
σ ~ 70 ps
Sviluppi Futuri
Aumento del numero di rivelatori
Implementazione algoritmi di riscostruzione tomografica
Studio delle geometrie ideali per le strip di lettura
Simulazione dell’anello completo
Studio invecchiamento dei materiali
Ottimizzazione del sistema di acquisizione
Miglioramento efficienza dei rivelatori
SIF 2010
