Yeni konumlandırma yöntemleri kullanılarak sintilasyon tabanlı gama-ışını dedektörlerinin geliştirilmesi
Development of scintillation-based gamma-ray detectors using new positioning methods
Yazar: EMRE İREN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ FERHAT ÖZOK ; PROF. DR. TAYLAN YETKİN
Mimar Sinan Güzel Sanatlar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Fizik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Gama ışınlarının tespit edilmesinde kullanılan sintilasyon tabanlı dedektör sistemleri temel fizik deneylerinin yanı sıra endüstri ve tıp alanında da yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu tez çalışmasında nükleer tıp ve endüstride yaygın olarak kullanılan mevcut sintilasyon tabanlı dedektör sistemlerinin yeni yöntemler kullanılarak geliştirilmesi ile ilgili çalışmalar yapılmıştır. Pozitron emisyon tomografisinde, görüntü kalitesini etkileyen önemli faktörlerden biri olan etkileşim derinliğinin belirlenmesinde yeni bir yöntem önerilmiştir. Yöntem ile sintilatör içinde belirli derinliklere nüfuz eden fiberler kullanılarak sintilasyon fotonlarının toplanmasını ve verilerin analiz edilerek etkileşim derinliğinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Elde edilen sonuçlar yöntemin umut vaat ettiğini ancak geliştirilmesi gerektiğini göstermektedir. Tez çalışması kapsamında radyasyon tespitinde kullanılan sintilatörlerin ışık çıktısı ve enerji çözünürlüğü değerlerinin kimyasal aşındırma ile değişimi incelenmiştir. LYSO sintilatörler için mekanik olarak parlatılmış sintilatörlere kıyasla bağıl ışık çıktısında yaklaşık %33,3'lük bir artış ve enerji çözünürlüğünde %8,6'lık bir iyileşme elde edilmiştir. Sentinel lenf düğümlerinin lokalizasyonu ve cerrahisinde gama sondaları yaygın olarak kullanılmaktadır. Tez çalışması kapsamında aktif zırhlamalı bir gama sondası prototipinin geliştirilmesi üzerine çalışmalar yapılmıştır. Uzaysal çözünürlük ve açısal çözünürlük için elde edilen sonuçlar prototipin ticari gama sondalarıyla karşılaştırılabilir çözünürlükte çalıştığını göstermektedir. Endüstride nesnelerin tespit edilmesi ve görüntülenmesinde gama ışınları yaygın olarak kullanılmaktadır. Tez çalışması kapsamında gama ışınlarının geri saçılmasıyla toprak altında gömülü nesnelerin tespit edilmesi ve görüntülerinin oluşturulması için iki farklı sintilasyon dedektörünün kullanıldığı bir yöntem önerilmiştir. Sistem kullanılarak toprak altına gömülü nesnelerin 30 santimetreye kadar tespiti sağlanmıştır.

Abstract:
Scintillation-based detector systems for the detection of gamma rays are widely used in fundamental physics experiments as well as in industry and medical applications. In this thesis, studies have been carried out to improve the existing scintillation-based detector systems, which are widely used in nuclear medicine and industry, by using new methods. In positron emission tomography, a new method is proposed to determine the depth of interaction, which is one of the important factors affecting image quality. The method aims to collect scintillation photons using fibres that penetrate the scintillator to a certain depth and to determine the interaction depth by analysing the data. The results obtained show that the method is promising but needs to be improved. The thesis investigated the variation of light output and energy resolution values of scintillators used in chemical etching radiation detection. For LYSO scintillators, an increase in relative light output of approximately 33.3% and an improvement in energy resolution of 8.6% were obtained compared to mechanically polished scintillators. Gamma probes are widely used in sentinel lymph node localisation and surgery. As part of the thesis, studies were carried out to develop a prototype gamma probe with active shielding. The results obtained for spatial and angular resolution show that the prototype operates with a resolution comparable to commercial gamma probes. Gamma rays are widely used in industrial applications for object detection and imaging. This thesis proposes a method using two different scintillation detectors to create images of objects buried underground by backscattering gamma rays. The system has been used to detect objects buried up to 30 centimetres underground.