مطالعه توموگرافی کامپیوتری با استفاده از فوتونهای662 kev و چشمه-های با قدرت میلی کوری

تابش های الکترومغناطیسی با انرژی بیش از 100 kev می توانند در اغلب مواد نفوذ کرده و در اثر پراکندگی کامپتون اطلاعاتی در باره ساختار داخلی آن به ما بدهند. مثال هایی از این نوع تصویر برداری عبارتند از: رادیوگرافی با استفاده از اشعه ایکس یا اشعه گاما که در آنها از امواجی با فرکانس های بالاتر از نور مرئی استفاده می شود. دلیل بکارگیری پرتوهای گاما، قدرت نفوذ بالای آنها در ماده است. درانجام تستهای غیر مخرب (ndt)، معمولاً از اشعه ایکس و روش عبور اشعه از ماده استفاده می شود که در آن چشمه و آشکارساز در دو طرف ماده قرار می گیرند و میزان جذب فوتونهای چشمه در ماده اندازه گیری می شود. در این حالت شدت پرتو عبوری دارای اطلاعاتی مربوط به ترکیب نمونه می باشد. در مواردیکه دسترسی به دوطرف ماده امکان پذیر نیست این روش نمی تواند کاربرد داشته باشد. در مواقعی که جسم مورد مطالعه خیلی بزرگ باشد و تمامی فوتونها در آن جذب می شوند و عملاً هیچ فوتونی به آشکارساز در آن سوی جسم نمی رسد، در این حالت نیز این روش عملی نخواهد بود. می توان از روش پراکندگی به عنوان جایگزینی برای روش عبور استفاده نمود. در این روش آشکارساز و چشمه در یک طرف جسم قرار می گیرند، لذا آشکارساز به جای فوتون های عبوری فوتونهای پراکنده شده را ثبت می کند. می توان با تنظیم زاویه دید آشکارساز و چشمه، اطلاعاتی از هر نقطه از ماده بدست آورد. توموگرافی کامپیوتری(ct) بوسیله پراکندگی کامپتون یک شیوه موفق برای بررسی مواد می باشد زیرا اندرکنش فوتونها شدیداً به چگالی ماده پراکننده بستگی دارد لذا اطلاعات بدست آمده از این روش مستقیماً به چگالی ماده بستگی دارد و می توان هرگونه عدم یکنواختی در چگالی ماده را تعیین نمود. در روش های مرسوم توموگرافی، برای محدود کردن حجم اسکن شده، در مقابل آشکارساز و چشمه موازی ساز سربی قرار می دهند. بدین ترتیب حتی کوچکترین عیوب در هدف تحت بررسی قابل تشخیص است. هر چند در این حالت آهنگ شمارش(پالسهای آشکار شده) کم است برای افزایش آن می توان چشمه ای با اکتیویته بالا بکار برد، ولی استفاده از این چشمه ها برای کاربر خطرناک بوده و نیازمند بکارگیری حفاظ های سربی ضخیم می باشد که این مسئله سبب سنگین تر و غیر قابل حمل شدن دستگاه می شود. با بکار بردن چشمه ای با اکتیویته پایین می توان این مشکل را رفع نموده و سیستم های سبک و قابل حملی برای انجام آزمایشات در محل طراحی نمود. در این حالت با توجه به کاهش آمار شمارش باید روشهایی سخت افزاری و نرم افزاری برای جبران این آمار و بهبود تصاویر بدست آمده بکار برده شود. برای افزایش بازده سیستم آشکارسازی، باید یک حالت بهینه در این چیدمان انتخاب شود. قدرت چشمه، ضخامت حفاظ سربی، فاصله چشمه و آشکارساز از نمونه و زاویه نسبی بین آشکارساز و موازی ساز چشمه از عوامل موثر بر طیف بدست آمده می باشند. یکی از اهداف این پژوهش بررسی روش مبتنی بر انرژی پس پراکندگی کامپتون درتعیین عیبهای موجود در یک نمونه است. در این بررسی با استفاده از کد شبیه سازی mcnp و مقایسه نتایج آن با نتایج تجربی شرایط بهینه بکار گیری چشمه، موازی ساز و آشکارساز را بدست می آوریم. علاوه بر این یک سیستم توموگرافی به روش پراکندگی کامپتون در زاویه پراکندگی 90 درجه را به عنوان یک روش تست غیر مخرب معرفی نموده ایم. با استفاده از کد شبیه سازی mcnp4c سیستم مورد نظر را شبیه سازی کرده و به مقایسه نتایج حاصل از شبیه سازی این سیستم با داده های تجربی پرداخته ایم. در این پایان نامه ما امکان استفاده از چشمه هایی با قدرت میلی کوری را برای انجام توموگرافی مورد بررسی قرار دادیم. سپس با بررسی طیف فوتونهای آشکار شده در آشکارساز چگالی ماده پراکننده را بدست آوردیم و با استفاده از اختلاف چگالی های موجود در درون ماده، تصویری توموگرافیک از درون ماده مورد بررسی بدست آوردیم. برای بهبود کیفیت تصاویر از الگوریتم های مختلف عددی استفاده نمودیم تا تصویری با کیفیت قابل قبول بدست آوریم.. الگوریتمی که دقت بالا و زمان اجرای کمتری داشته باشد و همچنین احتمال گیر افتادن در نقاط بهینه موضعی کمتری داشته باشد و بتواند نقاط بهینه مطلق را بیابد الگوریتم بهتری خواهد بود. فصل بندی و ارائه مفاهیم در این پایان نامه به صورت زیر می باشد، در فصل اول ، بررسی منابع، یک توصیف کلی از اصول پراکندگی کامپتون ارائه می شود و کارهای قبلی انجام گرفته در این زمینه بطور خلاصه بیان می گردد. در فصل دوم ابزار تجربی و روش ها و الگوریتم های استفاده شده برای شبیه سازی و بازیابی تصاویر معرفی می گردد و در نهایت در فصل سوم نتایج تجربی بدست آمده مورد بحث و بررسی قرار می گیرد. در قسمت انتهائی پایان نامه، نتیجه گیری کلی از دست آوردهای پایان نامه و همچنین پیشنهادات مربوط به توسعه این مطالعه ذکر شده ا ست.