2008 ではローレンスバークレーの (NSD)国立研究所米国エネルギー省の核科学部分はローレンス Livermore の国立研究所との 6 年後にバークレーへの彼のリターンに NSD の Kai Vetter が先頭に立った応用原子物理学プログラムを進水させました。 応用原子物理学の目的の 1 つは基礎研究のために作成される実験主義および装置を取り、癌療法および自国の保安のような実用的な必要性に対応できるツールにそれらを開発することです。
「純粋な科学および実用化は互いを押します」、またカリフォルニア州立大学バークレー校の原子力工学の部の住宅の教授である Vetter を言います。 「実世界の使用に実験室装置を適応させることは私達に頻繁に」。科学にまた寄与することをなる新しい技術を示す多くの機会を与えます
この種類の多様性の器械の最もよい例の間でガンマ線探知器はあります。 2 つのそのような適応は最近雌ジカの原子物理学のオフィスからの相当なサポートを得てしまいました。 1 つは、直接雌ジカによって資金を供給されて、放射の分光写真器のスコープそして解像度を改善します。 他は、アメリカの回復および再投資の行為によって資金を供給されて (ARRA)、ガンマ線ソースの三次元イメージ投射のための技術を開発します。
ガンマ線および 3D 画像
3D イメージ投射プロジェクトは 3 年、主任調査官が NSD の Lucian Mihailescu のプログラム百万と $1 です。 Mihailescu は彼がドイツの大学院生だったときにガンマ線との画像の作成に興味があるようになりました。
「私が米国に移動し、 Livermore で働くことを行ったときに私の野心実際にと」は Mihailescu を言いますはずしました。 「そこにそれらは前もって決定された研究計画のだけ新しい考えそしてアプリケーションに興味がありました」。
Livermore で Mihailescu は程度が、低エネルギーの X 線か可視ライトの代りにその故国の機密保護 「カメラ」の部門のためのコンプトントナーを現像し使用の高エネルギーガンマ線介入の問題を見、不法な放射性ソースを検出するためにスキームのドイツ大学から、またある Vetter を使用しました。 最初繰り返しでは、トナーはトラックで運ばれなければなりませんでした。
Mihailescu が 「それをまだ言うがバークレーの実験室のこのトナーの子孫はコンプトンコンパクトなトナー 2 (CCI-2) と問い合わせられ、カートの適合は、重量を量りますトンの」。 ARRA の許可は GRETINA のガンマ線追跡の共同の先頭に立つ私ヤンリーを含む同僚と働く偽りなくコンパクトなトナーを精製するために Mihailescu および Vetter を助けるように意図されています。 それが機密保護アプリケーションとまた基礎科学のために有用な間、新しいトナーの主なタスクは重イオンビームを使用して癌療法の信頼性そして実用性を改善することです。
「雌ジカプロトンとの癌療法の長い興味があり、 X 線療法上の巨大な利点のために重いイオンビーム」、は Vetter を言います。 「イオンビームは深く突き通り、周囲のティッシュへの最小の損傷と腫瘍のエネルギー権利のほとんどを、沈殿できます。 しかし深刻な欠点があります。 現在」。どのように配ったか実際の線量の速い測定を得る方法がまたはありません
理想的には、 1 つはイオンビームが腫瘍のエネルギーをどこに沈殿させているか丁度示す処置の間に画像を作れますべきです。 イメージ投射方法はありますが、余りに時間がかかります: 共通療法は放射性カーボン11 を作成するためにティッシュの核と反応するカーボンイオンを使用します。 カーボン11 は腐るとき、陽電子を出し、従って陽電子放出断層レントゲン写真撮影によって検出することができますまたはペットはスキャンします。
しかしカーボン11's 半減期は癌治療は数分だけ持続させるが、 20 分以上です。 正確な線量の測定の十分なデータを集め、ビームが実際にどこに行きつくか調べることは少なくとも半 - 時間ビームの正確な情報を作業が得るには拡散するまたは処置を調節するために - 進行中間 - 大いに余りに遅く取りましたりまたはそれを前に必要ならば停止します。
イオンビームはティッシュに出会う、これらの興奮する核はすべて直ちにガンマ線を出しますとき酸素および窒素、またカーボン刺激し。 ここにコンプトンガンマ線トナーが入るところにです。
ライトが付いているビリヤードをすること
ライトの光子粒子 (を含むガンマ線) - 問題に出会って下さい時、低負荷のそれらは電子にことエネルギー転送でき、原子からそれらを正しくたたきます; Einstein は 1905 年にこの光電効果を記述しました。 ガンマ線のような高エネルギー光子はエネルギーの一部分だけ転送することができます: ビリヤードボールの衝突のように、電子は 1 方向ではね返り、減らエネルギー光子は別のもので分散します。 多くの場合ガンマ線は両方ともしま、自由な、吸収されるたたく 1 便の前に 1つ以上の電子の分散します。 これは 1923 年にそれを提案した物理学者のアーサーのヒイラギコンプトンの名にちなんで名付けられるコンプトン効果です。
ガンマ線を、液体窒素の温度に冷却されるゲルマニウムの水晶は (ゼロの下の 196 の摂氏温度、か 321 の華氏温度引いて) 検出するために特によいです。 ガンマ線は材料がそれらを吸収し、ストリップに平らな水晶の表面を分けることが各イベントが格子で正確に示されるようにする前にゲルマニウムの水晶を深く突き通すことができます。
CCI-2 は 2 つの両面のゲルマニウムの探知器および 2 つのケイ素の探知器のサンドイッチを使用します。 各々の分散させたガンマ線光子の経路に沿う一連のイベントの、元のガンマ線のエネルギー区別によって、運動量および角度は計算することができます; 十分な光子からの情報の結合によって、出たソースの画像はガンマ線組み立てることができます。
「トリックすべての相互作用を記録することです」は Mihailescu を言います。 「基本的アイデアは 70 年代ずっと昔に提案されましたが、それは最近だけ商業半導体の水晶が十分に敏感になった、十分に強力なコンピュータすべてを把握するために集め、ことであり。 私達のタスクの 1 つは私達の電子工学をアップグレードすることです従って私達は毎秒毎秒 3,000 のガンマ線衝突からの可能性としては改善してもいいです百万にカウントレートを」。
現在の遅いカウントレートで、 CCI-2 は十分なデータをか部屋の薄い管の中のセシウム137 のラインソースの 3D 映画を組み立てるためにすぐそばに置かれる錫113 の 2 つの小さい球を区別する映像を集め、処理できます。 大きい研究の探知器に、 GRETINA 使用した、それらに基づいて改善された電子工学そしてアルゴリズムは、高リゾリューションおよびより速い応答の原因となります。
「これらの画像を組み立てるのに使用されるデータそれらが目に見えるに重ねられるようにしますまたは X 線の画像および、理想的放射線療法の間にイメージ投射のために 360 度内の角度から見られて」がと Mihailescu は言います。 「時間のディスクリミネーションの追加によって、いつの日か私達はでき、移動目的にソースを関連」。
コンプトントナーの次の繰り返しは 88 インチのサイクロトロンからのビームを使用して GRETINA と、テストされます。 結果は基礎科学の調査に貢献し、ミシガン州立大学で構築されるべきまれな同位体のビームの新しい機能のための雌ジカによってそれらの最近公認のような放射性ビーム機能 (FRIB)に特に適切かもしれません。
「イメージ投射ビームによって引き起こされた放射性背景と実験の興味の放射の区別を助けます」は Vetter は言います、 「他の手段によってほとんど得難い」。核保有国の測定の一生の間に新しい概念を可能にし、
改良されたガンマ線トナーは中性子アクティブ化および核共鳴蛍光性のような核機密保護の技術に貢献します。 年齢では確実な破壊が抑制のとき間違った手の核物質が核戦争より大きい脅威のとき、テロリスト攻撃に対して警護の重大なコンポーネントは検出、拡散の防止および警護隊です。