進捗報告 GATE Simulation

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あつみねつちた
4 years ago
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1 進捗報告 GATE Smulaton 2014 / 5 / 30 濱西亮

2 アウトライン Poston Reconstructon ( 光子の検出分布から相互作用 (LXe, γ) の位置の構成エネルギー損失量から線源の位置を構成 ) 錦戸文彦さん JJAP 論文 MEG 西村康弘さん博士論文

3 Poston Reconstructon

4 導入光子の検出量検出位置から γ と LXe の相互作用の位置の再構成エネルギー損失 Compton cone の重ね合わせによる放射線源の位置特定

5 参考資料 Performance of Prototype Lqud Xenon Scntllaton Detector System for Tme-of- Flght Type Postron Emsson Tomography wth Improved Photomultpler 放射線医学総合研究所錦戸文彦さん JJAP 投稿論文 MEG 実験東京大学西村康弘さん博士論文

6 Performance of Prototype Lqud Xenon Scntllaton Detector System for Tme-of-Flght. TOF (Tme-of-Flght) 型 PET γ 線検出の時間情報を放射線源の位置構成に利用 5 mm の空間分解能を得るために 100 ps の Tmng Resoluton が必要 (TOF 情報のみで ) 応答速度の速い LXe を使用

7 Performance of Prototype Lqud Xenon Scntllaton Detector System for Tme-of-Flght. これまでに (TOF-PET prototype) エネルギー分解能 : 29.9 %, 32.4 % 空間分解能 : 4.8 mm 9.4 mm 時間分解能 : 650 ps 次に新規の R5900( ゲイン量子効率が改善 ) を用いての試験

8 Performance of Prototype Lqud Xenon Scntllaton Detector System for Tme-of-Flght. LXe chamber / 純化システム Ba-T ゲッターで Xenon を純化 ( 実験前 ) でベーキング 10-6 Torr (@ 室温 ) SAES ゲッターで Xenon を純化 ( 実験中 ) -103 ~ -93 を維持 ( 実験中 ) PMT R MOD (Q.E. : 5 %, GAIN : 10 5 ) R AL12S-ASSY (Q.E. : 25 %, GAIN : 10 6 ) ( 光電面の材質ダイオードの数が異なる ) (Rb-Cs-Sb K-Cs-Sb, 10 12)

9 Performance of Prototype Lqud Xenon Scntllaton Detector System for Tme-of-Flght. セットアップポジトロンソース 22 Na(511, 1274 kev) 2 検出器間の距離 (511 kevを検出するため ) 70 cm PMT 数 32 個レコーダーとして TDC (t 分解能 ) QADC (E 分解能 )

10 Performance of Prototype Lqud Xenon Scntllaton Detector System for Tme-of-Flght. 結果解析手法モンテカルロシミュレーションで Xenon のシンチレーション光がどれ程光電子になるのか計算 (GAIN Q.E. は実験結果を利用 ) 光電面に到達する光子数は Geant4 でシミュレート ( 屈折率 Xenon:1.62 Quartz : 1.48) PMT からの信号の出力分布の重心から線源位置の計算 N 32 1 X N 1 Y N 1 Z N j 1 32 N j j 1 32 X j N j Y N j j j 1 32 Z N j j j 1

11 Performance of Prototype Lqud Xenon Scntllaton Detector System for Tme-of-Flght. シミュレーション結果 3 つの平面に分けて結果を表示

12 Performance of Prototype Lqud Xenon Scntllaton Detector System for Tme-of-Flght. エネルギー分解能 32 個の PMT の全てのシグナルから決定エネルギー分解能 : 35.5 % -2.5 < X (Y, Z) < 2.5 の範囲内 (Central volume) の PMT のシグナルだけを使用した場合 ( 有効面積は全体の 20.5 %) エネルギー分解能 : 15.9 %

13 Performance of Prototype Lqud Xenon Scntllaton Detector System for Tme-of-Flght. 検出器自身の位置分解能 X = 0 における Y Z 平面で PMT を分割 Z L, Z R 各グループのシグナルの重心から計算 ( 各グループの差異は Z で表現 ) Zのスペクトルを以下の式で表現 z δz L, δz R は各グループの位置分解能 Central volume 内 PMT から得られたスペクトル位置分解能 : 2.1 mm (FWHM) (δz L, δz R ) ( 右図 FWHM 2.9 mm (δ z) を 2 で分割?) 実験値? 位置分解能 : 3.3 mm. 3.5 mm (FWHM) z L z R

14 Performance of Prototype Lqud Xenon Scntllaton Detector System for Tme-of-Flght. 時間分解能 2つの検出器間のタイミングの分解能 (two γ) => 552 ps Central volume 内の PMT のみの信号 => 260 ps

15 Performance of Prototype Lqud Xenon Scntllaton Detector System for Tme-of-Flght. 線源の位置の特定 2 つの検出器のペアを 20 ずつ (9 angles) 回転させ描写を重ねた ML-EM (Maxmum lkelhood excepton maxmzaton) アルゴリズムを用いて視野領域 (FOV) の中心のみ再構成空間分解能 : 3.3 mm

16 Performance of Prototype Lqud Xenon Scntllaton Detector System for Tme-of-Flght. 最尤推定 - 期待値最大化 (ML-EM) 法

17 Performance of Prototype Lqud Xenon Scntllaton Detector System for Tme-of-Flght. まとめ 22 Naで新しい検出システムをテストエネルギー分解能 : 15.9 % 位置分解能 : mm タイミング分解能 : 260 ps Reconstructon mageの分解能 : 3.3 mm 実際のTOF-PETに充分な値?

18 A Search for the Decay μ + ->e + γ Usng a Hgh-Resoluton Lqud Xenon Gamma-Ray Detector シンチレーション光光電子数の再構成 N pe 光子数の再構成 Q C, ( G CE e ) N N /( QE pho, pe, ) : PMT G : ゲイン e : 電荷素量 C : 回路による減少量 ( 定数 ) CE : 集光効率 (PMT) QE : 量子効率

19 A Search for the Decay μ + ->e + γ Usng a Hgh-Resoluton Lqud Xenon Gamma-Ray Detector 位置の再構成 1. Weghted mean of PMT s poston 早い段階での試験校正向け偏りが出てしまう 2. Lnear ft wth Monte Carlo smulaton 正確な光子の伝播がシミュレートできない 3. Ft wth lght dstrbuton on a face 光子の分布に対してフィッティングすることで 2 次元ピークを算出フィッティングの分散に応じて 3 次元目の位置の特定 4. Least squares method ( 最小二乗法 ) 一番最適だとされている (2008, 2009 の MEG 実験で使用 ) 入射位置の近くの一部の PMT のみを使用

20 A Search for the Decay μ + ->e + γ Usng a Hgh-Resoluton Lqud Xenon Gamma-Ray Detector Least squares method ( 最小二乗法 ) χ 2 postonの最小化によって位置 (u, v, w) の再構成 u z PMT N pho c ( u, v, w) 2,? poston v R pho, ( N pho, ) w x c : free parameter for fttng? Ω : sold angle subtended by photo-cathods 立体角 ( 数値計算 )? σ pho, : 光子数の統計誤差 N 2 pe, pe, pho, ( N pho, ) ( ) ( ( QE )) ( 4 2 pe, ( N pe, )) QE QE QE σ(qe )=0 ==> 第二項のみを考慮 N nner 2 arctan( y 2 R y x ) nner

21 A Search for the Decay μ + ->e + γ Usng a Hgh-Resoluton Lqud Xenon Gamma-Ray Detector To avod ple-up and shower fluctuaton ( 解析に使用する PMT の数を制限 ) Frst fttng 検出光子数が最大の PMT まわり 45 個の PMT を使用 Second fttng 更に 15 個の PMT に限定 MC で得られた u w 平面の偏りを MC シミュレーションから計算される相関から補正 ( 内面での γ の偏りのある作用により発生 v 方向には発生しない )

22 A Search for the Decay μ + ->e + γ Usng a Hgh-Resoluton Lqud Xenon Gamma-Ray Detector タイミングの再構成各 PMT への光子の到達時間から計算 t ht, t pmt, tdelay, toffset, t ht, : 相互作用が起こった時間 t pmt, : 波形解析で得られるタイミング ( ピークから 30% の強度の時間 ) t offset, : 各チャンネルのオフセット

23 A Search for the Decay μ + ->e + γ Usng a Hgh-Resoluton Lqud Xenon Gamma-Ray Detector t delay, : 相互作用から PMT に到達するまでの伝播時間 t (t prop ) によって生じる遅延 delay t prop t ndr (η) : vertex poston と vertex axs of PMT の角度の違いから反射や散乱で生じる時間 t walk (N pe ) : tme-walk 補正? ( d, veff ) tndr( ) twalk( N pe) 最小二乗法 2 tme σ t, (N pe ) : PMT の時間分解能 ( t ht, t ( ( N t, LXe pe ) )) 2 2

24 A Search for the Decay μ + ->e + γ Usng a Hgh-Resoluton Lqud Xenon Gamma-Ray Detector エネルギーの再構成補正した重みを持つ光子の総数で推定重みは PMT の光電面のカバー領域の相反性で決まる電荷量再構成位置に依存せず一定? エネルギーは立体角再構成した位置 lght yeld の補正をした光子の総数で決定 Energy F( u, v, w) S( u, v, w) T ( t) C F : 位置の再構成で生じる補正の要素? S : 立体角に関する補正? T : lght yeld に関する補正? C : 光子エネルギー変換の係数? W : 重み定数? 846 ( N pho W, )

25 光子の分布から相互作用の位置を特定するアルゴリズム 1. 光子の分布情報を PMT の平面で各成分 (x,y) ( 円柱座標が適切?) に分けてそれぞれ最大値を示した PMT を判定 2. その PMT まわり ( 数台?) のみからのデータを最小二乗法を用いてガウスフィッティング 3. 更に中心に近い領域のみの PMT からのデータのみをガウスフィッティング 4. 分散から深さ方向の成分の決定 (σ と z の関係をシミュレート?)

26 To do 検出光子の総数からエネルギーの推定クラスタリングについて

目次 2 1. イントロダクション 2. 実験原理 3. データ取得 4. データ解析 5. 結果考察まとめ

オルソポジトロニウムの寿命測定による QED の実験的検証課題演習 A2 2016 年後期大田力也鯉渕駿龍澤誠之羽田野真友喜松尾一輝三野裕哉目次 2 1. イントロダクション 2. 実験原理 3. データ取得 4. データ解析 5. 結果考察まとめ第 1 章イントロダクション実験の目的 4 ポジトロニウム ( 後述 ) の崩壊を観測オルソポジトロニウム ( スピン 1 状態 ) の寿命を測定