High Resolution Measurements with Silicon Drift Detectors

Zusammenfassung
Vorrangiges Ziel nuklear-medizinischer Untersuchungen ist die genaue und schnelle Ortsbestimmung der Radionuklidverteilung in radioaktiv markierten Gewebe oder Organen.
Gegenüber den heutigen PET und SPECT-Techniken kann der Einsatz einer ComptonKamera grundsäzlich die Ortsauflösung und die Effizienz verbessern. Weil es notwendig
ist, ein ganzes Streuungereignis in der Compton-Kamera zu rekonstrukturieren, ist die
Detektortechnologie sehr anspruchsvoll. Brauchbare Detektoren sind in der Vergangenheit nicht verfügbar gewesen. Deshalb, ein neuer Detektortyp, die Siliziumdriftdetektor
(SDD), entwickelt für Experimente in der Röntgen-Astrophysik, zeigt erfolgversprechende
Eigenschaften. Der Test eines solches Systems ist das Hauptziel dieser Doktorarbeit.
Die Optimierung eines Compton-Kamera-Systems bezüglich der Effizienz und der
Ortsauflösung stellt ein komplexes Multiparameterproblem dar, welches von verschiedenartigen Detektoreigenschaften abhängt. Um die optimalen Detektorparameter zu bestimmen, wird deren Einfluss auf die Leistungsfähigkeit des Compton-Kamera-Systems in
dieser Arbeit anhand von analytischen Systemmodellen und Monte-Carlo-Simulationen
untersucht.
Ein Comptonkameratestaufbau wurde mit einem 19-kanäligen SDD mit direkt implementierten JFETs als Streudetektor und einer Anger-Kamera ohne Bleikollimator als Absorptionsdetektor realisiert. Das equivalente Ladungsrauschenen der SDD Kanäle wurde
bei 10 ◦ C und einer Pulsformzeitkonstant von 100 ns zu 30 - 40 Elektronen rms gemessen.
Ein neues Konzept wurde für die schnelle Detektorauslese, welche für diese Anwendung
wichtig ist, entwickelt. Das System ist so ausgelegt, dass die Messungen in jeder Detektororientierung und unter beliebigen kinematischen Bedingungen durchgeführt werden
können.
Compton-Kamera-Koinzidenzen bei hoher Statistik wurden durch Bestrahlen der SDDZellen mit einer fein-kollimierten 1 Ci 137 Cs aufgenommen. Mit diesem System gemessene Zeit-, Energie- und Winkelverteilungen von Koinzidenzen werden in dieser Arbeit
vorgestellt. Es wird gezeigt, dass es mit dem Streudetektor, welcher eine hervorragende
Energieauflösung aufweist, möglich ist, mit der Ortsbestimmung in zwei Detektoren die
Quellenverteilung genau zu rekonstruieren.