Defensa de la tesis doctoral de Maria Dolores Rodríguez González

Las Cámaras Compton son utilizadas para realizar imágenes radiológicas, lo cual puede ser de utilidad en aplicaciones medioambientales y en especial en la localización de fuentes. Las cámaras Compton actuales están formadas por un conjunto de pequeños detectores por lo que necesitan de una instrumentación electrónica compleja, haciendo que estos sistemas de detección sean normalmente caros. La utilización de barras de centelleo con dos foto-sensores colocados a ambos lados es una opción prometedora para hacer una cámara Compton económica y sencilla de utilizar. Además, se espera que una cámara Compton formada por este tipo de detectores sea ligera y robusta. 

Las caracterizaciones de dos barras de centelleo de CsI(Tl) con dos fotomultiplicadores de silicio cada uno fueron llevadas a cabo. Los parámetros básicos de la caracterización son el coeficiente de atenuación, la resolución en posición y la resolución en energía. Estos fueron determinados experimentalmente con una fuente puntual colimada de 137Cs. Se encontraron diferentes coeficientes de atenuación para centelladores idénticos, haciendo que los detectores presenten una distinta resolución en posición. Este hecho pone de manifiesto la importancia de llevar a cabo un análisis de cada detector. Además, se comprobó que la resolución en energía y en posición son independientes de la posición de la interacción del rayo-gamma en el cristal.

Simulaciones de Monte Carlo (MC) con PENELOPE/penEasy fueron llevadas a cabo para diseñar una cámara Compton. Para llevar a cabo esta tarea, las simulaciones MC necesitan primero ser validadas. Esto se realizó comparando datos simulados y experimentales obtenidos en dos campañas de medidas. En la primera campaña, los dos detectores fueron irradiados individualmente con una fuente colimada, mientras que la segunda campaña consistió en irradiar una cámara Compton simple formada por dos barras de centelleo de CsI(Tl). La geometría definida en las simulaciones MC y los códigos utilizados para calcular las imágenes para una cámara Compton formada por barras de centelleo de CsI(Tl) fueron validados con estas medidas experimentales. La respuesta de cada detector individual, la eficiencia de la cámara Compton, la resolución angular y las imágenes obtenidas fueron comparadas. Se encontró que los resultados experimentales están de acuerdo con los resultados de las simulaciones.

Una vez que las simulaciones de MC fueron completamente validadas, el diseño de la cámara Compton fue llevado a cabo. La cámara Compton está formada por dos capas de detectores con cuatro centelladores de CsI(Tl) cada una. El tamaño de la sección transversal de los cristales y la distancia entre las capas fueron optimizadas en base a la eficiencia, resolución angular y resolución en imagen. Este análisis fue llevado a cabo en un rango de energías de 360-1330 keV. La cámara Compton optimizada está formada por dos capas de detectores separada 10 cm. Cada capa tiene cuatro barras de centelleo de CsI(Tl) de tamaño 2×2×10 cm3. La caracterización de la cámara Compton fue entonces llevada a cabo. El campo de visión, eficiencia, resolución angular y resolución en imagen fueron calculados. Además, la habilidad de la cámara Compton usando el método “Simple back-projection method” para identificar material radiactivo en el medioambiente ha sido evaluado simulando varias fuentes puntuales. La cámara Compton fue capaz de detectar varias fuentes puntuales simultáneamente, sin embargo, a medida que el número de fuentes aumenta, las imágenes se hacen más ruidosas. La capacidad de la cámara Compton es prometedora, ya que puede detectar varias fuentes en el medioambiente de acuerdo con las simulaciones MC. Por tanto, la construcción de la cámara Compton formada por ocho detectores de CsI(Tl) de tamaño 2×2×10 cm3 debería resultar útil para las medidas ambientales y para la instalación en sistemas aéreos no tripulados, comunmente llamados "drones".