CESAR MARQUES SALGADO
IRD-CNEN - RIO DE JANEIRO - RJ - BRASIL - AGOSTO 2003
Área de Concentração: METROLOGIA
Orientador: Dr. Claudio de Carvalho Conti
Co-Orientador: Dr. Paulo Henrique Bastos Becker
Banca Examinadora:
Dr. Claudio de Carvalho Conti
Dr. Evaldo Simões da Fonseca
Dr. Júlio Cézar Suita (IEN/CNEN)
Dr. Ricardo Tadeu Lopes (COPPE/UFRJ)

ESTUDO DE DETECTORES SEMICONDUTORES
APLICADOS EM RAIOS X DIAGNÓSTICO

RESUMO

Este trabalho visa estudar possíveis procedimentos para a determinação de espectros de fótons, gerado por um tubo raios X, utilizados em diagnóstico médico (RXD) que opera na faixa de 20 a 150 kV, permitindo, assim, o estabelecimento mais preciso das qualidades dos feixes de RXD, contribuindo para diminuir as incertezas nos processos de calibração de câmaras de ionização. Com esta finalidade, foram selecionados dois tipos de detectores, um detector de telureto de cádmio e zinco (CZT) e outro de germânio (HPGe planar). A interação do feixe de raios X com estes detectores fornece uma distribuição de altura de pulsos (DAP) que não representa o espectro verdadeiro de fótons incidentes, devido à presença de fótons escapes-K, espalhamento Compton, e ao fato da eficiência de detecção diminuir abruptamente com o aumento da energia dos fótons. Uma análise detalhada destes efeitos espúrios envolvidos na detecção foi realizada com a utilização do código MCNP 4B (código computacional para transporte de nêutrons e fótons) na modelagem dos detectores. Um procedimento de desmembramento (stripping) é descrito para implementação em um computador pessoal para o detector HPGe, obtendo assim, o real espectro de energia de fótons do aparelho de raios X. As curvas de resposta do detector, obtidos por modelagem, foram comparadas com dados obtidos experimentalmente, utilizando-se fontes pontuais. A validade deste método é testada por comparação com os espectros teóricos para as condições do tubo de raios X e, também, comparando-se os valores de kerma no ar determinados para este detector e medidos por uma câmara de ionização padrão secundário. 

ABSTRACT

This work aims an evaluation of procedures for photons spectrum determination, produced by a X ray tube, normally used for medical diagnoses which operation voltage ranges from 20 to 150 kVp, to allow more precise characterization of the photon beam. The use of spectrum analysis will contribute to reduce the uncertainty in the ionization camera calibrations. For this purpose, two kinds of detectors were selected, a Cadmium Zinc Telluride (CZT) and a planar HPGe detectors. The X ray interaction with the detector’s crystal produces, by electronic processes, a pulse high distribution as an output, which is not the true photon spectrum, due to the presence K shell escape peaks, Compton scattering, and to the fact that the detectors efficiency diminishes rapidly with the increase of the photon energy. A detailed analysis of the contributing factors to distortions in the spectrum is necessary and was performed by Monte Carlo calculation with the MCNP 4B computer code. In order to determine the actual photon spectrum for a X ray tube a spectra stripping procedure is described for the HPGe detector. The detector’s response curves, determined by the Monte Carlo calculation, were compared to the experimental ones, for isotropic point sources. For the methodology validation, stripped spectra were compared to the theoretical ones, for the same X ray tube’s settings, for a qualitative evaluation. The air kerma rate calculated with the photon spectra were compared to the direct measurement using an ionization chamber, for a quantitative evaluation.