Aplicação de um MPGD em imagiologia por fluorescência de raios X

Abstract

No presente trabalho é proposto um novo sistema para imagiologia por fluorescência em raios X resolvida em energia. O sistema utiliza um detector que opera numa atmosfera gasosa, o qual é constituído por uma microestrutura recentemente desenvolvida, a MicroHole & Strip Plate (MHSP). A MHSP consiste num multiplicador de electrões, possuindo dois estágios de amplificação em carga independentes, um no interior dos buracos e outro próximo dos ânodos. Os fotões X característicos emitidos pela amostra são absorvidos por efeito fotoeléctrico num meio gasoso. O número de electrões produzidos nessa interacção é proporcional à energia de cada fotão X depositado. A nuvem de electrões primários é posteriormente amplificada em dois estágios distintos, resultando numa carga final proporcional à energia dos raios X detectados. O detector de baixo custo permite determinar a posição de interacção dos fotões X, tornando possível a obtenção de imagens a 2D. Este possui uma resolução em posição intrínseca próxima de 125μm, uma resolução em energia de cerca de 825eV (FWHM) a 5.9keV e uma capacidade de elevada taxa de contagem, cerca de 0.5MHz. As imagens de fluorescência são obtidas por irradiação de uma amostra com uma determinada composição. A radiação característica emitida pelos elementos da amostra é focada e direccionada para o detector através de um pinhole colocado entre a amostra e o detector. É então possível obter um mapeamento, em termos da distribuição espacial dos elementos constituintes da amostra. A influência do pinhole na resolução em posição foi alvo de estudo, uma vez que o diâmetro da abertura do mesmo e a ampliação são parâmetros a tomar em conta na determinação da resolução em posição. Para o processamento e visualização dos resultados, bem como para aquisição dos dados foi desenvolvido, em paralelo com os estudos experimentais, um software, cujas funcionalidades e ferramentas são também apresentadas. Um método de correcção, descrito pormenorizadamente, para uma melhoria na resposta do detector em energia foi implementado. São apresentados neste trabalho imagens da distribuição espacial com discriminação dos diferentes elementos presentes em amostras diversas, com ampliações diferentes e variando alguns parâmetros do detector.

ABSTRACT: In this work a new system for energy resolved X-ray fluorescence imaging is proposed. The system uses a detector that operates in a gaseous atmosphere, which is a recently developed microstructure, the MicroHole & Strip Plate (MHSP). The MHSP is an electron multiplier, with two independent stages of amplification, one inside the holes and another near the anode. The characteristic X photons emitted by the sample are absorbed in the gas by photoelectric effect. The number of produced electrons in this interaction is proportional to the incident X photons energy. The primary cloud of electrons is then amplified in two separate stages, resulting in a final charge proportional to the energy of the detected X-rays. The low cost detector is able to determine the X photons interaction position with the microstructure so, it is possible to obtain 2D images. The detector has an intrinsic position resolution around 125μm, an energy resolution of about 825eV (FWHM) at 5.9keV and a count rate capability as high as 0.5MHz. The fluorescence images are obtained by sample irradiation. The characteristic lines emitted by the sample are then focused towards the detector by using a pinhole placed between the sample and detector. It is then possible to obtain a elemental distribution map in samples. The influence of pinhole on the position resolution was studied, since the diameter of the pinhole aperture and magnification are parameters that we have to take in to account when we intend to evaluate resolution. For data acquisition, processing and visualization of results was developed a dedicated software in parallel with experimental studies, whose features and tools are also presented. A correction method, described in detail, for an improvement of the detector response in terms of amplitude was implemented. Images with elemental spatial discrimination are presented in different samples, with different magnifications and varying some parameters of the detector.