Design of a novel gamma camera with large field of view for 16N diagnosis in the primary loop of nuclear reactor

伽玛照相机 光学 伽马射线 闪烁体 物理 光电倍增管 图像分辨率 视野 核工程 探测器 核物理学 工程类
作者
Tao Zhang,Ling-Zhi Tang,Yihong Yan,Xuejie Bai,Dongming Wang,Weiqiang Sun,Futing Jing,Huanwen Lv,Guang Hu,Mingfei Yan,Huasi Hu
出处
期刊:Review of Scientific Instruments [American Institute of Physics]
卷期号:95 (4)
标识
DOI:10.1063/5.0188715
摘要

The assessment of the concentration and distribution of l6N, derived from 16O in the cooling water exposed to neutron irradiation, is essential for ensuring radiation safety during nuclear reactor operation. The imaging method allows for the visualization of the intensity distribution of these l6N by capturing gamma-rays emitted during their decay process. However, the existing gamma camera is exclusively compatible with gamma-rays below 2 MeV. In this paper, a novel gamma camera featuring a thick double-conical penumbra aperture, a pixelated Lu1.8Y0.2SiO5:Ce scintillator array, and a position-sensitive photomultiplier tube is proposed to address this limitation. This innovative design offers a large field of view (FOV) and is suitable for high energy extended gamma source imaging. The optimization of key parameters of the camera was conducted, and a FOV of 60° and an angular resolution of up to 4.57° were achieved. Imaging simulations, including a simplified model of the primary loop of the pressurized-water reactor by GEANT4 code and image reconstruction using the expectation maximum algorithm, demonstrated that the proposed gamma camera could obtain a satisfactory spatial resolution for diagnosing the distribution of 16N in the primary loop of a nuclear reactor.

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