Celem pracy doktorskiej był rozwój dwuwymiarowego systemu detekcyjnego bazującego na detektorze typu GEM (Gas Electron Multiplier) do zastosowań w obrazowaniu metodami fluorescencji (XRF) i radiografii (XRR) rentgenowskiej. Szczególnym zastosowaniem opracowanego systemu jest badanie rozkładu pierwiastków zawartych w pigmentach malarskich dzieł sztuki. Kluczowymi parametrami systemu detekcyjnego są energetyczna i przestrzenna zdolność rozdzielcza, czas pomiaru oraz możliwość obrazowania dużych powierzchni.
W pracy zaprezentowany został elektroniczny system odczytowy detektora GEM, zbudowany w oparciu o specjalizowane układy scalone oraz komercyjne układy elektroniki odczytowej. Autorka przeprowadziła i przedstawiła parametryzację elektronicznego systemu odczytowego, ze szczególnym uwzględnieniem wielokanałowych układów scalonych (GEMROC), oraz podstawowych charakterystyk detektora GEM mających kluczowe znaczenie z punktu widzenia wspomnianego zastosowania. Ponadto w pracy przedstawione są wyniki pomiarów i przykłady obrazowania wykorzystujące metody fluorescencji i radiografii rentgenowskiej dla dwóch specjalnie przygotowanych fantomów malarskich. W podsumowaniu autorka przeprowadziła dyskusję zalet i ograniczeń przedstawionego systemu detekcyjnego oraz możliwe kierunki jego dalszego rozwoju.
Development of position sensitive GEM detector based detection system in applications in imaging using X-ray fluorescence and radiography
The goal of this thesis was to develop a 2-dimensional detection system based on the Gas Electron Multiplier (GEM) detector to image the distributions of hidden painting layers using X-Ray fluorescence (XRF) and X-Ray Radiography (XRR) methods. Taking into account specific requirements for such applications the crucial parameters of the system, i.e. energy and position resolution, measurement time and possibility of imaging large painting areas have been carefully evaluated.
In the thesis a readout system dedicated for the GEM detector, including a custom designed Application Specific Integrated Circuit (ASIC) called GEMROC and the complete data acquisition system is presented. Parametrisation and optimization of the readout electronics, especially of the GEMROC ASICs, and crucial GEM detector operational characteristics have been performed. For both methods, XRF and XRR, the experimental set-ups have been designed and the concepts of measurements have been elaborated. Finally, operation of the complete system in XRF and XRR modes has been demonstrated using two specific painting phantoms. The obtained imaging results are presented and discussed. In the summary advantages and limitations of the presented detection system and possible further development are discussed.
