[논문]Phoswich 검출기 제작을 위한 무기 섬광체 특성 연구

Lee, Woo-Gyo; Kim, Yong-Kyun; Kim, Jong-Kyung; Tarasov, V.; Zelenskaya, O.

초록
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Phoswich 검출기를 제작하기 위하여 무기 섬광체인 CsI(Tl), $CdWO_4(CWO),\;Bi_4Ge_3O_{12}(BGO)$와 $Gd_2SiO_5:Ce(GSO)$의 특성을 연구하였다. CsI(Tl), CWO, BGO 및 GSO 섬광체의 radioluminescence 중심파장은 550 nm, 475 nm, 490 nm 및 440 nm이였고, neutral filter를 사용하여 측정한 CsI(Tl), CWO, BGO 및 GSO 섬광체의 절대광량은 각각 54890 phonon/MeV, 17762 phonon/MeV, 8322 phonon/MeV 및 8932 phonon/MeV이였으며, single photon method로 측정한 형광감쇠시간은 각각 $1.3{\mu}s,\;8.17{\mu}s$, 213 ns 및 37 ns이였다. 플라스틱 섬광체와 CsI(Tl) 섬광체를 사용하여 phoswich 검출기를 제작하였고 PSD(pulse shape discriminator) 방법으로 ${\beta}$ 입자와 ${\gamma}$ 선을 구별하며 각각의 방사선에 대한 파고 스펙트럼을 측정하였다.

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CsI(Tl), $CdWO_4(CWO),\;Bi_4Ge_3O_{12}(BGO)\;and\;Gd_2SiO_5:Ce(GSO)$ scintillators were studied to manufacture a phoswich detector. The maximum wavelengths of the CsI(Tl), CWO, BGO and GSO scintillators are 550 nm, 475 nm, 490 nm and 440 nm for the radioluminescence, and the absolute ligh...

CsI(Tl), $CdWO_4(CWO),\;Bi_4Ge_3O_{12}(BGO)\;and\;Gd_2SiO_5:Ce(GSO)$ scintillators were studied to manufacture a phoswich detector. The maximum wavelengths of the CsI(Tl), CWO, BGO and GSO scintillators are 550 nm, 475 nm, 490 nm and 440 nm for the radioluminescence, and the absolute light outputs of the CsI(Tl), CWO, BGO and GSO scintillators are 54890 phonon/MeV, 17762 phonon/MeV, 8322 phonon/MeV and 8932 phonon/MeV with a neutral filter, and the decay time of the CsI(Tl), CWO, BGO and GSO scintillators is $1.3{\mu}s,\;8.17{\mu}s$, 213 ns and 37 ns by a single photon method. The phoswich detector which was manufactured with plastic and CsI(Tl) scintillators could separate the ${\beta}$ particle and ${\gamma}$ ray. The phoswich detector could also measure the pulse height spectra of the ${\beta}$ particle and ${\gamma}$ ray by a PSD method.

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문제 정의

This work was carried out by the support of nuclear R&D program of MOST and iTRS of Hanyang university.

제안 방법

Its window consists of a 17 /zm thick layer of aluminium foil and an Al-coated mylar film for the prevention of a particles and dampness. To discriminate and detect the P and y radiation, the experimental measurement was carried out by a pulse shape discrimination(PSD) which consisted of a timing filter amplifier, constant fraction discriminator and a time to pulse height converter, which is shown in Fig. 5.

대상 데이터

The pulse height spectra were measured with the five energies of the radioactive isotopes, as shown in table 1. The PMT was R1307 (Hamamatsu). Table 1 shows the energyresolutions calculated from the pulse height spectra of the CsI(Tl), CWO, BGO and GSO scintillators.

이론/모형

In our study, the physical properties, scintillation propertie옹 and time properties of the CsI(Tl), CWO, BGO and GSO scintillators were studied, the phoswich detector was manufactured with the plastic and CsI(Tl) scintillators. The spectra of the P and Y radiations were measured with the phoswich detector by a PSD(pulse shape discriminator) method[5-7].

성능/효과

Table 1 shows the energyresolutions calculated from the pulse height spectra of the CsI(Tl), CWO, BGO and GSO scintillators. The energy resolutions of the CsI(Tl), CWO, BGO and GSO scintillators were 6.45 %, 8.30 %, 9.90 % and 9.20 %, respectively, when exposed to 137Cs v-ray and they improved according to the increase the radiation energy. The channels of the energies were corrected from the 1st function which was plotted regarding the radiation energy and the channel of the photo peak obtained from the pulse height spectra which were measured.
307, where the intercept value of Y is the intrinsic resolution square of the detector. The intrinsic resolutions of the CsI(Tl), CWO, BGO and GSO detectors are 4.71 %, 4.28 %, 5.90 % and 7.57 %, respectively. Tables 3 and 4 show the intrinsic resolutions and the calculated absolute light outputs of the CsI(Tl), CWO, BGO and GSO detectors.

참고문헌 (8)

Travis L. White and William H. Miller, 'A triple-crystal phoswich detector with digital pulse shape discrimination for alpha/beta/gamma spectroscopy,' Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, A422, 144-147(1999)
W. Gawlikowicz, J. Toke and W. U. Schroder, 'A calibration method for phoswich de-tectors,' Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, A491, 181-193(2002)
Shigekazu Usuda, Kenichiro Yasuda and Satoshi, 'Development of Phoswich Detector for Simultaneous Counting of Alpha Particles and Other Radiations (Emitted from Actinides),' Appl. Radiat. Isot., 49(9-11) 1131-1134(1998)
A. A. Fyodorov, W. P. Trower and R. F. Zuevsky, 'A broad range YAP-plastic phoswich dosimeter,' Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, B134, 413-417(1998)
Shigekazu Usuda, Akira Mihara and Hitoshi Abe, 'Rise time spectra of ${\alpha}$ and ${\beta}$ $({\gamma})$ rays from solid and solution sources with several scintillators,' Nuclear Instruments and Methods in Physics Research,' A321, 274-253(1992)
Gy. Mathe and B. Schlenk, 'Pulse-Shape Discrimination Method for Particles Identification,' Nuclear Instruments and Methods,' 27, 10-12(1964)
Shigekazu Usuda and Hitoshi Abe, 'Flow monitor for actinide solution by simultaneous ${\alpha}$ and ${\beta}$ $({\gamma})$ counting a CsI(T1) scintillator,' Nuclear Instruments and Methods in Physics Research,' A321, 242-246(1992)
E. Sysoeva, V. Tarasov and O. Zelenskaya, 'Comparison of the methods for determination of scintillation light yield,' Nuclear Instruments and Methods in Physics Research,' A486, 67-73(2002)

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