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이중 모드 컴프턴 카메라의 측면 흡수부 제작을 위한 신호처리회로 개발
Development of Signal Processing Circuit for Side-absorber of Dual-mode Compton Camera 원문보기

방사선방어학회지 = Radiation protection : the journal of the Korean association for radiation protection, v.37 no.1, 2012년, pp.16 - 24  

서희 (한국원자력연구원) ,  박진형 (한양대학교 원자력공학과) ,  박종훈 (한양대학교 원자력공학과) ,  김영수 (한양대학교 원자력공학과) ,  김찬형 (한양대학교 원자력공학과) ,  이주한 (중앙대학교 물리학과) ,  이춘식 (중앙대학교 물리학과)

초록
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본 연구에서는 이중 모드 컴프턴 카메라의 측면 흡수부 개발을 위해 CsI(Tl) 섬광체에 실리콘 광다이오드를 결합한 섬광 검출기를 제작하였고, 이를 위한 신호처리회로를 설계 및 제작하였다. 개발된 신호처리회로는 에너지를 결정하는 파트와 타이밍을 결정하는 파트로 구성되어 있으며, 트리거 신호를 발생시키기 위해 상승 에지 선별기 및 TTL-to-NIM 로직 변환기를 포함하도록 개발하였다. 검출기와 초단의 신호처리회로(front-end electronics, FEE)는 AC 커플링 구조로 구성하였다. FEE의 잡음 특성은 전체 시스템의 성능에 크게 기여하므로 설계 시 고려해야 할 몇 가지 조건들에 대해 논의하였다. 이후 제작된 감마선 검출 시스템의 에너지 분해능 및 시간 분해능을 결정하였다. 평가된 에너지 분해능은 662 keV 피크와 511 keV 피크에 대해서 각각 12.0% 및 15.6% FWHM이었다. 시간 분해능은 59.0 ns로 평가되었다. 본 연구를 통해 제작된 섬광 검출기 및 신호처리회로의 성능이 기대에 다소 미치지 못하므로 결론에서는 성능 향상을 위한 추가 연구 방향에 대해 논의하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In the present study, a gamma-ray detector and associated signal processing circuit was developed for a side-absorber of a dual-mode Compton camera. The gamma-ray detector was made by optically coupling a CsI(Tl) scintillation crystal to a silicon photodiode. The developed signal processing circuit ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 반면 측면 흡수 부는 이중 산란형 모드에서만 영상감도를 높이기 위해 사용되는 검출기로서 첫 번째 산란부에서 산란된 광자가 두번째 산란부에서 큰 각도로 산란될 경우 이를 흡수시키기 위한 용도로 사용된다. 본 연구에서는 이중 모드 컴프턴영상장치의 측면 흡수부 검출기 제작을 위해 소형의 CsI(Tl) 섬광체에 광다이오드(photodiode)를 결합하여 감마선 검출기를 제작하였고, 이를 위한 신호처리회로를 설계 및 제작한 후 성능을 평가하였다.
  • 본 연구에서는 현재 개발중인 이중 모드 컴프턴 카메라의 측면 흡수부로 사용될 섬광검출기 및 광다이오드를 위한 신호처리회로를 설계 및 제작하고 성능을 평가하였다. 제작된 검출기 및 신호처리회로의 에너지 분해능은 662 keV 피크와 511 keV 피크에 대해서 각각 12.
  • 또한, 본 연구에서 사용된 섬광체는 얇고 넓은 slab 형태를 가지고 있으며 섬광체에서 발생된 빛은 섬광 체의 좁은 면을 통해 수집하고 있으므로 광 수집에 있어서도 문제가 있을 것으로 판단된다. 이에 다음 연구에서는 섬광체의 넓은 면 쪽으로 섬광을 수집하는 구조를 가지도록 개발할 계획이다. 이와 함께 현재 상용으로 제작되는 광다이오드의 최대 사이즈에 한계가 있으므로 PMMA로 제작된 광 가이드(light guide)를 사용하여 섬광 체의 넓은 면과 광다이오드를 광 결합할 계획이다.
  • 이에 본 연구에서는 CsI(Tl) 섬광체와 광다이오드를 결합하여 감마선 검출기를 제작하였다. 광다이오드를 사용할 경우 매우 간소하게 시스템을 구성할 수 있으며, 높은 사용 전압이 필요하지 않다는 장점이 있다.

가설 설정

  • (1) 통상 축전기는 가용 전압이 존재하므로 입력 축전기(Cin)는 Vb에서 문제없이 작동해야 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
컴프턴 카메라는 어떤 장치이며 무엇을 제공하는가? 컴프턴 카메라는 컴프턴 산란에 기반을 둔 감마선 방출영상장치로서 감마선원의 위치 및 분포에 대한 3차원 적인 영상을 고정된 위치에서 제공할 수 있다[1]. 우리는 지난 연구들을 통해 프로토타입의 이중 산란형 컴프턴 카메라를 개발한 바 있다[2-4].
이중 산란형 컴프턴 카메라의 단점은? 이중 산란형 컴프턴 카메라는 일반적인 컴프턴 카메라가 가지는 단일 산란형의 구조와는 달리 두 개의 산란부를 사용함으로써 산란된 광자의 궤적을 보다 정확하게 결정하고 이를 통해 높은 영상해상도를 얻을 수 있다는 장점이 있다. 반면, 광자가 매우 얇은 산란부 검출기 두 개를 통과하면서 각각의 산란부 내에서 한 번씩 컴프턴 산란을 해야 한다는 조건 때문에 영상감도가 상대적으로 저조하다는 문제가 있었다[5]. 이에 우리는 이중 산란형과 단일 산란형 구조가 하나의 영상장치에 적용된 이중 모드 컴프턴 영상장치를 개발하고 있다 (그림 1).
이중 산란형 컴프턴 카메라의 특징 및 장점은? 우리는 지난 연구들을 통해 프로토타입의 이중 산란형 컴프턴 카메라를 개발한 바 있다[2-4]. 이중 산란형 컴프턴 카메라는 일반적인 컴프턴 카메라가 가지는 단일 산란형의 구조와는 달리 두 개의 산란부를 사용함으로써 산란된 광자의 궤적을 보다 정확하게 결정하고 이를 통해 높은 영상해상도를 얻을 수 있다는 장점이 있다. 반면, 광자가 매우 얇은 산란부 검출기 두 개를 통과하면서 각각의 산란부 내에서 한 번씩 컴프턴 산란을 해야 한다는 조건 때문에 영상감도가 상대적으로 저조하다는 문제가 있었다[5].
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참고문헌 (7)

  1. Todd RW, Nightingale JM and Everett DR. Proposed gamma camera. Nature 251:132-134; 1974. 

  2. Seo H, Kim CH, Park JH, Kim JK, Lee JH, Lee CS, Lee JS. Development of double-scattering-type Compton camera with double-sided silicon strip detectors and NaI(Tl) scintillation detector. Nucl. Instr. and Meth. A 615(3):333-339; 2010. 

  3. Seo H, Park JH, Kim JK, Kim CH, Lee JH, Lee CS, Kim SM, Lee JS. Multi-tracing capability of double- scattering Compton imager using NaI(Tl) scintillator absorber. IEEE Trans. Nucl. Sci. 57(3):1420-1425; 2010. 

  4. 서희, 박진형, 김찬형, 이주한, 이춘식, 이재성. 이중산란형 컴프턴 카메라 구성 검출기 성능 평가. 방사선방어학회지 35(2):69-76; 2010. 

  5. Park JH, Seo H, Kim YS, Kim CH, Lee JH, Lee CS, Kim SM, Lee JS. Monte Carlo simulations on performance of double-scattering Compton camera. J. Instrum. (submitted). 

  6. Knoll GF. Radiation detection and measurement. 4th ed. New York; John Wiley and Sons. 2010:237. 

  7. Short course lecture note. Radiation Detection and Measurement. 2010 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference. 

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