Korea Institute of Geology, Mining & Materials (KIGAM)

1

23年 4月 22日

9 MeV 고에너지 감마선검출을 위한 어레이검출기 개발

홍완 , 김기동 , 김영석 , 이진호 , 양태건 , 김준곤 , 최한우 , 우형주한국자원연구소

2000. 10. 27

Korea Institute of Geology, Mining & Materials (KIGAM)

2

23年 4月 22日

연구의 목적•14N 핵의 9.17 MeV 준위에 의해 (14N , 14N )

공명산란되는 9.17 MeV 감마선의 측정을 위한 어레이형 검출기 개발하여 지중의 질소함유물 ( 폭약 등 ) 위치탐지에 응용

어레이 검출기의 특징•검출기의 위치감지능력 (position sensitivity) 에 의한 감마선

발생위치 파악이 용이•고 에 너지 감 마 선 측 정 에 필 요한 섬 광 체 를 작 은 여 러 개 의

섬광체로 대체 가능

Korea Institute of Geology, Mining & Materials (KIGAM)

3

23年 4月 22日

Material Wavelengthof maximum

emission (nm)

Scintillationefficiency

(relative, %)

Photopeakefficiency*

(relative, %)

Decaytime(s)

Density(103 kg/m3)

NaI(Tl)

CaF2 (Eu)

CsI (Na)

CsI (Tl)

Bi4Ge3O12

CdWO4

6LiI (Eu)

410

435

420

565

480

530

470

100

50

80

45

8

20

30

100

673

0.23

0.94

0.63

1.80

0.30

0.90

0.94

3.67

3.18

4.51

4.51

7.13

7.90

3.49

Properties of inorganic scintillators

* XCOM 에 의한 계산치

Korea Institute of Geology, Mining & Materials (KIGAM)

4

23年 4月 22日

Array detector 제작• 2” x 2” BGO 결정 사용 ( 미국 Rexon 사 )

• 결정의 모양은 array 제작시 빈 공간이 생기지 않도록 4각형으로 함

Korea Institute of Geology, Mining & Materials (KIGAM)

5

23年 4月 22日

계측시스템 계통도

Detector

Detector

Detector

Detector

Counter

Counter

Counter

Counter

AMP

AMP

AMP

AMP

TSCA

TSCA

TSCA

TSCA

Personalcomputer

Korea Institute of Geology, Mining & Materials (KIGAM)

6

23年 4月 22日

Simulation program

Korea Institute of Geology, Mining & Materials (KIGAM)

7

23年 4月 22日

Beam10 mABeam originate BG10 %

Beam10 mABeam originate BG5 %

Korea Institute of Geology, Mining & Materials (KIGAM)

8

23年 4月 22日

• 가속기를 이용한 Al(p,)Si 반응 및 F(p,)O 반응으로 부터 10.76 MeV 및 6.12 MeV 감마선 생성• 정전형가속기• TV : 1.7 MV tandem• 표적함에서 수 A 까지 인출가능

BGO 검출기 특성조사

Korea Institute of Geology, Mining & Materials (KIGAM)

9

23年 4月 22日

energy (keV)0 500 1000 1500 2000 2500 3000

coun

t

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

FWHM=111 keV (8.3%)

60CoDetector 1

1173 keV

1330 keV

Korea Institute of Geology, Mining & Materials (KIGAM)

10

23年 4月 22日

energy (keV)0 2000 4000 6000 8000 10000 12000

coun

t

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

NaI detectorBGO detector

BGO/NaI = 233 % 505 % for photopeak

energy (keV)0 2000 4000 6000 8000 10000 12000

coun

t

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

NaI detectorBGO detector

-ray spectra from Al target. Al(p,)SiCharge : 5mC

BGO/NaI = 286 % 1187 % for photopeak

-ray spectra from F target. F(p,)O Charge : 5mC

2.612 MeV from 208Tl

6.12 MeV from F10.76 MeV from AlFWHM=394.91 keV(3.7 %)

Korea Institute of Geology, Mining & Materials (KIGAM)

11

23年 4月 22日

Resolution Total peak Photopeak

10.76 MeV 6.13 MeV 10.76 MeV 6.13 MeV1.33 MeV 10.76 MeV

area ratio area ratio area ratio area ratio

BGO1 111 keV(8.3%) 394.9 keV(3.7%) 31988 286 76881 233 11298 1187 34533 505

BGO2 102 keV(7.6%) 362.1 keV(3.4%)

BGO3 98.7 keV(7.4%) 359.2 keV(3.3%)

BGO4 90.5 keV(6.8%) 275.5 keV(2.6%)

NaI - - 11175 100 33019 100 952 100 6840 100

Accumulated Charge : 5 mC

Resolution and efficiency comparison of detectors

Korea Institute of Geology, Mining & Materials (KIGAM)

12

23年 4月 22日

요약• 고에너지 감마선 검출을 위한 BGO 검출기 어레이 제작을 위한 기초실험을 수행하였다• 컴퓨터를 이용한 질소 함유물 탐지가상실험을 수행한 결과 , 감마선원에서 직접 입사되는 감마선에 의한 백그라운드가 가장 계측에 방해됨을 알았다• 육면체 BGO 섬광체를 이용한 검출기 4 개를 제작하였다 .• 시작된 검출기의 계측효율 및 분해능을 측정한 결과 10.76 MeV 감마선에 대해 NaI 검출기의 11 배의 계측효율과 370 keV 정도의 분해능을 나타내었다 .