디지털 신호처리에 의한 컴프턴 카메라의 CZT 흡수부 검출기의 분광학 특성 연구 = Study on spectroscopic characterization of a CZT absorber detector for Compton camera based on digital signal processing

국문 초록 (Abstract)

Digitizer를 이용하여 pulse shaping을 하지 않고 전치증폭기의 신호를 획득 시간별로 기록하고 수치 해석을 통하여 CZT 반도체 검출기의 에너지 선형성과 에너지 분해능, 동시계수 시간 분해능, 동시계수율, 고유효율 등을 구하였다. CZT 검출기의 신호에서 신호 파고, 신호 발생 시간, 오름 시간 등을 구하기 위해 CZT 신호에 적합한 분석기법을 개발하여 적용하였다. 이번 실험은 pulse shaping을 했던 실험과 견주어 크게 차이나지 않는 에너지 분해능을 보여주었고, 우수한 에너지 선형성을 확인하였다. 동시계수 측정에서는 실제 동시계수 이벤트의 발생을 확인하였고, 시간 분해능을 도출하였다. CZT 검출기의 hole trapping에 의한 영향을 감안하면 동시계수율과 고유효율은 전산모사와 유사한 결과를 얻었다.
또한, CZT 검출기에 대한 전치증폭기의 신호만으로 분광학적 분석이 가능하다는 것을 확인하였으며, 디지털 신호처리 시스템을 통해 CZT 검출기의 모든 픽셀을 이용한 측정이 가능한 것으로 검증되었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Based on digital signal processing, energy linearity, energy resolution, coincidence time resolution, coincidence rate and intrinsic efficiency of a CZT semiconductor detector were measured through a time-stamped record of output signals of preamplifiers. A home-made analysis method appropriate to CZT pulses was developed in order to acquire pulse height, risetime of signal, etc. The present data show that energy resolution is comparable to a typical value obtained by conventional pulse-height measurements. Energy linearity was also confirmed to be good. In coincidence measurements, a high portion of real coincidence events were observed and time resolution could be derived through Gaussian fitting. Accounting for the hole trapping effect of the CZT detector, both coincidence rate and intrinsic efficiency turned out to be in good accord with simulation results.
In addition, the present digital signal processing system proved to be suitable for further spectroscopic measurement employing a CZT detector as well as for measurements on all pixels of segmented CZT detectors.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 1
• 1.1 컴프턴 카메라 1
• 1.2 흡수부 검출기로서의 CZT 반도체 검출기 2
• 1.3 디지털 신호처리 4
• 제2장 배경 이론 6
• 2.1 감마선의 상호작용 6
• 2.1.1 광전흡수 6
• 2.1.2 컴프턴 산란 6
• 2.1.3 쌍생성 7
• 2.2 검출기에서 생성되는 신호 파고와 에너지 7
• 2.3 에너지 분해능 8
• 2.4 고유효율과 절대효율 9
• 제3장 실험 및 전산모사 방법 10
• 3.1 CZT 반도체 검출기 10
• 3.2 실험 세팅 11
• 3.3 Caen digitizer 15
• 3.4 Caen digitizer 작동과 데이터 분석을 위한 C 코드 17
• 3.5 신호 분석 방식 20
• 3.5.1 신호의 존재 판단 20
• 3.5.2 신호의 발생 시간 20
• 3.5.3 신호 파고 21
• 3.5.4 오름 시간 21
• 3.6 Geant4 전산모사 25
• 제4장 실험 결과 27
• 4.1 에너지 스펙트럼과 에너지 분해능 27
• 4.2 에너지 선형성 35
• 4.3 동시계수의 시간 분해능 46
• 4.4 동시계수의 에너지 합 스펙트럼 54
• 4.5 동시계수율 57
• 4.6 고유효율 61
• 제5장 결론 62
• 제6장 참고문헌 63
• 국문초록 65
• Abstract 66