Abstract
A Compton camera, which is based on the geometrical interpretation of Compton scattering, is a very promising gamma-ray imaging device considering its several advantages over the conventional gamma-ray imaging devices: high imaging sensitivity, 3-D imaging capability from a fixed position, multi-tracing functionality, and almost no limitation in photon energy. In the present study, a Monte Carlo-based, user-friendly Compton imaging simulator was developed in the form of a graphical user interface (GUI) based on Geant4 and $MATLAB^{TM}$. The simulator was tested against the experimental result of the double-scattering Compton camera, which is under development at Hanyang University in Korea. The imaging resolution of the simulated Compton image well agreed with that of the measured image. The imaging sensitivity of the measured data was 2~3 times higher than that of the simulated data, which is due to the fact that the measured data contains the random coincidence events. The performance of a stacking-structure type Compton camera was evaluated by using the simulator. The result shows that the Compton camera shows its highest performance when it uses 4 layers of scatterer detectors.
컴프턴 카메라는 컴프턴 산란현상의 기하학적 해석을 통해 감마선원의 3차원적 위치분포를 고정된 위치에서 찾아내는 신개념의 감마선 영상장치이다. 기존의 감마선 영상장치에서는 필수적으로 사용되는 기계적 집속기를 사용하지 않기 때문에 높은 영상 감도를 제공할 수 있으며, 다중 추적자 기능을 제공한다는 장점이 있어 차세대 감마선 영상장치로서 주목을 받고 있다. 본 연구에서는 Geant4 몬테칼로 전산모사 툴키트를 이용하여 사용자 친화형의 컴프턴 카메라 시뮬레이터를 개발하였다. 시뮬레이터의 정확성을 검증하기 위하여 한양대학교에서 개발 중인 이중 산란형 컴프턴 카메라의 실험 결과와 비교하였다. 영상 해상도의 경우 선원의 에너지가 높아짐에 따라 해상도가 향상되는 동일한 경향을 보였으나, 시뮬레이터 결과에서 약 1 mm 정도 우수하게 평가되었다. 영상 감도의 경우 실험에서 2~3배 정도 높게 평가되었다. 이러한 결과들은 우연 동시반응에 기인한 것으로, 실험에서 획득한 유효반응들은 전산모사와는 달리 우연한 동시계수에의한 데이터가 상당수 포함되어 있기 때문에 영상 해상도는 상대적으로 저조하고, 영상 감도는 높게 나타난 것으로 판단된다. 개발된 시뮬레이터를 이용하여 새로운 구조의 컴프턴 카메라에 대한 성능을 평가하였다. 단일 산란형 컴프턴 카메라의 경우 산란부를 다층 구조로 개발할 때 4대의 산란부 검출기를 사용하는 것이 최상의 성능을 보이는 것으로 평가되었고, 그 이상 사용할 경우 성능이 오히려 저하됨을 확인하였다.
