Measurement of the X-ray Energy by Using YSO and LYSO Scintillation Crystals

YSO와 LYSO섬광결정체를 이용한 X-선 에너지 측정

Scintillation crystals are the most widely used detector components for radiation detection, especially for X-ray detection, in the fields of nuclear and particle physics and for space and medical applications. We measured the X-ray energy by using a detector that consisted of a Ce-doped silicate scintillation crystal and a photosensor. The silicate scintillation crystal is either a Yttrium Silicon Oxide (YSO) crystal or a Lutetium Yttrium Silicon Oxide (LYSO) crystal, and the photosensor is a silicon photomultiplier with its photon-detection efficiency optimized for the emission spectrum of the scintillation crystals. We used the detector to observe the full-energy distribution of X-rays in the range of 11.9 and 26.3 keV with an average energy of 17.1 keV, as well as the full-energy distribution of X-rays with an energy of 59.5 keV from an $^{241}Am$ source. We fitted the full-energy distribution to a Gaussian function and determined the mean and the width of the full-energy distribution from the function. We present the energy dependence of the response of the detector to X-rays and a comparison of the scintillation light yields of the YSO and the LYSO crystals.

섬광결정체는 핵, 입자물리, 우주관측 및 의료진단 분야에서 방사선 검출 특히 X-선의 검출에 널리 사용되는 검출기의 하나이다. 본 연구에서는 세륨이 도핑된 실리케이트 섬광결정체와 광 센서로 구성된 검출기를 사용하여 X-선의 에너지를 측정하였다. 실리케이트 섬광결정체로는 Yttrium Silicon Oxide (YSO) 혹은 Lutetium Yttrium Silicon Oxide (LYSO)를 사용하였으며, 광 센서로는 광 검출효율이 이들 섬광결정체의 방출 스펙트럼에 최적화된 실리콘 광전자증배 소자를 사용하였다. 이 검출기를 사용하여 $^{241}Am$ 동위원소로부터의 X-선 즉 17.1 keV의 평균 에너지를 갖는 11.9 - 26.3 keV범위의 X-선들과 59.5 keV의 에너지를 갖는 X-선에 대한 에너지 분포를 관측하였다. 섬광결정체의 종류와 실리콘 광전자증배소자의 동작전압 별로 관측한 에너지 분포를 정규분포 함수로 기술하고 이 함수로부터 각 에너지 분포의 평균값 및 폭을 결정하였다. 본 논문에서는 이 검출기의 X-선에 대한 반응과 X-선 에너지의 상관성을 제시하고 YSO 와 LYSO의 섬광방출량의 비교를 제시한다.