Spectroscopic Properties of a Silicon Photomultiplier-based Ce:GAGG Scintillation Detector and Its Applicability for γ-ray Spectroscopy

In this study, a scintillation detector was fabricated using a silicon photomultiplier (SiPM) and a Ce:GAGG scintillator single crystal, and its spectroscopic properties were compared with those of commercially available LYSO and CsI:Tl scintillators using ${\gamma}$-ray spectroscopy. The energy resolutions of the self-produced scintillation detector composed of the scintillator single crystal (volume: $3{\times}3{\times}20mm^3$) and SiPM (Photosensitive area: $3{\times}3mm^2$) for standard ${\gamma}$-ray sources, such as $^{133}Ba$, $^{22}Na$, $^{137}Cs$ and $^{60}Co$ were measured and compared. As a result, the energy resolutions of the proposed Ce:GAGG scintillation detector for g-rays, as measured using its spectroscopic properties, were found to be 13.5% for $^{133}Ba$ 0.356 MeV, 6.9% for $^{22}Na$ 0.511 MeV, 5.8% for $^{137}Cs$ 0.662 MeV and 2.3% for $^{60}Co$ 1.33 MeV.

감마선 분광분석을 위한 실리콘 광 증배소자 기반 Ce:GAGG 섬광검출기의 분광특성 연구

본 연구에서는 실리콘 광 증배소자(Silicon photomultiplier)와 Ce:GAGG 섬광체 단결정을 이용한 섬광검출기를 제작하고, 감마선 분광특성 분석을 통해 기존에 상용화된 LYSO, CsI:Tl 섬광체와의 분광특성을 비교하였다. 섬광체 단결정의 크기는 $3{\times}3{\times}20mm^3$ 이며 $3{\times}3mm^2$ 실리콘 광 증배소자를 이용하여 섬광검출기를 제작한 후, 표준 감마선원인 $^{133}Ba$, $^{22}Na$, $^{137}Cs$, $^{60}Co$에 대한 에너지 분해능을 각각 측정하고 비교하였다. 그 결과 Ce:GAGG 섬광검출기의 감마선에 대한 에너지 분해능은 $^{133}Ba$ 0.356 MeV에서 13.5%, $^{22}Na$ 0.511 MeV에서 6.9%, $^{137}Cs$ 0.662 MeV에서 5.8% 그리고 $^{60}Co$ 1.33 MeV에서 2.3%의 분광 특성을 확인 할 수 있었다.