Park, Se-Hwan;Park, Hyung-Sik;Lee, Jae-Hyung;Kin, Han-Soo;Ha, Jang-Ho
Journal of Radiation Protection and Research
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제34권2호
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pp.65-68
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2009
Metal-semiconductor contact is very important for the operating property of semiconductor detector. $Cd_{0.96}$$Zn_{0.04}$ Te semiconductor crystal was grown with Bridgman method, and the crystal was cut and polished. EPMA (Electron Probe Micro Analyzer) and ICP-MS (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry) analysis were done to obtain the chemical composition and impurity of the crystal. Metal contact was deposited with thermal evaporator on both sides of the crystal. Detectors with Au/CZT/Au and In/CZT/Au structure were made, and I-V curve and the energy spectrum were measured with the detectors. It could be seen that the detector with the In/CZT/Au structure has superior property than the detector with Au/CZT/Au structure when the crystal resistivity was low. However, the metal contact structure effect becomes low when the crystal resistivity was high.
CZT detectors, which are compound semiconductors that have been widely used recently for gamma-ray detection purposes, are difficult to detect neutrons because direct interaction with them does not occur unlike gamma-rays. In this paper, a method of detecting and determining energy levels (fast neutrons and thermal neutrons) of neutrons, in addition of identifying energy and nuclide of gamma-rays, and evaluating gamma dose rates using a CZT semiconductor detector is described. Neutrons may be detected by a secondary photoelectric effect or compton scattering process with a characteristic gamma-ray of 558.6 keV generated by a capture reaction (113Cd + 1n → 114Cd + 𝛾) with cadmium (Cd) in the CZT detector. However, in the case of fast neutrons, the probability of capture reaction with cadmium (Cd) is very low, so it must be moderated to thermal neutrons using a moderator and the material and thickness of moderator should be determined in consideration of the portability and detection efficiency of the equipment. Conversely, in the case of thermal neutrons, the detection efficiency decreases due to shielding effect of moderator itself, so additional CZT detector that do not contain moderator must be configured. The CZT detector that does not contain moderator can be used to evaluate energy, nuclide, and gamma dose-rate for gamma-rays. The technology proposed in this paper provides a method for detecting both neutrons and gamma-rays using a CZT detector.
The method of measuring and classifying the energy category of neutrons directly using raw data acquired through a CZT detector is not satisfactory, in terms of accuracy and efficiency, because of its poor energy resolution and low measurement efficiency. Moreover, this method of measuring and analyzing the characteristics of low-energy or low-activity gamma-ray sources might be not accurate and efficient in the case of neutrons because of various factors, such as the noise of the CZT detector itself and the influence of environmental radiation. We have therefore developed an efficient method of analyzing radiation characteristics using a neutron and gamma-ray analysis algorithm for the rapid and clear identification of the type, energy, and radioactivity of gamma-ray sources as well as the detection and classification of the energy category (fast or thermal neutrons) of neutron sources, employing raw data acquired through a CZT detector. The neutron analysis algorithm is based on the fact that in the energy-spectrum channel of 558.6 keV emitted in the nuclear reaction 113Cd + 1n → 114Cd + in the CZT detector, there is a notable difference in detection information between a CZT detector without a PE modulator and a CZT detector with a PE modulator, but there is no significant difference between the two detectors in other energy-spectrum channels. In addition, the gamma-ray analysis algorithm uses the difference in the detection information of the CZT detector between the unique characteristic energy-spectrum channel of a gamma-ray source and other channels. This efficient method of analyzing radiation characteristics is expected to be useful for the rapid radiation detection and accurate information collection on radiation sources, which are required to minimize radiation damage and manage accidents in national disaster situations, such as large-scale radioactivity leak accidents at nuclear power plants or nuclear material handling facilities.
본 연구의 목적은, 몬테 카를로 시뮬레이션 기반 조준기 길이와 검출기 두께 변화에 따른 Cadimium Zinc Telluride (CZT) 와 NaI 검출기 물질을 변화하면서 영상의 질을 비교 평가 해보고자 한다. CZT 와 NaI 검출기 물질 기반 감마카메라를 각각 모사하였고, 조준기 길이는 1, 2, 3, 4, 5, 6 cm, 검출기 두께는 1, 3, 5, 7 mm 로 설정하였다. 1 MBq의 점선원을 이용해 민감도, 4.45, 3.80, 3.15, 2.55 mm 의 지름을 가진 자체 제작한 팬텀을 모사하고, 가장 큰 지름인 4.45 mm 영상에 관심영역을 설정하여 signal to noise ratio (SNR)과 프로파일을 이용하여 각각 획득영상을 분석하였다. 조준기 길이에 따른 CZT 검출기 기반 민감도는 2.3 ~ 48.6 cps/MBq, NaI 검출기 기반 민감도는 1.8 ~ 43.9 cps/MBq 이고, CZT 검출기 기반 팬텀을 활용한 SNR은 3.6 ~ 9.8, NaI 검출기 기반 팬텀 SNR은 2.9~9.5다. 조준기 길이 변화에 따른 프로파일은 조준기의 길이가 증가할수록 영상의 공간 분해능이 향상함을 확인하였다. 또한, 검출기 두께에 따른 CZT 검출기 기반 민감도는 0.04 ~ 0.12 cps/MBq 이고, NaI 검출기 기반 민감도는 0.03 ~ 0.11 cps/MBq 다. CZT 검출기 기반 팬텀 SNR은 7.3~9.8 이며, NaI 검출기 기반 팬텀 SNR은 5.9~9.5다. 또한, 검출기 두께 변화에 따른 프로파일은 검출기 두께가 증가할수록 산란선이 증가함으로써 영상의 공간 분해능이 감소함을 확인하였다. 이 연구데이터를 기반으로 영상 획득 목적에 따라 검출기의 종류와 두께, 조준기의 길이를 선택하여 최고의 영상의 질을 획득할 수 있어야 한다.
Ji, Young-Yong;Chung, Kun Ho;Kim, Chang-Jong;Yoon, Jin;Lee, Wanno;Choi, Geun-Sik;Kang, Mun Ja
Journal of Radiation Protection and Research
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제41권2호
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pp.87-91
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2016
Background: A hand-held detector for an emergency response was developed for nuclide identification and to estimate the information of the ambient dose rate in the scene of an accident as well as the radioactivity of the contaminants. Materials and Methods: To achieve this, the most suitable sensor was first selected as a cadmium zinc telluride (CZT) semiconductor and the signal processing unit from a sensor and the signal discrimination and storage unit were successfully manufactured on a printed circuit board. Results and Discussion: The performance of the developed signal processing unit was then evaluated to have an energy resolution of about 14 keV at 662 keV. The system control unit was also designed to operate the CZT detector, monitor the detector, battery, and interface status, and check and transmit the measured results of the ambient dose rate and radioactivity. In addition, a collimator, which can control the inner radius, and the airborne dust sampler, which consists of an air filter and charcoal filter, were developed and mounted to the developed CZT detector for the quick and efficient response of a nuclear accident. Conclusion: The hand-held CZT detector was developed to make the in-situ gamma-ray spectrometry and its performance was checked to have a good energy resolution. In addition, the collimator and the airborne dust sampler were developed and mounted to the developed CZT detector for a quick and efficient response to a nuclear accident.
The accuracy of DXA(Dual Energy X-ray Absorptiometry) highly depends on the detection and separation capability of dual energy X-ray X-ray photons. In addition both of scan time and patient exposure are affected by detection efficiency. A CZT detector with a good energy resolution and high detection efficiency was evaluated for the application of bone densitometry. Its performance was compared to a photomultiplier tube with a NaI(T1) scintillator in terms of energy resolution, detection efficiency and the accuracy of bone mineral density measurement. The comparison study was performed with CZT detector and PM tube using DXA equipments(OSTEO Plus, OSTEO Prima, ISOL Technology). The energy spectrum was acquired using MCA(Multi-Channel Analyzer). The used X-ray energy ranged from 20keV to 86keV. The MCA result of the CZT detector showed a slightly sharper energy spectrum than that of NaI(T1). Detection efficiency of the CZT detector at 59.5keV was 1.4 times better. Remarkably the final results of bone mineral density measurements demonstrate only less than 1% difference. The CZT detector appears to have many benefits for the application of bone densitometry. Its excellent energy resolution can enhance the counting accuracy of dual energy X-ray spectrum. Furthermore its compactness in physical dimension and no cooling requirement will be additional benefits for a more compact and accurate bone densitometer.
Background: This study focuses on the fabrication and characterization of quasi-hemispherical Cd0.9Zn0.1Te (CZT) detector for gamma-ray spectroscopy applications, aiming to contribute to advancements in radiation measurement and research. Materials and Methods: A CZT ingot was grown using the vertical Bridgman technique, followed by proper fabrication processes including wafering, polishing, chemical etching, electrode deposition, and passivation. Response properties were evaluated under various external bias voltages using gamma-ray sources such as Co-57, Ba-133, and Cs-137. Results and Discussion: The fabricated quasi-hemispherical CZT detector demonstrated sufficient response properties across a wide range of gamma-ray energies, with sufficient energy resolution and peak distinguishability. Higher external bias voltages led to improved performance in terms of energy resolution and peak shape. However, further improvements in defect properties are necessary to enhance detector performance under low bias conditions. Conclusion: This study underscores the efficacy of quasi-hemispherical CZT detector for gamma-ray spectroscopy, providing valuable insights for enhancing their capabilities in radiation research field.
Younghak Kim ;Kichang Shin ;Aleksey Bolotnikov;Wonho Lee
Nuclear Engineering and Technology
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제55권5호
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pp.1718-1733
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2023
The virtual Frisch-grid method for room-temperature radiation detectors has been widely used because of its simplicity and high performance. Recently, side electrodes were separately attached to each surface of the detectors instead of covering the entire detector surface with a single electrode. The side-electrode structure enables the measurement of the three-dimensional (3D) gamma-ray interaction in the detector. The positional information of the interaction can then be utilized to precisely calibrate the response of the detector for gamma-ray spectroscopy and imaging. In this study, we developed a 3D position-sensitive 5 × 5 × 12 mm3 cadmium-zinc-telluride (CZT) detector and applied a flattening method to correct detector responses. Collimated gamma-rays incident on the surface of the detector were scanned to evaluate the positional accuracy of the detection system. Positional distributions of the radiation interactions with the detector were imaged for quantitative and qualitative evaluation. The energy spectra of various radioisotopes were measured and improved by the detector response calibration according to the calculated positional information. The energy spectra ranged from 59.5 keV (emitted by 241Am) to 1332 keV (emitted by 60Co). The best energy resolution was 1.06% at 662 keV when the CZT detector was voxelized to 20 × 20 × 10.
CdZnTe 검출기를 제작하고 CT/SPECT 조합영상 시스템에 설치하여 엑스선 및 감마선검출기로서의 응용가능성을 타진해 보았다. 검출기의 크기는 10$\times$10$\times$5 ㎣ 이었다. 양극은 4$\times$4 픽셀로 설계하였으며 각 픽셀의 크기는 $1.5\times$l.5 $\textrm{mm}^2$ 이었다. 음극은 Au로 전극을 만들어 주었다. 시스템의 성능을 조사하기 위해서 방사선촬영용 분해능팬텀과 호프만 뇌 팬텀을 사용하였다. X선 영상에서 고광자방출율을 만족시키기 위해서 shapping time은 50ns 로 하었으며, 3$\times$$10^{5}$ counts/s 까지 선형성이 유지되었다. Tc-99m의 140 keV 감마선에 대한 에너지 분해능은 50 ㎱와 2 $\mu\textrm{s}$ shaping time을 걸어주었을 때 각각 10.4%와 5.3%이었다. CT와 SPECT의 공간분해능은 각각 1 mm와 9 mm 이었다. 광피이크 효율은 50 ㎱와 2 $\mu\textrm{s}$일 때 각각 41.0%와 72.5%이었다.
Park, Chanwoo;Song, Hankyeol;Joung, Jinhun;Kim, Yongkwon;Kim, Kyu Bom;Chung, Yong Hyun
Nuclear Engineering and Technology
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제52권10호
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pp.2346-2352
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2020
Dual-energy x-ray absorptiometry (DXA) is the noninvasive method to diagnose osteoporosis disease characterized by low bone mass and deterioration of bone tissue. Many global companies and research groups have developed the various DXA detectors using a direct photon-counting detector such as a cadmium zinc telluride (CZT) sensor. However, this approach using CZT sensor has some drawback such as the limitation of scalability by high cost and the loss of efficiency due to the requirement of a thin detector. In this study, a SiPM based DXA system was developed and its performance evaluated experimentally. The DXA detector was composed of a SiPM sensor coupled with a single LYSO scintillation crystal (3 × 3 × 2 ㎣). The prototype DXA detector was mounted on the dedicated front-end circuit consisting of a voltage-sensitive preamplifier, pulse shaping amplifier and constant fraction discriminator (CFD) circuit. The SiPM based DXA detector showed the 34% (at 59 keV) energy resolution with good BMD accuracy. The proposed SiPM based DXA detector showed the performance comparable to the conventional DXA detector based on CZT.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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