Kim, Junhyeok;Park, Kyeongjin;Hwang, Jisung;Kim, Hojik;Kim, Jinhwan;Kim, Hyunduk;Jung, Sung-Hee;Kim, Youngsug;Cho, Gyuseong
Nuclear Engineering and Technology
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v.51
no.4
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pp.1091-1097
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2019
After the Fukushima accident in 2011, there has been increased public concern about radioactive contamination of water resources through fallout in neighboring countries. However, there is still no available initial response system that can promptly detect radionuclides. The purpose of this research is to develop the most efficient gamma spectrometer to monitor radionuclides in an aquatic environment. We chose a thallium-doped sodium iodide (NaI(Tl)) scintillator readout with a silicon photo multiplier (SiPM) due to its compactness and low operating voltage. Three types of a scintillation detector were tested. One was composed of a scintillator and a photomultiplier tube (PMT) as a reference; another system consisted of a scintillator and an array of SiPMs with a light guide; and the other was a scintillator directly coupled with an array of SiPMs. Among the SiPM-based detectors, the direct coupling system showed the best energy resolution at all energy peaks. It achieved 9.76% energy resolution for a 662 keV gamma ray. Through additional experiments and a simulation, we proved that the light guide degraded energy resolution with increasing statistical uncertainty. The results indicated that the SiPM-based scintillation detector with no light guide is the most efficient design for monitoring radionuclides in an aquatic environment.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.22
no.5
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pp.500-507
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2002
By this study, on-line real-time radiometric system was developed using a 64 channels linear array of solid state detectors to measure wall thickness of insulated piping system. This system uses an Ir-192 as a gamma ray source and detector is composed of BGO scintillator and photodiode. Ir-192 gamma ray source and linear detector array mounted on a computer controlled robotic crawler. The Ir-192 gamma ray source is located on one side of the piping components and the detector array on the other side. The individual detectors of the detector array measure the intensity of the gamma rays after passing through the walls and the insulation of the piping component under measurement. The output of the detector array is amplified by amplifier and transmitted to the computer through cable. This system collects and analyses the data from the detector array in real-time as the crawler travels over the piping system. The maximum measurable length of pipe is 120cm/min. in the case of 1mm scanning interval.
In this paper, we calculate the light photons collection efficiency of large-volume plastic scintillation detector mainly used for radiation portal monitor (RPM). A Monte Carlo light photon transport code, DETECT2000, were used to quantitatively evaluate light collection efficiency of plastic scintillation detector. DETECT2000 calculated the placement of light collection efficiency based on the energy spectrum. We calculated the light collection efficiency relative to the position of the energy spectrum that proportional to the placement of the source. The $850{\times}285{\times}65mm^3$ size of polyvinyl toluene (PVT) scintillator was used for measurements. Through DETECT2000 simulation, the light collection efficiency of $5{\times}5$ arrays were calculated and verification was performed by comparing with experimentally measured. And then, the corrected MCNP simulation by applying the light collection efficiency in $21{\times}13$ arrays was compared and analyzed. Comparing the Monte Carlo simulation with measured results, it shows an average difference of 10.1% in $5{\times}5$ arrays. Particularly, about twice of the difference was found in the edge of first column, which coupled with PMT. In whole $5{\times}5$ array, the overall ratio was the same except for the first column. And then comparing the energy spectra of the $21{\times}13$ array with and without the light collection efficiency, it shows a difference of 6.69% in Compton edge area. The DETECT2000 based light collection efficiency simulation showed well agreement with the point source experiment. And comparing with measured energy spectra, we could compare the differences according to whether or not the light collection efficiency was applied. As a results, it is possible to increase the accuracy and reliability of Monte Carlo simulation results by pre-calculating the light collection efficiency according to the PVT geometry by using the DETECT2000.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.8
no.2
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pp.10-17
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2009
Transillumination system used by radiation is widely applied to industrial imaging system. In this study, the linear detector array constructed with scintillator and pin diode, and a multi-channel data acquisition system was developed for precision inspection of end-milling. The detector module consists of $16-CdWO_4$crystal scintillator and photodiode array. The detector and data acquisition system was applied to precision inspection of end-mill and the images of the end-mill were successfully reconstructed. The total system can analyze the Detector Quantum Efficiency(DQE) of each system. The performance of developed photodiodes equipment was compared with each other for different crystal geometry and its characteristics. Finally fine details of the end-mill phantom were constructed for industrial application. The image acquired contains several objects on a real time data transfer and the linear X-ray scanning system can be applied to many fields of a industry.
We introduce a pixel-structured scintillator realized on a flexible polymeric substrate and demonstrate its feasibility as an X-ray converter when it is coupled to photosensitive elements. The sample was prepared by filling $Gd_2O_2S:Tb$ scintillation material into a square-pore-shape cavity array fabricated with polyethylene. For comparison, a sample with the conventional continuous geometry was also prepared. Although the pixelated geometry showed X-ray sensitivity of about 58% compared with the conventional geometry, the resolving power was improved by about 70% above a spatial frequency of 3 $mm^{-1}$. The spatial frequency at 10% of the modulation-transfer function was about 6 $mm^{-1}$.
To achieve high resolution and sensitivity of positron emission tomography (PET) for small animals, the detector is constructed using very thin and long scintillation pixels. Due to the structure of these scintillation pixels, spatial resolution deterioration occurs outside the system's field of view. To solve this problem, we designed a detector that could improve spatial resolution by measuring the interaction depth and improve sensitivity by using a quasi-block scintillator. A quasi-block scintillator size of 12.6 mm x 12.6 mm x 3 mm was arranged in four layers, and optical sensors were placed on all sides to collect light generated by the interaction between gamma rays and the scintillator. DETECT2000 simulation was performed to evaluate the performance of the designed detector. Flood images were acquired by generating gamma-ray events at 1 mm intervals from 1.3 mm to 11.3 mm within the scintillator of each layer. The spatial resolution and peak-to-peak distance for each location were measured in an 11 x 11 array of flood images. The average measured spatial resolution was 0.25 mm, and the average distance between peaks was 1.0 mm. Through this, it was confirmed that all locations were separated from each other. In addition, because the light signals of all layers were measured separately from each other, the layer of the scintillator that interacted with the gamma rays could be completely separated. When the designed detector is used as a detector in a PET system for small animals, it is considered that excellent spatial resolution and sensitivity can be achieved and image quality can be improved.
in this study, we developed a Monte Carlo imaging simulation code written by the visual C$\^$++/ programing language for design optimization of a digital X-ray imaging system. As a digital X-ray imaging system, we considered a Gd$_2$O$_2$S(Tb) scintillator and a photosensor array, and included a 2D parallel grid to simulate general test renditions. The interactions between X-ray beams and the system structure, the behavior of lights generated in the scintillator, and their collection in the photosensor array were simulated by using the Monte Carlo method. The scintillator thickness and the photosensor array pitch were assumed to 66$\mu\textrm{m}$ and 48$\mu\textrm{m}$, respertively, and the pixel format was set to 256 x 256. Using the code, we obtained X-ray images under various simulation conditions, and evaluated their image qualities through the calculations of SNR (signal-to-noise ratio), MTF (modulation transfer function), NPS (noise power spectrum), DQE (detective quantum efficiency). The image simulation code developed in this study can be applied effectively for a variety of digital X-ray imaging systems for their design optimization on various design parameters.
Proceedings of the Korean Society of Medical Physics Conference
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2002.09a
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pp.468-470
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2002
We have designed X-ray detection system and multi-channel data acquisition system for Spiral CT application. X-ray detection system consists of scintillator and photodiode. Scintillator converts X-ray into visible light. Photodiode converts visible light into electrical signal. The multi-channel data acquisition system consists of analog, digital, master and backplane board. Analog board detects electrical signal and amplifies signal by 140dB. Digital board consists of MUX(Multiplex) which routes multi-channel analog signal to preamplifier, and ADC(Analog to Digital Converter) which converts analog signal into digital signal. Master board supplies the synchronized clock and transmits the digital data to image reconstructor. Backplane provides electrical power, analog output and clock signal. The system converts the projected X-ray signal over the detector array with large gain, samples the data in each channel sequentially, and the sampled data are transmitted to host computer in a given time frame. To meet the timing limitation, this system is very flexible since it is implemented by FPGA(Field Programmable Gate Array). This system must have a high-speed operation with low noise and high SNR(signal to noise ratio), wide dynamic range to get a high resolution image.
SiPMs are generally coupled into whole columns in gamma energy spectrum measurement, but the relationship between the distribution of whole SiPM columns and the energy resolution of the measured energy spectra is rarely reported. In this work, ∅ 3 × 3 inch NaI scintillator is placed on an 8 × 8 SiPM array, and the energy resolution of the 137Cs peak at 662 keV corresponding to the γ-ray is selected as a reference. Each SiPM is switched to explore the influence of the number of SiPM arrays, distribution position, and reflective layer on the energy resolution of SiPMs. Results show that without coupling, the energy resolution is greatly improved when the number of SiPMs ranges from 4 to 32. However, after 32 slices (the area covered by SiPMs relative to the scintillator reaches 25.9%), the improvement in energy resolution and total pulse count is not obvious. In addition, the position of SiPMs relative to the scintillator does not exert much impact on the energy resolution. Results also indicate that by adding a reflective film (ESR), the energy resolution of the tested group increases by 10.38% on average. This work can provide a reference for the design and application of miniaturized SiPM gamma spectrometers.
Positron emission tomography for small animals has very high spatial resolution for imaging very small organs. To achieve good spatial resolution, the system must be constructed using very small scintillation pixels. When a detector is constructed using very small scintillation pixels, the size of the applicable array varies depending on the photosensor pixel. In a previous study, a study was conducted to find the maximum scintillation pixel arrangement according to the size of the photosensor. In this study, a detector with a light guide was designed to configure the detector using a more extended array of scintillation pixels, and try to find the maximum arrangement in which all scintillation pixels are imaged. The detector was designed using DETECT2000, which can simulate a detector made of a scintillator. Simulations were performed by configuring the detectors from an 11 × 11 scintillation pixel array to a 16 × 16 array. After obtaining a flood image by collecting the light generated from the scintillation pixel with a photosensor, the largest arrangement without overlap was found through image analysis. As a result, the largest arrangement in which all scintillation pixels could be distinguished without overlapping was a 15 × 15 arrangement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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