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6. 반도체검출기

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6.반도체검출기

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반도체검출기

Eg > 5eV

절 연 체

Eg ≅ 1eV

반 도 체

전 도 대

충 만 대

전 도 대

충 만 대

Ge(Z=32) : Eg = 0.67eV

Si(Z=14) : Eg = 1.106eV

Ⅳ족 (Si, Ge)

+ Ⅲ족 P형 반도체

+ Ⅴ족 N형 반도체

[반도체 검출기의 제작]

• P-N 접합 • Li drift • Ion implantation

반도체 검출기의 방사선 측정 원리

- 입사방사선의 전리작용에 의해 전자와 정공쌍을 생성

- 전자는 결정내부를 이동

- 정공은 양전자와 같은 행동으로 결정내부를 이동

정공의 이동속도는 전자의 1/3

- 하나의 전자/정공쌍을 생성하는데 필요한 에너지

• Ge: 2.96eV • Si: 3.65eV • 기체: 34eV

동일한 에너지의 입사방사선에 대한 출력신호가 기체보다 약 10배 정도 큼을 의미

- 밀도가 기체보다 1000배 가량 크므로 감마선에 대한 계측효율이 우수함

전 도 대

충 만 대

e

e e

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반도체검출기

P-N 접합반도체의 역방향 바이어스

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반도체 검출기로 사용되는 물질의 특성

Material Atomic Number Energy gap

(eV)

Energy needed

to form the pair

(eV)

Si

Ge

CdTe

HgI2

GaAs

14

32

48, 52

80, 53

21, 33

1.106 (300 K)

0.67 (77 K)

1.47 (300 K)

2.13 (300 K)

1.45 (300 K)

3.65 (300 K)

2.96 (77 K)

4.43 (300 K)

4.22 (300 K)

4.51 (300 K)

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반도체검출기의 검출시스템

PC based MCA

AMP Preamp PC

Oscilloscope

H. V. LN2

HPGe

- 전치증폭기(preamp) : 펄스의 1차성형 및 약간의 증폭

- 주증폭기(amp) : 펄스의 2차성형 및 증폭

- 다중채널분석기(MCA, Multichannel Analyzer ): 검출기에 흡수된 에너지에 비례하는 펄스를

크기에 따라 해당 채널에 기록저장

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반도체검출기의 종류 및 특성

종 류 특 성 용 도

Si(Li) - 상온에서 수일 보관 가능 엑스선

HPGe - 사용 시에만 액체질소로 냉각

- 에너지분해능 탁월 감마선

CdTe, HgI2, GaAs

- 상온에서 사용가능

- HPGe 보다 에너지분해능 저조

- 결정의 크기 제한(~1cm)

고에너지(1>MeV) 방사선 측정에 부적합

감마선

표면장벽형 검출기

- N형 반도체를 산화시켜 검출영역 제작

- 검출영역의 두께가 얇으므로

감마선 백그라운의 영향이 작다

알파선, 중하전입자

※ Si(Li): 저에너지 광자에 대해서는 광전효과의 발생확률이 적절하게 높음

※ 고순도 게르마늄(HPGe: High Purity Germanium)

HPGe CdTe 표면장벽형 검출기

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7.방사선분광학

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선원

검출기

차폐체

Input

output

감마선 핵종분석시스템의 연결

HV 공급기

전치증폭기

주증폭기

MCA

HV Input

1800V

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NaI(Tl)를 이용한 감마선핵종분석

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HPGe를 이용한 감마선핵종분석`

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감마선의 물질과의 상호작용

• 광전효과 [Photoeletric Effect]

광자가 매질 내 원자의 궤도전자에 흡수되어 원자로부터 궤도전자를 이탈시키는 현상

P.E. (Discrete Energy)

bEhT −= ν

3

4

EZ

ph ∝σ

hν e

e

e e

e

e

dNdE

T. E. Peak

Energy

[Detector Response]

※ Remind

• Photon

- P.E : Photo electron

- C.S : Recoil electron

- P.P. : e+, e-

• Electron

- Collision :Ionization, Excitation

- Radiation : Bremsstralung

• Heavy Charged Particle.

- Collision :Ionization, Excitation

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20

' 1 (1 cos )

T= '

hh hm c

h h

νν ν θ

ν ν

=+ −

EZ

cs ∝σ

• 컴프턴산란

입사광자가 자유전자와 반응하여 광자는 방향을 바꾸어 튕겨나가고 에너지를 전달받은

전자가 궤도를 이탈하는 현상

θ φ

hν’

m0 E’, p’

Recoil Electron

(Continuous E)

e

e

Energy

dNdE

θ=0 θ=π

컴프턴연속

컴프턴단애 hν

[ Detector Response]

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• 전자쌍생성

광자가 전기장내를 진행하다가 흡수되고 그 에너지를 양전자와 음전자로 변환하여 방출하는 현상

EZppσ 2∝

입사광자의 에너지가 1.02 MeV 이상일 경우에만 발생

202 cmTThν ++= +−

전자쌍(선에너지)

소멸감마선 생성

e-

e

e

e e

e

e+

e

dNdE

hν-2m0c2 hν-m0c

2 hν Energy

전에너지피크

단일이탈 피크 이중이탈

피크

[검출기의 반응]

[감마선과 물질과의 상호작용]

- 137Cs 선원 :

- 60Co 선원 :

광전효과, 컴프턴산란

광전효과, 컴프턴산란, 전자쌍생성

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• NaI(Tl) 검출기에서 감마선의 에너지에 따른 선형감쇠계수

3

4

EZ

ph ∝σ

EZ

cs ∝σ

EZppσ 2∝

• 광전효과 :

• 컴프턴산란 :

• 전자쌍생성 :

광전효과

컴프턴산란

전자쌍생성

저에너지에서 광전효과가

지배적으로 발생

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중간 크기의 검출기를 이용한 감마선 핵종분석

다중 산란감마선 이탈

컴프턴산란

e- e-

e-

e-

e-

e+

소멸감마선 이탈

전자쌍생성

광전효과

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- 감마선 핵종분석결과에서 피크의 분석

202 cmh >ν

전에너지 피크

다중 컴프턴산란

이중이탈 피크

단일이탈 피크

컴프턴 연속

컴프턴 단애

Ehv

dNdE

0.511hv −1.022hv −

202 cmh <ν

hv

dNdE

컴프턴 연속

컴프턴 단애

전에너지 피크

다중 컴프턴산란

E

20

' 1 (1 cos180 )

T= '

o

hh hm c

h h

νν ν

ν ν

=+ −

컴프턴단애에 해당하는 에너지

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HPGe를 이용한 감마선핵종분석의 결과`

137Cs 컴프턴단애

137Cs 전에너지피크

1.17 MeV 컴프턴단애

1.17 MeV 전에너지피크

1.33 MeV 컴프턴단애

1.33 MeV 전에너지피크

합성피크

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Channel Number

Cou

nts

감마선핵종시스템을 이용한 핵종분석 및 방사능측정

감마선 에너지 핵종정보

E E0 C

ount

s

▪ 측정시간 : 10 min ▪ 피크아래의 계수 : 60,000 counts ▪ 계수율 : 6,000 cpm, 100 cps ▪ 방사능

[ ]ε

=cpsdps Bq

감마선 에너지 핵종정보

피크아래의 계수 방사능정보

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입사광자와 검출기 주변물질과의 반응에 의한 스펙트럼 변화

dNdE

E [MeV]

① 특성

엑스선

~0.2 0.511

② 후방산란선

③ 소멸감마선 제동

복사선

선원

검출기

차폐체

e-

e+

검출기

CS

PE

PP

특성엑스선

③ 선원

차폐체

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137Cs 과 28Al 의 감마선핵종분석 결과

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에너지교정 및 효율교정

• 에너지교정 (Energy calibration)

- 채널과 이에 대응하는 감마선의 에너지를 연관짓는 과정

- 핵종분석이 수행되는 전에너지에 걸쳐 기지의 에너지를 방출하는 감마선원의 스펙트럼을 측정한 후

피크가 위치하는 채널과 에너지를 비교

Gamma Ray Energy [keV]

Channel Num

ber

500 1000 1500 2000

2 31 2 3 4E a a C a C a C= + + + +

C : 채널수

a1, a2, a3 , a4 : 상수

에너지교정식 :

C 1 C 2 C 3 C 4 C 5 C 6 C 7 C 8 C 9

E 1 E 2 E 3 E 4 E 5 E 6 E 7 E 8 E 9

Counts

6

5

4

3

2

1

Channel

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• 효율교정 (Efficiency calibration)

- 감마선의 에너지와 검출효율을 연관짖는 과정

- 전에너지 피크 효율은 전에너지 피크에서의 계수율과 선원에서 방출된 감마선의 비

RS Pγ

ε =×

2 31 2 3 4ln( )Eff a a E a E a E= + + + +

E : 에너지

a1, a2, a3 , a4 : 상수

효율교정식 :

- 검출효율은 시료의 기하학적 형태(크기, 밀도, 시료와 검출기간 거리)에 의존하므로 실제 측정환경과

동일한 조건에서 교정수행

- 핵종분석이 수행되는 전에너지에 걸쳐 기지의 에너지를 방출하는 감마선원의 스펙트럼을 측정한 후

각 에너지에 대한 효율을 도시

- 효율교정용 선원은 감마선의 에너지뿐 아니라 방출률과 방사능을 미리 알고 있어야 한다.

- 광전효과, 검출기의 크기 등으로 일정 에너지에서 효율은 최대가 되고 그 이상의 에너지에서는

광전효과 감소 및 검출기 투과 등으로 효율이 감소, 저에너지에서는 dead layer에 의한 에너지 감쇠로

효율이 감소

R : 전에너지 피크의 계수율 (net area/live time)

S : 방사능(Bq)

Pγ : 감마선 방출율

Gamma Ray Energy [keV]

Efficie

ncy

60 100 200 400 600 1000 2000

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- 반치폭(FWHM, Full Width at Half Maximum) :

피크 최대값의 1/2에서 피크의 폭

- E0 : 입사방사선의 에너지

R 이 작을수록 에너지분해능이 우수함

에너지분해능 ∝ 단위 에너지당 생성되는 정보전달자의 수

0

2.35E KNFWHM

K N

σ

σ

==

=

에너지분해능(R)

0

FWHME

≡dN

dE

E E0

FWHM Y/2

Y

K : 비례상수

N : 생성된 정보전달자의 수

0

2.35 2.35FWHM K NE KN N

≡ = =에너지분해능(R) 0

1RE

N=E0/W

에너지분해능

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※ Fano Factor

- 실제 측정에서 방사선이 검출기에 입사하여 정보전달자를 생성하는 사건이 서로 독립적이지

않음(포아손 분포 위배)을 고려하는 인자

- 실험적으로 결정

- F < 1 , 반도체 검출기의 경우 : F ≈ 0.06

Fano Factor (F) ≡ 실제 관찰되는 정보전달자의 분산

포아손 분포로 예상되는 정보전달자의 분산

0

0

0

,

2.35 2.35

N

E N

NE WN

W W N E W

FWHM E W

σ

σ σ

σ

==

= = =

= =

0

0

0

0 0

2.32.35 2.35

2.35

5

FWHM

E W WFFF

E

WHMRE NE E

W

F

F=

≡ = ==

Fano Factor 를 고려하면,

(예) 6MeV 알파입자가 자신의 에너지를 모두 잃고

정지하였다면 반치폭은 얼마인가?

(W-값=30eV/ip, Fano factor=0.2)

0

6

2.35

2.35 6 10 30 0.2 14100 14.1

FWHM E WF

eV keV

=

= × × ×= =

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검출효율

① 절대효율 (absolute efficiency)

② 고유효율 (intrinsic efficiency)

③ 상대효율 (relative efficiency): 참고검출기에 대한 기타검출기의 효율

검출기에서 25 cm 거리에 위치한 점선원에서 방출되는 1.33 MeV의 감마선에 대한 3” x 3”의

NaI(Tl) 검출기 효율과 반도체검출기 효율의 비로 주어진다.

④ 전에너지 피크 효율 (full energy peak efficiency)

- 입사 감마선의 모든 에너지를 검출기에 부여하는 반응만을 고려한 효율

- 절대 전에너지 피크 효율(absolute full energy peak efficiency)로 테이블화

검출기에서 생성된 펄스의 수

선원에서 방출된 감마선의 수 absε =

검출기에서 생성된 펄스의 수

검출기로 입사된 감마선의 수 intε =

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검출기의 효율 및 에너지분해능 (요약)

- 검출기의 효율 ∝ 검출기의 원자번호, HPGe < NaI(Tl)

반도체 검출기의 효율은 60Co 선원(1.33 MeV) 으로부터 25 cm 거리에서 3"×3" NaI(Tl) 효율의

상대효율로 표현된다.

dN

dE

E E0

FWHM Y/2

Y

- 에너지분해능 ∝ 단위 에너지당 생성되는 정보전달자의 수

• 하나의 전자 여기 및 전리에 필요한 에너지

NaI(Tl): 약 20 eV HPGe : 약 3 eV

HPGe > NaI(Tl)

• 반치폭(FWHM, Full Width at Half Maximum)

피크 최대값의 1/2에서 피크의 폭

• 0

FWHM 1에너지분해능(R) = ∝

E N

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감마선 핵종분석시스템

Pre- amplifier

H. V.

Detector Amplifier

Pile-up Rejector ADC

Timer

Discriminator Scaler

Timer

Data Storage

Multichannel Analyzer

Single Channel Analyzer

- 전치증폭기 (preamp) : 펄스의 1차성형 및 약간의 증폭

- 주증폭기 (amp) : 펄스의 2차성형 및 증폭

- 다중채널분석기 (MCA, Multichannel Analyzer ): 검출기에 흡수된 에너지에 비례하는 펄스를

크기에 따라 해당 채널에 기록저장

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Vp Vp를 일정하게 방전

Capacitor charging

Linear-ramp discharging

Oscillator clock Time

Gating pulse Start(open)

Gating pulse Stop(close)

∆t

Vp

Time

Time

다중채널분석기 (MCA, Multichannel Analyzer )

- 방사성핵종분석에서 핵심적인 장치

- 검출기에 흡수된 에너지에 비례하는 펄스를 크기에 따라 해당 채널에 기록저장

- MCA에서 Channel의 수를 늘리면?

• 핵종분석시 피크를 보다 명확하게 구분할 수 있다

• 각 채널당 계수값 감소로 통계적 오차가 커짐

• 데이터 처리시간이 길어지기 때문에 계측시스템의 불감시간이 늘어남

25004 5000 channels2

=

최소 채널수

[채널수 결정]

(keV)hFWHM(keV)

=채널수관심있는 에너지 범위

25004 200 channels50

=

최소 채널수

h: 스펙트럼에서 피크 식별을 위해 FWHM 묘사에 할당

되는 최소의 채널수(최소 4개 채널을 FWHM에 할당)

관심있는 에너지 범위: 통상 0~2.5 MeV

• HPGe의 경우

FWHM : 2keV 정도

• NaI(Tl)의 경우

FWHM : 50keV 정도

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단일채널분석기 (SCA, Single Channel Analyzer )

- 특정 범위의 크기를 지닌 펄스만 계수하는 장치

- 상한선별기(upper level disciminator, ULD)와 하한선별기(lower level disciminator, LLD)로 이루어진

하나의 채널(channel)을 구성

- 반동시회로로 동작

[SCA의 동작과 출력펄스]

검출기

상한선별기 (ULD)

증폭기

H. V.

하한선별기 (LLD)

반동시회로

계수기

[반동시회로의 구성]

Puls

e h

eig

ht(

V)

Time

Puls

e h

eig

ht(

V)

Time

SCA output

LLD

ULD

Window

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단일채널분석기와 다중채널분석기의 원리 (비교)

일정 시간동안 발생한 펄스

C9

C8

C7

C6

C5

C4

C3

C2

C1

채 널

번 호

펄스의 높이에 해당하는 채널에서 그 수를 적산

(예) 5번 채널에서 계수된 펄스의 수 : 5개

- 다중채널분석기 (MCA)

- 단일채널분석기 (SCA)

ULD와 LLD 사이(window)에 있는 펄스만 계수

(예) V1과 V2 사이의 펄스의 수 : 5개

일정 시간동안 발생한 펄스

V2

V1

V1을

이동

∆V, window

∆V

C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9

Counts

6

5

4

3

2

1

Channel

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[SCA의 이용]

- MCA가 개발되기 전에는 SCA를 이용하여 핵종분석 수행

- MCA 보다 불감시간의 영향을 덜 받음

- SCA는 많이 사용되지는 않지만 window를 미세하게 설정할 수 있는 장점으로 인해 여러 에너지를

지닌 방사선장에서 특정 핵종의 감시에 활용

(예) 원전 등의 경우 다양한 에너지를 갖는 방사성핵종이 방출되는데,

이 경우 특정 핵종(137Cs, 131I 등)의 신속한 감시에 적합

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동시회로와 반동시회로

τ : 분해시간 (resolving time) 또는 동시회로의 폭 (width of coincidence)

• 동시회로 (Coincidence) • 반동시회로 (Anticoincidence)

Channel

Channel

동시회로 (Coincidence) Yes

τ

1

2

동시회로 (Coincidence)

No 1

2

동시회로 (Coincidence)

No 1

2

동시회로 (Coincidence)

No 1

2

Channel

Channel

반동시회로 (Anti-coincidence)

τ

1

2

No

반동시회로 (Anti-coincidence)

No 1

2

반동시회로 (Anti-coincidence)

1

2 Yes

반동시회로 (Anti-coincidence)

1

2 Yes

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감마선핵종분석 시스템의 성능평가 기준

• Peak to Total Ratio • Peak to Compton Ratio

Peak

Energy

Inte

nsity

PTR = Area under the Peak

Area of total spectrum PCR =

Counts at the Peak

Average counts btw 1040 and 1096 keV

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NaI(Tl)과 HPGe의 특성비교 (요약)

NaI(Tl) HPGe

저렴하다 (×10)

검출효율이 높다 (×10)

대용량 검출기 제작에 용이하다

일반 환경에서 동작한다

온도에 민감하다

양극의 전압에 민감하다 (V0.7N)

에너지분해능이 저조하다

(6%, 80 keV for 3″×3″ at 1332 keV)

액체질소로 냉각하여 사용한다 (77K)

온도의 영향을 덜 받는다

인가전압의 영향을 덜 받는다

에너지분해능이 우수하다

(0.15%, 2 keV typical at 1332 keV)

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백그라운드 저감기법

백그라운드 선원

① 검출기 재료에 함유된 자연방사능

② 검출기 주변장치(보조장치, 지지대, 차폐체)에 함유된 자연방사능

③ 지표의 지각방사선, 실험실 벽 또는 다른 구조물로부터 방출되는 방사선

④ 검출기 주변 공기 중에 존재하는 방사능 : 222Rn, 220Rn

⑤ 우주선

40K, 232Th, 238U, 토륨과 우라늄의

붕괴생성물 등의 천연 방사성핵종

백그라운드 저감기법

(1) 차폐체를 이용한 백그라운드 저감

차폐체: 납 또는 철

선원

검출기

차폐체

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(2) 가드검출기를 이용한 반동시회로

- 가드검출기 : 대용량의 플라스틱 검출기, 액체섬광검출기, 환상의 GM 검출기

- 우주선에 의한 백그라운드 기여분 저감

- 선원에서 방출되는 방사선은 주검출기에서만 신호생성 반동시회로에서 출력펄스 형성

- 우주선은 가드검출기와 주검출기 모두에서 신호생성 반동시회로에서 출력펄스 제거

- 컴프턴연속 저감

선원에서 방출된 감마선이 주검출기에서 컴프턴산란을 한 후 가드검출기로 입사하여 다른 반응을

하면 반동시회로에서 출력펄스 제거

반동시회로

선형게이트 (Linear Gate)

파고분석기

선 원

가드검출기

주검출기

차폐체

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(3) 동시회로

- 베타붕괴 후 감마선을 방출하는 핵종과 같이 동시에 하나 이상의 방사선을 방출하는 선원

- 방사선을 검출하는 검출기와 함께 동시회로(coincidence)를 사용하면 백그라운드 저감

- 12.7cm×12.7cm NaI(Tl) 검출기 내벽에 기체유입형 4π 비례계수관을 둔 검출시스템

- 베타선과 감마선 : 각각 비례계수관과 NaI(Tl) 검출기에서 신호생성 동시회로에서 출력펄스 형성

백그라운드 방사선 : 어느 한 검출에서만 신호생성 동시회로에서 출력펄스 제거

- 백그라운드 저감효과가 높으므로 극저준위 방사능을 측정할 때 많이 이용(최소검출한계 개선)

동시회로

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[예] HPGe를 이용하여 28Al(Eγ = 1.78 MeV)의 에너지 스펙트럼을 분석한 결과이다. 각 번호에 해당하는 피크의

명칭과 에너지를 구하라.

(1) 전에너지 피크: 1.78 MeV

(2) 컴프턴단애:

(3) 단일이탈 피크: 1.78MeV - 0.511MeV = 1.269 MeV

(4) 이중이탈 피크: 1.78MeV - 0.511MeV x 2 = 0.758 MeV

(5) 소멸감마선 피크: 0.511 MeV

(6) 후방산란선 피크: ~0.2 MeV

(7) 제동복사선

20

1 (1 cos )

1.78 0.221.781 (1-cos180 )0.511

T = 1.78 0.22 1.56

hh hm c

MeV

h h MeV

νν ν θ

ν ν

′ =+ −

= =+

− ′ = − =

1keV/channel

Channel Number 500 1000 1500 2000

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[예] 다음중 상온에서 액체질소로 냉각하지 않고 사용할 수 있는 반도체 검출기는?

① GaAs ② Si(Li) ③ Ge(Li) ④ HPGe

[예] 다음중 저에너지 엑스선 측정에 유리한 검출기는?

① HPGe ② LiI(Eu) ③ Si(Li) ④ HgI2

[예] HPGe 반도체 검출기의 특성에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

① 에너지 분해능이 탁월하다

② W값이 다른 계측기에 비하여 적다

③ NaI(Tl)검출기에 비해 측정효율이 좋다

④ 전자와 정공은 반대 방향으로 이동한다

[예] 다음중 알파선 측정에 사용되는 검출기는?

① 표면장벽형검출기, ZnS(Ag) ② HPGe, Si(Li)

③ LiI(Eu), Ge(Li) ④ GaAs, CsI(Na)

[예] 다음중 반도체 검출기의 상대효율의 기준이 되는 검출기는?

① 1"×1" HPGe ② 2"×2" NaI(Tl)

③ 3"×3" NaI(Tl) ④ 4"×4" HPGe

[예] 137Cs 선원을 HPGe 검출기로 측정한 결과 FWHM이 3 keV 이었다. 이 경우 662 keV 광자에 대한

분해능(%)은 얼마인가?

3R = ×100 = 0.45%

662

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[예] MCA에서 채널의 수를 증가시키는 것과 관련이 없는 것은?

① 핵종분석시 피크를 보다 명확하게 구분할 수 있다

② 각 채널당 계수값 증가로 통계적 오차가 커진다

③ 계측시스넴의 불감시간이 늘어난다

④ 데이터의 처리 시간이 길어진다

[예] 다음은 MCA(다중파고분석기)에 대한 설명이다. 틀린 것은?

① 채널수는 방사선의 계수치에 비례한다 ② 채널수는 출력펄스의 높이에 비례한다

③ 채널수는 방사선의 에너지에 비례한다 ④ 출력펄스의 높이는 에너지에 비례한다

[예] 감마선 에너지측정시스템의 배열구성이 옳은 것은?

㉮ 검출기 ㉯ 펄스크기분석기 ㉰ 전치증폭기 ㉱ 계수기 ㉲ 주증폭기

① ㉮-㉯-㉰-㉱-㉲ ② ㉮-㉰-㉲-㉯-㉱

③ ㉮-㉰-㉲-㉱-㉯ ④ ㉮-㉲-㉰-㉯-㉱

[예] 단일파고분석기(SCA)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

① 동시회로를 이용한다

② 원자력시설등의 환경감시에서 SCA는 MCA보다 특정핵종의 감시에 유리할 수 있다

③ 하한선별기와 상한선별기 사이에 존재하는 펄스만을 계수한다

④ 하한선별기와 상한선별기 구간을 창(Window)이라 칭한다

[예] HPGe 검출기를 사용할 때 액체 질소로 냉각하는 이유를 쓰시오.

Ge의 경우 전도대와 충만대의 에너지 간격이 약 1 eV 정도에 불과하므로 상온에서 열적여기에 의해

충만대의 전자가 전도대로 이동하여 잡음(noise)을 형성할 수 있다. 이를 제거하기 위해 LN2로 냉각

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[예] 137Cs핵종의 감마선 스펙트럼 분석에서 나타나지 않는 피크는?

① 광전피크 ② 컴프턴연속 ③ 후방산란선 피크 ④ 이중이탈 피크

[예] 반도체 검출기의 에너지 분해능이 섬광검출기나 비례계수관에 비해 우수한 이유를 설명하시오.

- 하나의 정보전달자를 생성하는데 필요한 에너지

반도체: ~3 eV 정도, 섬광검출기: ~20 eV, 기체: ~30 eV

- 생성되는 정보전달자의 수 :

- 분해능 :

- 따라서 단위 광자에 대하여 각 검출기에 흡수된 에너지가 같다면 분해능의 비는 다음과 같다

반도체검출기 : 섬광검출기 : 비례계수관

ENW

=1RN

1 1 1: : 3 : 20 : 30 1.7 : 4.5 : 5.5/ 3 / 20 / 30E E E

= = =

[예] 다음중 계측기 주변 차폐체의 영향에 의한 피크가 아닌것은?

① 특성 엑스선 피크 ② 후방산란선 피크

③ 소멸감마선 피크 ④ 콤프턴단애

[예] 28Al(1.779 MeV) 핵종의 측정시 관찰되는 단일이탈피크의 에너지는?

① 732 keV ② 898 keV ③ 1038 keV ④ 1268 keV

(주의:분해능 값이 작은 것이 우수한 것임)

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[예] 감마선 에너지 분석에서 중요한 피크는?

① 광전피크 ② 콤프턴연속

③ 단일이탈피크 ④ 이중이탈피크

[예] 천연에 존재하는 40K(1.46 MeV)핵종의 측정시 나타나는 컴프톤단애의 에너지는?

20

1 (1 cos )

1.46 0.221.461 (1-cos180 )0.511

T = 1.46 0.22 1.24

hh hm c

MeV

h h MeV

νν ν θ

ν ν

′ =+ −

= =+

− ′ = − =

(예) HPGe 검출기를 사용할 때 액체 질소로 냉각하는 이유를 쓰시오.

반도체(Ge)의 전도대와 충만대의 에너지 간격이 약 1 eV 정도로 작아 상온에서 열적 여기에 의해

충만대의 전자가 전도대에 이를 수 있다. 이러한 현상은 방사선측정 시에 열적잡음(thermal noise)을

유발하므로 이를 제거하기 위해 LN2로 냉각한다.

[예] 감마선 스펙트로메트리에서 감마선의 에너지와 무관하게 후방산란 피크가 나타나는 에너지 구간은?

① 200 - 250 keV ② 320 - 370 keV ③ 430 - 480 keV ④ 570 - 650 keV