Single detector-dual scintillator anti-Compton probes

Abstract

Anti-Compton spectrometers have many applications in the fields of safeguards, medicine and security. One of the most important applications is in the location of low energy gamma sources in the presence of high-energy gamma background or the location of high-energy gamma radiation sources hidden within the same spread of radiation back -ground. In most situations space constraints limit the application of large size detectors or classical anti-Compton spectrometers. We have designed a compact anti-Compton spectrometer based on a single chip, dual silicon photodetector optically coupled to isolated, annular scintillators. Preliminary room temperature testing with Csl(TI) and LYSO scintillators demonstrate the readout capabilities of the spectrometer concept. We have measured an outstandi ng energy resolution of 12 % and 8 % for the 511 keV line from a 22Na source used to excite a LYSO and Csl(TI) respectively. The other variants of Si-Csl(TI) probes is also discussed.

Антикомптоновская спектроскопия имеет множество применений в ядерной медицине, системах контроля и досмотра. Одной из наиболее важных черт этого метода является возможность определения низкоэнергетичных гамма квантов на фоне высоко-энергетичного фона или выделение источников высокоэнергетичных частиц из широкого радиационного фона. Во многих случаях классические антикомптоновские спектрометры имеют ограниченное применение из-за размеров детектирующей системы. В рамках настоящего исследования разработан спектрометр на основе двойного кремниевого фотодиода сложной формы, состыкованного с двумя призменными сцинтилляци-онными кристаллами. Исследования при комнатной температуре показали работоспособность детектирующей системы для случаев использования сцинтилляторов Csl(TI) и LYSO. Полученные значения энергетического разрешения составляют 12% и 8% (511 кэВ, источник - 22Na) для LYSO и Csl(TI), соответственно. Обсуждаются различные варианты Si-Csl(TI) пробников.

Антикомптонівська спектроскопія має безліч застосувань в ядерній медицині, системах контролю та огляду. Однією з найбільш важливих рис цього методу є можливість визначення низькоенергетичних гама-квантів на фоні високоенергетичних, або виділення джерел високоенергетичних часток із широкого радіаційного фону. В багатьох випадках класичні антикомптонівські спектрометри застосовуються обмежено через розміри детектуючих систем. В межах цього дослідження розроблено спектрометр, на основі подвійного кремнієвого фотодіода складної форми, зістикованій з двома призменими сцинтиляційними кристалами. Дослідження при кімнатній температурі показали працездатність детектуючої системи для випадків використання сцинтиляторів Csl(TI) та LYSO. Отримані значення енергетичного розріжнення складають 12% та 8% (511 кеВ, 22Na) для LYSO та Csl(TI), відповідно. Обговорюються різні варіанти Si-Csl(TI) пробників.