0 p xs Ä ºÃ ºô Ç $ 3 F gé ß & ñ É r Ù þ Ó ü to < Æ, ¦\ -t Ó ü to < Æ x 9 _ « Ñ% ò © 1 p x_ ì r \ " f Ä »6 x > 6

(1)

[

j" î @ / < Æ § § ª < ÆÂ Ò, ] j ; 390-711 (2009¸ 4 Z 4 2{ 9 ~ Ã Î6 £ §)

$ í

0 p xs Ä ºÃ ºô Ç $ 3 F gé ß & ñ É r Ù þ Ó ü to < Æ, ¦\ -t Ó ü to < Æ x 9 _ « Ñ% ò © 1 p x_ ì r \ " f Ä »6 x > 6

x ) a . : r ½ ¨\ " f H CO 3 \ ¦ 0.02 mol% ' ô Ç CsI : CO 3 é ß & ñ _ · ú , Z , y õ ª $ í

c @ /ô Ç $ 3 F g ì ø Í6 £ x\ @ / # ½ ¨ % i . CsI : CO 3 0.02 mol% $ 3 F g é ß & ñ _ 662 keV y \

@

/ô Ç + þ AF g y Wr ç ß õ \ -t ì rK 0 p x, # Q t ~ ½ Ó õ ª $ í \ @ /ô Ç ¦Û ¼& 7 à Ô! 3 , · ú õ y

, ª $ í ü < y _ · ú ü < Z q Ö ¦õ ` O Û ¼ ¸ ª ½ ¨Z > 0 p x§ 4 1 p x_ $ 3 F g $ í | 9 ` ¦ 8 £ ¤& ñ % i .

PACS numbers: 29.27.Fh, 29.40.Mc

Keywords: CsI : CO 3 é ß & ñ , $ 3 F gì ø Í6 £ x, ª $ í c

I. " e Â ] Ø

$ 3

F g & ñ s ê ø Í F g < Æ& h Ü ¼ Ð È Ò" î ô Ç & ñ Ü ¼ Ð" f ~ ½ Ó s

¦\ -t { 9 (α { 9 , ª $ í , 1 p x) { 9

& ñ ? /_ " é ¶ [ þ ts o ÷ & [ þ t* e î ß & ñ © I

Ð ÷ &[ t " f y n C` ¦ ~ ½ ÓØ ¦ H & ñ ` ¦ ´ ú ô Ç . s

Qô Ç $ 3 F g & ñ [ þ t É r Ù þ x 9 ¦\ -t Ó ü to < Æ, Ä ºÅ Ò Ó ü to

<

Æ_ # Q z ´+ « >\ " f Ø ¦ © q \ s 6 x÷ & ¦ e . ÷ rë ß

m X- CT (X-ray Computer Tomography), PET (Positron Emission Tomography) 1 p xõ ° ú É r ~ ½ Ó % ò © r

Û ¼% 7 _ ~ ½ Ó Ø ¦ © u Ð Ö ¸6 x÷ & ¦, Ðî ß r Û ¼% 7 , q

õ © q 1 p x\ 6 x÷ & ¦ e . NaI : Tl $ 3 F g é ß

&

ñ

` ¦ r í Ð t F K t CsI, CsI : Tl, BGO (Bi 4 Ge 3 O 12 ), PbWO 4 , LSO (Lu 2 SiO 5 ) 1 p x ½ + É Ð p o · ú º ú o & ñ õ í ß

oÓ ü t & ñ [ þ ts > hµ 1 Ï÷ &# Q z ´6 x o ÷ &% 3 [3–11].

Ä

ºo H CsI & ñ \ CO 3 \ ¦ Ö ¸$ í ] j Ð ' ô Ç & ñ CsI : CO 3 \ ¦ ¹ ¢ ¤$ í # s & ñ _ $ 3 F g : £ ¤$ í \ @ / # ¸

ô Ç e [1,2,12]. : r ½ ¨\ " f H Ä ºo _ s ½ ¨\

"

f ¹ ¢ ¤$ í ô Ç & ñ [ þ t × æ Ö ¸$ í ] j Ð CO 3 \ ¦ 0.02 mol%\ ¦ '

ô

Ç CsI : CO 3 é ß & ñ \ · ú ( ²⁴¹ Am), Z ( ⁹⁰ Sr), y

( ¹³⁷ Cs, ²² Na) x 9 ª $ í (MC-50 cyclotron of Korea Institute of Radiological & Medical Science (KIRAMS [13, 14]))\ ¦ ¸ # s $ 3 F g é ß & ñ _ $ 3 F g ì ø Í6 £ x` ¦

½

¨ % i .

∗ E-mail: [email protected]

II. ÷ m Ç ] M ö

1. CsI: CO 3 V È° Ë Ñ m+ s ÇX N Ë S z »

:

r ½ ¨\ " f 6 xô Ç é ß & ñ r « Ñ H s \ ¹ ¢ ¤$ í #

É r z ´+ « >\ 6 x % i ~ , Ö ¸$ í ] j Ð CO 3 \ ¦ 0.02 mol% '

ô Ç CsI : CO 3 é ß & ñ r « Ñ\ ¦ 6 x % i [1,2]. s r « Ñ

H / B Nl × æ_ Ã ºì r` ¦ f ¨Ã º # ³ ð s < H © | ¨ c 0 A+ « >s ß ¼ l

M :ë H\ Fig. 1\ Ð ü < ° ú s t 2 £ § 13.6 mm, U ´s 10.9 mm Ð ¸ ú " f é ß ` ¦ ° ú " f ³ ð s È Ò" î >

# F gÓ ü t$ í l 2 £ § (mineral oil) 5 Å q\ V , # Q Ð ' a ¦ e % 3

. · ú ¸ z ´+ « >` ¦ l 0 AK \ Vq z ´+ « >` ¦ z ´r ô Ç õ

s z ´+ « >\ " f 6 x ¦ Ð ' a H 1 l xî ß é ß \ ç ß _

< H © s e # Q" f · ú s ³ ð ` ¦ È Òõ t 3 l wô Ç H

כ

` ¦ · ú > ÷ &# Q · ú ` ¦ ¸ H A á ¤_ é ß ` ¦ Æ Ò& h Ü

¼ Ð 0.5 mm\ ¦ í Ð ° ú ? / ¦ È Ò" î > # /

B N % i .

Ä

ºo _ s ½ ¨\ " f 8 £ ¤& ñ ) a s r « Ñ_ µ 1 ÏF g Û ¼& 7 à Ô

! 3

É r © s 415 nmü < 488 nm\ " f x ß ¼ e ¦ Õ ª s

° ú

כ 460 nm H% \ F G$ & h ` ¦ ° ú H . Õ ªo ¦ y \

@

/ô Ç + þ AF g y Wr ç ß É r 1.7 µs s [1,2,12].

2. ÷ m Ç] M ö X ê sV V R Ë

/ B N ) a CsI : CO 3 é ß & ñ r « Ñ\ ¦ 1550 V ¦ · ú s

) a 2 u ¦s 1 p q F g7 £ xC ' a (2 inch high gain photo-

muliplier tube (HG PMT, PHOTONIS XP2260))\ · ¡

-687-

(2)

Fig. 1. The grown CsI : CO 3 (0.02 mol % concentration of CO 3 ) single Crystal Sample. Quoted from reference [2].

Fig. 2. The schematics of experimental setup for α−, β−, and γ− rays.

s

¦ s HG PMT_ Ø ¦§ 4 é ß ` ¦ 400 MHz flash analog-to- digital converter (400 MHz FADC) { 9 § 4 é ß \ ¦, 400 MHz FADC_ Ø ¦§ 4 é ß É r > h 6 x ( É Ó' \ ) a (Fig. 2).

~

½

Ó s ¦\ -t { 9 $ 3 F g é ß & ñ Ü ¼ Ð [ þ t# Q ¸

é ß & ñ É r r F g ` ¦ ~ ½ ÓØ ¦ô Ç . s y n Cs F g7 £ xC ' aÜ ¼

Ð [ þ t# Q F g µ 1 ÏÒ q t # F g7 £ xC ' a\ " f 7 £ x; ¤ ) a l

ñ Ð ÷ ¶ . s l ñ H 400 MHz FADC\ " f n

t _ O ñ Ð õ H . s X O > ÷ ¶ n t _ O ñ\ ¦ ( É Ó '

\ $ © ¦ C++ X <s ' % o á Ô ÐÕ ªÏ þ ROOT\ ¦ s

6 x # ì r$ 3 ô Ç .

· ú

, Z , y ~ ½ Ó \ @ /ô Ç $ 3 F gì ø Í6 £ x X <s '

H © : r\ " f ~ ½ Ó " é ¶` ¦ s 6 x # 8 £ ¤& ñ % i . · ú

"

é

¶Ü ¼ Ð H B jo ¸ o u 241 ( ²⁴¹ Am), Z " é ¶ É r Û ¼à Ô : r½ ¢ § 90 ( ⁹⁰ Sr), Õ ªo ¦ y " é ¶Ü ¼ Ð H [ j¸ o u 137 ( ¹³⁷ Cs)õ à

Ôµ ¢ § 22 ( ²² Na)\ ¦ s 6 x % i .

3. X ¢ ¡ ; Ì ¦ R I í Ä 8 ý] K ¡Ì ¦ R (KIRAMS)8 ý MC-50 T ü

z

>z º² Â ] Ø

ª

$ í \ @ /ô Ç $ 3 F g ì ø Í6 £ x z ´+ « >` ¦ 0 AK ô Ç² D G " é ¶ § 4 _

<

Æ" é ¶_ MC-50 s 9 þ t Ðà Ô : r ª $ í c _ Û ¼à Ô [ O q \ ¦

Fig. 3. The schematics of experimental setup for proton beam.

s

6 x % i . ô Ç² D G " é ¶ § 4 _ < Æ" é ¶_ MC-50 s 9 þ t Ðà Ô

:

r É r 45 MeVü < 35 MeV \ -t \ ¦ t H ª $ í c ` ¦ µ

1 ÏÒ q tr ~ ´ Ã º e H { 9 5 Å ql s . Ä ºo _ z ´+ « >\ " f H Õ

ª × æ 45 MeV ª $ í c ` ¦ s 6 x % i .

MC-50 s 9 þ t Ðà Ô : r_ 45 MeV ª $ í H c s á Ô

= å

Q_ 0.2 cm ¿ ºa _ · ú À Òp ³ o u ½ Ó` ¦ : xõ ¦, 190 cm_ /

B

Nl \ ¦ t è ß Ê ê F g7 £ xC ' a\ © Ã Ì ) a CsI : CO 3 é ß & ñ r

«

Ñ\ È Ò ) a . r « Ñ e H t & h t ª $ í ¸ H 1 l x î

ß

ª $ í _ \ -t H 35.0 MeV Ð y èô Ç . s ° ú כ É r GEANT 4 Ú ¦( ¶` ¦ s 6 xô Ç r Ó ý tY Us ` ¦ : x # % 3 É r ° ú כ s

[2].

ª

$ í \ ¦ CsI : CO 3 é ß & ñ r « Ñ\ ¸ l 0 AK MC- 50 s 9 þ t Ðà Ô : r_ c s á Ô = å Q_ 0.2 cm ¿ ºa _ · ú À Ò p

³ o u ½ ÓÜ ¼ ÐÂ Ò' 190 cm_ o \ c _ × æd \ " f ç

ß

# Á # Qè ß © è\ · ú ¡ ] X \ " f / å Lô Ç HG PMT\ © Ã Ì ) a CsI : CO 3 r « Ñ\ ¦ Z ~ H . $ 3 F g & ñ \ { 9 H ª $ í

\

-t _ ( f & ñ ¸\ ¦ þ j è o l 0 AK s & ñ r « Ñ · ú ¡

\

t 2 £ § 3 mm_ ± ú collimator\ ¦ C u ô Ç . HG PMT\ 1550 V_ ¦ · ú ` ¦ r v ¦, Õ ª Ø ¦§ 4 é ß ` ¦ 400 MHz FADC_ { 9 § 4 é ß \ ô Ç . 400 MHz FADC\ " f n t

_ O ñ Ð ¨ 8 ) a X <s ' \ ¦ ( É Ó' Ð { 9 # Q [ þ ts ¦ s X

<s ' \ ¦ C++ á Ô ÐÕ ªÏ þ ROOT\ ¦ s 6 x # ì r$ 3 ô Ç

(Fig. 3 Ã Ð ¸). : r z ´+ « >\ " f H 0.2 nA À Ó_ ª $ í c

` ¦ ¸ % i .

III. ÷ m Ç] M ö + s ÇÊ Ý õ m Í À X Ø8 ý

1. 662 keV P c p Ò Å; c 6 X ¢ ] k ù° Ë Ñ P c pê ø S m õ m Í ; c

.U Ä Z ØA 0 Ö «

· ú

¡_ II 2] X _ Fig. 2\ Ð כ õ ° ú s z ´+ « > © u \ ¦ [

O

u ¦ [ j¸ o u 137 ( ¹³⁷ Cs)` ¦ y " é ¶ ;Ü ¼ Ð + " f 662 keV_ y ` ¦ ¸ # CsI : CO 3 é ß & ñ _ + þ AF g y W r

ç ß õ \ -t ì rK 0 p x` ¦ 8 £ ¤& ñ % i .

(3)

Time(ns)

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000

Number of Events

0 20

Fig. 4. The estimated value of the fluorescence decay time of the CsI : CO 3 crystal is 1.99 ± 0.06 µs.

Fig. 5. The estimated value of the energy resolution of the CsI : CO 3 crystal is 11 % in FWHM.

Figure 4\ Ð ü < ° ú s 8 £ ¤& ñ ) a CO 3 0.02 mol%

<

ÊÄ » ) a CsI : CO ₃ é ß & ñ _ + þ AF g y W r ç ß É r 1.99 ± 0.06 µs Ð 8 £ ¤& ñ ÷ &% 3 . ¢ ¸ô Ç \ -t ì rK 0 p x É r Fig. 5\ Ð

ü < ° ú s FWHMs 10%s % 3 .

2. CO 3 0.02 mol % ] K ¤ ¥ CsI : CO 3 m+ s ÇX N Ë8 ý ° o

Ò Å, 9 c Ò Å, P c p Ò ÅÑ ÷ W ë sV R Ë ; c 6 X ¢ w z ð ² â ì È

"

f Ð É r ~ ½ Ó õ ¦\ -t { 9 \ @ /ô Ç CO 3 0.02 mol % < ÊÄ » CsI : CO 3 é ß & ñ _ $ 3 F g ì ø Í6 £ x` ¦ 8 £ ¤& ñ ô Ç õ

H Fig. 6\ Ð% i .

Figure 6\ " f · ú \ _ ô Ç $ 3 F g ` O Û ¼_ Z }s (ADC Channel)` ¦ · ú _ \ -t Ð è H ° ú כ` ¦ α ¦ y

\ _ ô Ç $ 3 F g ` O Û ¼_ Z }s \ ¦ y _ \ -t Ð è

H ° ú כ` ¦ β , à Ôµ ¢ § 22ü < [ j¸ o u 137\ " f ¸ H " f

Ð É r \ -t _ y _ β ° ú כ É r 0.025 Ð èÃ º [ j o

t ¸ ú { 9 u ô Ç . Õ ªo ¦ α ° ú כ É r 0.0058s . s ° ú כ[ þ t Ð

Fig. 6. The CsI : CO 3 crystal’s pulse height spectra for α, β, γ, and proton.

Â

Ò' · ú _ y \ @ /ô Ç · ú ü < Z q Ö ¦ (α/β) É r 0.23e ` ¦ · ú Ã º e . s ü < ° ú É r ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð Fig. 6\ " f ª

$ í

\ _ ô Ç $ 3 F g ` O Û ¼_ Z }s \ ¦ ª $ í _ \ -t Ð è

H ° ú כ` ¦ p ª $ í \ @ /ô Ç p ° ú כ É r 0.024 s .

" f ª $ í _ y \ @ /ô Ç q Ö ¦ (p/β) H 0.96 e ` ¦ · ú Ã

º e . s Ã ºu [ þ t É r CsI : CO 3 é ß & ñ Ü ¼ Ð [ þ t# Q ¸ H y

_ \ -t $ 3 F gÜ ¼ Ð ¨ 8 ÷ & H q Ö ¦` ¦ 1s ½ + É M :

· ú

{ 9 _ \ -t $ 3 F gÜ ¼ Ð ¨ 8 ÷ & H q Ö ¦ É r y _

Õ ª כ _ 0.23s ¦, Qt 77 %_ \ -t H r F g s

É r + þ AI _ \ -t Ð è H d` ¦ > p wô Ç [12]. ¢ ¸ ô

Ç ª $ í _ \ -t H 96 % r F g Ü ¼ Ð ¨ 8 ÷ & H

כ

` ¦ · ú Ã º e . s Ð+ 5 MeV_ · ú õ 35 MeV_

ª

$ í _ \ -t _ $ 3 F g ~ ½ ÓØ ¦ q Ö ¦` ¦ q §K Ð , · ú

Ð ª $ í \ -t _ 8 ´ ú § É r q Ö ¦` ¦ $ 3 F g ~ ½ ÓØ ¦\

6 x < Ê` ¦ · ú Ã º e . 7 £ ¤, CsI : CO 3 é ß & ñ É r · ú Ð

ª $ í \ 8¹ ¡ ¤ y > $ 3 F g ì ø Í6 £ x` ¦ Ðe ` ¦ · ú Ã º e

.

3. ° o Ò Å 9 c Ò Å P c p Ò Å õ m Í W ë sV R Ë ; c 6 X ¢ 3 n Ç {

¢W ë s 0 Ç õ m Í ç g Ë¿ Q < ] k ù° Ë Ñ S m ¤ Ò Å

CsI : CO ₃ é ß & ñ É r · ú , y , ª $ í ü < ° ú s " f

Ð É r ~ ½ Ó x 9 ¦\ -t { 9 \ @ /ô Ç ¨ î ç H + þ AF g r ç ß _

: £ ¤$ í s Ø Ô . ¨ î ç H + þ AF g r ç ß É r < t >= ^Σ(t _Σq

ⁱ

^×q

ⁱ

⁾

i

Ü ¼

Ð & ñ _ ÷ & HX <, # l \ " f q i H r ç ß t i \ " f_ ` O Û ¼_

;

¤s [24]. Õ ªo ¦ t i _ © ô Ç ° ú כ É r 42 µss . · ú , y

x 9 ª $ í 1 p x " f Ð É r 7 á xÀ Ó_ { 9 { 9 [ þ t\ _ ô

Ç ` O Û ¼_ ¨ î ç H ¸ ª ` ¦ + þ AF g r ç ß õ q § # ½ ¨Z > ½ + É Ã º e

. Fig. 7\ · ú , Z , y , Õ ªo ¦ ª $ í \

@

/ô Ç ¨ î ç H + þ AF g r ç ß ì r í\ ¦ Ðs ¦ e . s ¨ î ç H + þ AF g r

ç ß ì r í ¸ ª ` ¦ q §K Ð y ü < Z _ ì r í /

B

G É r _ ° ú É r % ò % i Fig. 7_ ê ø ÍÒ o x h A / B G ? /

2.9 µs H% \ ì r í ¦ e ¦, · ú É r 1.7 µs\ ¦ ª $ í

(4)

Fig. 7. The pulse shape discrimination.

H 6.3 µs × æd Ü ¼ Ð ì r í/ B G ` ¦ Ðs ¦ e . Fig. 7\ " f

Ð% i 1 p ws CsI : CO 3 é ß & ñ É r · ú , y , ª $ í \ ¦

¸ ú

½ ¨ì r½ + É Ã º e H + þ AF g y Wr ç ß ` ¦ t ¦ e 6 £ §` ¦ · ú Ã º e

. s כ É r CsI : CO ₃ é ß & ñ ? /\ " f y { 9 [ þ ts $ 3 F g

~

½

ÓØ ¦` ¦ { 9 Ü ¼v H Ó ü to & h B j& m 7 £ §s Ø Ôl M :ë Hs .

Figure 8\ · ú , Z , y x 9 ª $ í { 9

½ + É M : CsI : CO 3 (0.02 mol %) é ß & ñ \ _ K " f F g

(photon) ~ ½ ÓØ ¦÷ & H é ß { 9 | _ + þ AF g / B G ` ¦ Ðs

¦ e . # l \ " f y H [ j¸ o u 137\ " f ~ ½ ÓØ ¦ ÷ & H 662 keV y \ @ /ô Ç כ s ¦, Z É r Û ¼à Ô : r½ ¢ § 90_ Z

s . Õ ªo ¦ · ú É r B jo ¸ o u 241_ · ú ` ¦ ª

$ í

H MC-50_ ª $ í c ` ¦ s 6 x % i . ª $ í c _

À Ó H 0.2 nAs ¦ Õ ª µ 1 Ú_ " é ¶ ;[ þ t É r 0.1 µCi\ ¦ 6 x

¦, 400 MHz FADC\ ¦ s 6 x # é ß { 9 { 9 | ` ¦ 8 £ ¤& ñ

% i . Fig. 8\ " f · ú Ã º e H ü < ° ú s 7 á xÀ Ó É r { 9

\ @ /ô Ç $ 3 F g ~ ½ ÓØ ¦ B j& m 7 £ §s " f Ð É r כ ` ¦ · ú Ã º e

.

¢

¸ô Ç s é ß { 9 | _ Õ ªa Ë >\ " f Ðs 1 p ws + þ AF g ` O Û ¼ r ç

ß

s B Ä º | ¡ óo e 6 £ §` ¦ · ú Ã º e . s כ Ü ¼ ÐÂ Ò' Fig. 4\ " f Ð y û Z r ç ß 1.99 µsü < Fig. 7\ Ð ¨ î ç

H + þ AF g r ç ß s _ s \ @ /ô Ç [ O " î s 0 p x . Fig.

4\ " f ½ ¨ô Ç y û Z r ç ß É r é ß { 9 | \ @ /ô Ç כ Ü ¼ Ð" f ` O Û

¼_ þ j ¦ ; ¤ ° ú כ_ 1/eë ß p u y è½ + É M : t _ r ç ß s ¦ Fig. 7\ Ð ¨ î ç H + þ AF g r ç ß É r Fig. 8_ y ü < Z

_ ` O Û ¼ r ç ß ì r í\ " f Ðs H | ¡ óo Â Òì r_ + þ AF g r

ç ß s | ` O Û ¼[ þ t t ¸¿ º í < Ê # ¨ î ç H` ¦ · p כ s .

" f 7\ Ð ¨ î ç H + þ AF g r ç ß s Fig. 4\ " f é ß { 9

|

y û Z r ç ß \ q K 8 U ´> > í ß ÷ & H כ ` ¦ s K ½ + É Ã º e

.

IV. + s Ç Â ] Ø

Ä

ºo H CsI : CO 3 (0.02 mol %) é ß & ñ ` ¦ ¹ ¢ ¤$ í ¦, \

-t ì rK 0 p x, + þ AF g y Wr ç ß , · ú Z y x 9

Fig. 8. The single event fluorescence decay curve of a CsI : CO ₃ (0.02 mol%) crystal for α, β, γ, and proton repectively.

ª

$ í \ @ /ô Ç ¦ Û ¼& 7 à Ô! 3 , ` O Û ¼ ¸ ª ½ ¨Z > 0 p x§ 4 , Õ ª o

¦ s { 9 [ þ t\ @ /ô Ç é ß { 9 | (single event)+ þ AF g y W /

B

G 1 p x_ $ 3 F g : £ ¤$ í ` ¦ 8 £ ¤& ñ % i .

8 £

¤& ñ ) a 662 keV y \ @ /ô Ç \ -t ì rK 0 p xõ + þ AF g y

W r ç ß É r y y 1.99 ± 0.06 µsü < 11 %_ FWHMÜ ¼ Ð 8

£

¤& ñ ÷ &% 3 .

"

f Ð É r 7 á xÀ Ó_ ~ ½ Ó õ ª $ í \ @ /ô Ç ¦ Û ¼& 7 à

Ô! 3 Ü ¼ ÐÂ Ò' y \ @ /ô Ç · ú õ ª $ í _ · ú Z

q Ö ¦(alpha beta ratio)` ¦ ½ ¨½ + É Ã º e % 3 ¦ s כ Ü ¼ Ð Â Ò '

CsI : CO 3 (0.02 mol %) é ß & ñ s ª $ í \ q K

|

¾

Óõ | 9 | ¾ Ós y y 2C x 9 4C · ú { 9 Ð ª $ í

\

8 y ô Ç $ 3 F g ì ø Í6 £ x` ¦ Ðe ` ¦ · ú Ã º e % 3 .

¢

¸ô Ç ¨ î ç H + þ AF g y û Z r ç ß _ ì r í / B G ` ¦ 8 £ ¤& ñ # " f

Ð É r 7 á xÀ Ó_ { 9 \ @ /ô Ç ` O Û ¼ ¸ ª ` ¦ ½ ¨Z > ½ + É Ã º e

H 0 p x§ 4 s a % ~6 £ §` ¦ · ú Ã º e % 3 . ¢ ¸ô Ç 400 MHz FADC\ ¦

6 x # é ß { 9 { 9 { 9 \ @ /ô Ç + þ AF g y W / B G ` ¦ 8 £ ¤& ñ

# É r 7 á xÀ Ó_ ~ ½ Ó õ ª $ í CsI : CO 3 (0.02 mol

%) é ß & ñ ? /\ " f $ 3 F g` ¦ ~ ½ ÓØ ¦ H B j& m 7 £ §s " f Ð 2

£

§` ¦ S X ½ + É Ã º e % 3 .

P c

p 8 ý ò k >

:

r ½ ¨ H 2008 ª $ í \ O é ß _ 6 x á Ô ÐÕ ªÏ þ \

@

/ô Ç t " é ¶Ü ¼ Ð Ã º' ÷ &% 3 6 £ §Ü ¼ Ð s \ y × ¼w n m . ¢ ¸ ô

Ç é ß & ñ ª $ í \ Ã º ¦ô Ç â · ¡ ¤@ / < Æ § Ó ü to < Æõ @ / < Æ" é ¶

& ñ ª õ z ´+ « > [ jh A X <s ' Ã º| 9 1 p x\ ´ ú § É r ¸¹ ¡ §` ¦ ï r 1

l

x @ / < Æ" é ¶_ S ! 6 x$ 3 , è× æ ñ ç H\ > ¸ y \ ¦ × ¼w n m .

:

£

¤y : r 7 Hë H_ " é ¶ ¦\ ¦ % 6 £ §Â Ò' = å Q t { 9 ¦ ´ ú § É r ¸

`

¦ z t · ú § É r â · ¡ ¤@ / < Æ § Ó ü to < Æõ ^ < ªÅ Ò §Ã º\ > y

\ ¦ × ¼w n m .

(5)

[2] Sang Jun Kang, H. J. Kim, S. J. Ha, Heedong Kang, H. Park, J. H. So, Jinho Moon, Sihhong Do, Ky- eryung Kim and Sungwhan Kim, The 12th Inter- national Workshop Acelerator & Beam Utilization (Gyeonju, Korea, 2008).

[3] R. L. Ford et al., IEEE Trans. Nucl. Sci. NS-25, 333 (1978).

[4] M. A. Van Driel et al., Nucl. Instr. Meth. 215, 113 (1983).

[5] P. Schotanus, R. Kamermans and P. Dorenbos, IEEE Trans. Nucl. Sci. 37, 177 (1990).

[6] A. J. Bird et al., IEEE Trans. Nucl. Sci. 40, 395 (1993).

[7] R. G. L. Barnes et al., IEEE Trans. Nucl. Sci. NS- 31, 249 (1984).

[8] N. R. Jonson, C. Baktash and I. Y. Lee, IEEE Trans.

Nucl. Sci. NS-31, 243 (1984).

[9] V. B. Zalessky et al., IEEE Trans. Nucl. Sci. 43, 1307 (1996).

[10] S. Burachas et al., J. Crystal Growth 186, 175 (1998).

[11] A. Saoudi et al., IEEE Trans. Nucl. Sci. 46, 1925

S. W. Jung, Sunghwan Kim and Kyeryung Kim, J.

Korean Phys. Soc. 50, 5 (2007).

[15] P. F. Smith et al., Phys. Lett. B. 379, 299 (1996).

[16] R. Bernabei et al., Phys. Lett. B. 389, 757 (1996) . [17] H. J. Kim et al., Nucl. Instr. Meth. A 457, 471

(2001).

[18] H. J. Kim et al., Nucl. Instr. and Meth. A 457, 472 (2001).

[19] Sih-Hong Doh et al., SAEMULLI (New Phys.) 40, 478 (2000) .

[20] Sih-Hong Doh et al., SAEMULLI (New Phys.) 42, 330 (2001) .

[21] OceanOptics Co. http://www.oceanopotics.com/

[22] M. Globus, B. Grinyov and Jong Kyung Kim, Inor- ganic Scintillators for Modern and Traditional Ap- plications (Institute for Single Crystals, Ukraine- Kharkiv, 2005), Chap. 1.

[23] E. Sakai, IEEE Trans. Nucl. Sci. NS-34, 418 (1987).

[24] H. J. Kim, H. J. Ahn, S. K. Kim, E. Won, T. Y.

Kim, Y. D. Kim, M. H. Lee, J. S. Chai and J. H.

Ha, Nuclear Instruments and Methods in Physics

Research A 457 (2001).

(6)

Scintillation Response of a CsI :CO ₃ Single Crystal to Alpha, Beta, Gamma, and Proton Irradiation

Sang Jun Kang ^∗

School of Liberal Arts, Semyung University, Jechon 390-711 (Received 2 April 2009)

Scintillation crystals are very useful in fields such as nuclear physics, high energy physics and medical imaging etc. We used a CsI : CO 3 single crystal with a CO 3 concentration of 0.02 mol

%, which is a crystal we grew before. We measured in this research the scintillation response of a CsI : CO 3 single crystal with a CO 3 concentration of 0.02 mol % to alpha, beta, gamma, and proton irradiation. We measured the fluorescence decay time and the energy spectrum of CsI : 0.02mol% − CO 3 single crystal for 662-keV γ rays, as well as the pulse height spectra for α, β, γ and proton radiation. We also measured the pulse shape discrimination between α, β, γ, and proton radiation.

PACS numbers: 29.27.Fh, 29.40.Mc

Keywords: CsI:CO 3 Crystal, Scintillation Detector, Proton Beam

∗ E-mail: [email protected]

0 p xs Ä ºÃ ºô Ç $ 3 F gé ß  & ñ  É r Ù þ Ó ü to  < Æ,  ¦\  -t Ó ü to  < Æ x 9 _ « Ñ% ò  ©  1 p x_ ì r \ " f Ä »6 x > 6

[

j" î @ / < Æ §  § ª  < ÆÂ Ò, ] j  ; 390-711 (2009¸  4 Z 4 2{ 9  ~ Ã Î6 £ §)

$ í

0 p xs  Ä ºÃ ºô  Ç $ 3 F gé ß   & ñ  É r Ù þ Ó ü to  < Æ,  ¦\  -t Ó ü to  < Æ x 9 _ « Ñ% ò  ©  1 p x_  ì  r \ " f Ä »6 x >    6

x ) a .  : r  ½ ¨\ " f  H CO 3 \  ¦ 0.02 mol% '  ô  Ç CsI : CO 3 é ß   & ñ _  · ú    , Z   , y     õ   ª $ í



 c   @ /ô  Ç $ 3 F g ì ø Í6 £ x\  @ / #    ½ ¨ % i  . CsI : CO 3 0.02 mol% $ 3 F g é ß   & ñ _  662 keV y     \ 

@

/ô  Ç + þ AF g y   Wr ç ß õ  \  -t  ì  rK 0 p x, #  Q t  ~ ½ Ó   õ   ª $ í  \  @ /ô  Ç  ¦Û ¼& 7 à Ô! 3 , · ú    õ  y  

  ,  ª $ í  ü < y     _  · ú  ü < Z  q Ö  ¦õ  ` O Û ¼  ¸ ª  ½ ¨Z >  0 p x§ 4 1 p x_  $ 3 F g $ í | 9 `  ¦ 8 £ ¤& ñ % i  .

PACS numbers: 29.27.Fh, 29.40.Mc

Keywords: CsI : CO 3 é ß   & ñ , $ 3 F gì ø Í6 £ x,  ª $ í   c  

I. " e Â ] Ø

$ 3

F g   & ñ s ê ø Í F g < Æ& h Ü ¼ Ð È Ò" î ô  Ç   & ñ Ü ¼ Ð" f ~ ½ Ó   s

   ¦\  -t  { 9  (α { 9  ,  ª $ í  ,     1 p x) { 9   





  & ñ ? /_  " é ¶ [ þ ts    o ÷ &   [ þ t* e    î ß & ñ  ©  I

 Ð ÷ &[  t   " f y n C`  ¦ ~ ½ ÓØ  ¦   H   & ñ `  ¦ ´ ú  ô  Ç . s 



Qô  Ç $ 3 F g   & ñ [ þ t É r Ù þ  x 9  ¦\  -t  Ó ü to  < Æ, Ä ºÅ Ò Ó ü to 



<

Æ_  #  Q z ´+ « >\ " f   Ø  ¦  © q \  s 6 x÷ & ¦ e   . ÷  rë ß 



m   X-  CT (X-ray Computer Tomography), PET (Positron Emission Tomography) 1 p xõ  ° ú  É r ~ ½ Ó   % ò  ©  r

Û ¼% 7 _  ~ ½ Ó     Ø  ¦  © u  Ð  Ö ¸6 x÷ & ¦,  Ðî ß  r Û ¼% 7 , q 

õ      © q  1 p x\   6 x÷ & ¦ e   . NaI : Tl $ 3 F g é ß   

&

ñ

`  ¦ r  í Ð t F K t  CsI, CsI : Tl, BGO (Bi 4 Ge 3 O 12 ), PbWO 4 , LSO (Lu 2 SiO 5 ) 1 p x ½ + É Ð  p o · ú º ú o    & ñ õ  í ß 

oÓ ü t   & ñ [ þ ts  > hµ 1 Ï÷ &# Q z ´6 x o ÷ &% 3   [3–11].

Ä

ºo   H CsI   & ñ \  CO 3 \  ¦  Ö ¸$ í ] j Ð '  ô  Ç   & ñ   CsI : CO 3 \  ¦ ¹ ¢ ¤$ í #  s    & ñ _  $ 3 F g : £ ¤$ í \  @ / #   ¸



ô  Ç   e    [1,2,12].  : r   ½ ¨\ " f  H Ä ºo _  s     ½ ¨\ 

"

f ¹ ¢ ¤$ í ô  Ç   & ñ [ þ t ×  æ  Ö ¸$ í ] j Ð CO 3 \  ¦ 0.02 mol%\  ¦ '  

ô



Ç CsI : CO 3 é ß   & ñ \  · ú    ( 241 Am), Z   ( 90 Sr), y  

  ( 137 Cs, 22 Na) x 9  ª $ í   (MC-50 cyclotron of Korea Institute of Radiological & Medical Science (KIRAMS [13, 14]))\  ¦  ¸  #  s  $ 3 F g é ß   & ñ _  $ 3 F g ì ø Í6 £ x`  ¦  

½

¨ % i  .

∗ E-mail: [email protected]

II. ÷ m Ç ] M ö

1. CsI: CO 3 V È° Ë Ñ   m+ s ÇX N Ë S z »

 :

r   ½ ¨\ " f  6 xô  Ç é ß   & ñ r « Ñ  H s   \  ¹ ¢ ¤$ í # 

 É r z ´+ « >\   6 x % i ~  ,  Ö ¸$ í ] j Ð CO 3 \  ¦ 0.02 mol% '  

ô  Ç CsI : CO 3 é ß   & ñ r « Ñ\  ¦  6 x % i   [1,2]. s  r « Ñ





H / B Nl  ×  æ_  Ã ºì  r`  ¦ f  ¨Ã º #  ³ ð  s   < H © | ¨ c 0 A+ « >s  ß ¼ l

 M :ë  H\  Fig. 1\   Ð   ü < ° ú s  t 2 £ § 13.6 mm, U ´s  10.9 mm Ð ¸ ú  " f é ß   `  ¦ ° ú  " f ³ ð  s  È Ò" î >    

#  F gÓ ü t$ í l 2 £ § (mineral oil) 5 Å q\  V , # Q  Ð ' a  ¦ e  % 3 

. · ú     ¸  z ´+ « >`  ¦ l 0 AK  \ Vq  z ´+ « >`  ¦ z ´r ô  Ç    õ

 s   z ´+ « >\ " f  6 x  ¦  Ð ' a   H 1 l xî ß  é ß   \    ç ß  _

  < H © s  e  # Q" f · ú    s  ³ ð  `  ¦ È Òõ  t  3 l wô  Ç   H

 כ

`  ¦ · ú >  ÷ &# Q · ú    `  ¦  ¸    H A á ¤_  é ß   `  ¦ Æ Ò& h Ü

¼ Ð 0.5 mm\  ¦   í Ð ° ú  ? / ¦ È Ò" î >     #   /

B N % i  .

Ä

ºo _  s     ½ ¨\ " f 8 £ ¤& ñ  ) a s  r « Ñ_  µ 1 ÏF g Û ¼& 7 à Ô

! 3

 É r  © s  415 nmü < 488 nm\ " f x ß ¼ e   ¦ Õ ª  s 

° ú

כ  460 nm   H% \  F G$ & h `  ¦ ° ú   H . Õ ªo  ¦ y     \ 

@

/ô  Ç + þ AF g y   Wr ç ß  É r 1.7 µs s   [1,2,12].

2. ÷ m Ç] M ö X ê sV   V R Ë

/ B N ) a CsI : CO 3 é ß   & ñ r « Ñ\  ¦ 1550 V  ¦  · ú s   

 ) a 2  u   ¦s 1 p q F g7 £ xC  ' a (2 inch high gain photo-

muliplier tube (HG PMT, PHOTONIS XP2260))\  · ¡ ­

-687-

Fig. 1. The grown CsI : CO 3 (0.02 mol % concentration of CO 3 ) single Crystal Sample. Quoted from reference [2].

Fig. 2. The schematics of experimental setup for α−, β−, and γ− rays.

0 p xs Ä ºÃ ºô Ç $ 3 F gé ß & ñ É r Ù þ Ó ü to < Æ, ¦\ -t Ó ü to < Æ x 9 _ « Ñ% ò © 1 p x_ ì r \ " f Ä »6 x > 6

j" î @ / < Æ § § ª < ÆÂ Ò, ] j ; 390-711 (2009¸ 4 Z 4 2{ 9 ~ Ã Î6 £ §)

0 p xs Ä ºÃ ºô Ç $ 3 F gé ß & ñ É r Ù þ Ó ü to < Æ, ¦\ -t Ó ü to < Æ x 9 _ « Ñ% ò © 1 p x_ ì r \ " f Ä »6 x > 6

x ) a . : r ½ ¨\ " f H CO 3 \ ¦ 0.02 mol% ' ô Ç CsI : CO 3 é ß & ñ _ · ú , Z , y õ ª $ í

c @ /ô Ç $ 3 F g ì ø Í6 £ x\ @ / # ½ ¨ % i . CsI : CO 3 0.02 mol% $ 3 F g é ß & ñ _ 662 keV y \

/ô Ç + þ AF g y Wr ç ß õ \ -t ì rK 0 p x, # Q t ~ ½ Ó õ ª $ í \ @ /ô Ç ¦Û ¼& 7 à Ô! 3 , · ú õ y

, ª $ í ü < y _ · ú ü < Z q Ö ¦õ ` O Û ¼ ¸ ª ½ ¨Z > 0 p x§ 4 1 p x_ $ 3 F g $ í | 9 ` ¦ 8 £ ¤& ñ % i .

Keywords: CsI : CO 3 é ß & ñ , $ 3 F gì ø Í6 £ x, ª $ í c

F g & ñ s ê ø Í F g < Æ& h Ü ¼ Ð È Ò" î ô Ç & ñ Ü ¼ Ð" f ~ ½ Ó s

¦\ -t { 9 (α { 9 , ª $ í , 1 p x) { 9

& ñ ? /_ " é ¶ [ þ ts o ÷ & [ þ t* e î ß & ñ © I

Ð ÷ &[ t " f y n C` ¦ ~ ½ ÓØ ¦ H & ñ ` ¦ ´ ú ô Ç . s

Qô Ç $ 3 F g & ñ [ þ t É r Ù þ x 9 ¦\ -t Ó ü to < Æ, Ä ºÅ Ò Ó ü to

Æ_ # Q z ´+ « >\ " f Ø ¦ © q \ s 6 x÷ & ¦ e . ÷ rë ß

m X- CT (X-ray Computer Tomography), PET (Positron Emission Tomography) 1 p xõ ° ú É r ~ ½ Ó % ò © r

Û ¼% 7 _ ~ ½ Ó Ø ¦ © u Ð Ö ¸6 x÷ & ¦, Ðî ß r Û ¼% 7 , q

õ © q 1 p x\ 6 x÷ & ¦ e . NaI : Tl $ 3 F g é ß

` ¦ r í Ð t F K t CsI, CsI : Tl, BGO (Bi 4 Ge 3 O 12 ), PbWO 4 , LSO (Lu 2 SiO 5 ) 1 p x ½ + É Ð p o · ú º ú o & ñ õ í ß

oÓ ü t & ñ [ þ ts > hµ 1 Ï÷ &# Q z ´6 x o ÷ &% 3 [3–11].

ºo H CsI & ñ \ CO 3 \ ¦ Ö ¸$ í ] j Ð ' ô Ç & ñ CsI : CO 3 \ ¦ ¹ ¢ ¤$ í # s & ñ _ $ 3 F g : £ ¤$ í \ @ / # ¸

ô Ç e [1,2,12]. : r ½ ¨\ " f H Ä ºo _ s ½ ¨\

f ¹ ¢ ¤$ í ô Ç & ñ [ þ t × æ Ö ¸$ í ] j Ð CO 3 \ ¦ 0.02 mol%\ ¦ '

Ç CsI : CO 3 é ß & ñ \ · ú ( ²⁴¹ Am), Z ( ⁹⁰ Sr), y

( ¹³⁷ Cs, ²² Na) x 9 ª $ í (MC-50 cyclotron of Korea Institute of Radiological & Medical Science (KIRAMS [13, 14]))\ ¦ ¸ # s $ 3 F g é ß & ñ _ $ 3 F g ì ø Í6 £ x` ¦

¨ % i .

1. CsI: CO 3 V È° Ë Ñ m+ s ÇX N Ë S z »

:

r ½ ¨\ " f 6 xô Ç é ß & ñ r « Ñ H s \ ¹ ¢ ¤$ í #

É r z ´+ « >\ 6 x % i ~ , Ö ¸$ í ] j Ð CO 3 \ ¦ 0.02 mol% '

ô Ç CsI : CO 3 é ß & ñ r « Ñ\ ¦ 6 x % i [1,2]. s r « Ñ

H / B Nl × æ_ Ã ºì r` ¦ f ¨Ã º # ³ ð s < H © | ¨ c 0 A+ « >s ß ¼ l

M :ë H\ Fig. 1\ Ð ü < ° ú s t 2 £ § 13.6 mm, U ´s 10.9 mm Ð ¸ ú " f é ß ` ¦ ° ú " f ³ ð s È Ò" î >

# F gÓ ü t$ í l 2 £ § (mineral oil) 5 Å q\ V , # Q Ð ' a ¦ e % 3

. · ú ¸ z ´+ « >` ¦ l 0 AK \ Vq z ´+ « >` ¦ z ´r ô Ç õ

s z ´+ « >\ " f 6 x ¦ Ð ' a H 1 l xî ß é ß \ ç ß _

< H © s e # Q" f · ú s ³ ð ` ¦ È Òõ t 3 l wô Ç H

כ

` ¦ · ú > ÷ &# Q · ú ` ¦ ¸ H A á ¤_ é ß ` ¦ Æ Ò& h Ü

¼ Ð 0.5 mm\ ¦ í Ð ° ú ? / ¦ È Ò" î > # /

B N % i .

ºo _ s ½ ¨\ " f 8 £ ¤& ñ ) a s r « Ñ_ µ 1 ÏF g Û ¼& 7 à Ô

É r © s 415 nmü < 488 nm\ " f x ß ¼ e ¦ Õ ª s

כ 460 nm H% \ F G$ & h ` ¦ ° ú H . Õ ªo ¦ y \

/ô Ç + þ AF g y Wr ç ß É r 1.7 µs s [1,2,12].

2. ÷ m Ç] M ö X ê sV V R Ë

/ B N ) a CsI : CO 3 é ß & ñ r « Ñ\ ¦ 1550 V ¦ · ú s

) a 2 u ¦s 1 p q F g7 £ xC ' a (2 inch high gain photo-

muliplier tube (HG PMT, PHOTONIS XP2260))\ · ¡

¦ s HG PMT_ Ø ¦§ 4 é ß ` ¦ 400 MHz flash analog-to- digital converter (400 MHz FADC) { 9 § 4 é ß \ ¦, 400 MHz FADC_ Ø ¦§ 4 é ß É r > h 6 x ( É Ó' \ ) a (Fig. 2).

Ó s ¦\ -t { 9 $ 3 F g é ß & ñ Ü ¼ Ð [ þ t# Q ¸

é ß & ñ É r r F g ` ¦ ~ ½ ÓØ ¦ô Ç . s y n Cs F g7 £ xC ' aÜ ¼

Ð [ þ t# Q F g µ 1 ÏÒ q t # F g7 £ xC ' a\ " f 7 £ x; ¤ ) a l

ñ Ð ÷ ¶ . s l ñ H 400 MHz FADC\ " f n

t _ O ñ Ð õ H . s X O > ÷ ¶ n t _ O ñ\ ¦ ( É Ó '

\ $ © ¦ C++ X <s ' % o á Ô ÐÕ ªÏ þ ROOT\ ¦ s

6 x # ì r$ 3 ô Ç .

, Z , y ~ ½ Ó \ @ /ô Ç $ 3 F gì ø Í6 £ x X <s '

H © : r\ " f ~ ½ Ó " é ¶` ¦ s 6 x # 8 £ ¤& ñ % i . · ú

¶Ü ¼ Ð H B jo ¸ o u 241 ( ²⁴¹ Am), Z " é ¶ É r Û ¼à Ô : r½ ¢ § 90 ( ⁹⁰ Sr), Õ ªo ¦ y " é ¶Ü ¼ Ð H [ j¸ o u 137 ( ¹³⁷ Cs)õ à

Ôµ ¢ § 22 ( ²² Na)\ ¦ s 6 x % i .

3. X ¢ ¡ ; Ì ¦ R I í Ä 8 ý] K ¡Ì ¦ R (KIRAMS)8 ý MC-50 T ü

>z º² Â ] Ø

ª

$ í \ @ /ô Ç $ 3 F g ì ø Í6 £ x z ´+ « >` ¦ 0 AK ô Ç² D G " é ¶ § 4 _

Æ" é ¶_ MC-50 s 9 þ t Ðà Ô : r ª $ í c _ Û ¼à Ô [ O q \ ¦

6 x % i . ô Ç² D G " é ¶ § 4 _ < Æ" é ¶_ MC-50 s 9 þ t Ðà Ô

:

r É r 45 MeVü < 35 MeV \ -t \ ¦ t H ª $ í c ` ¦ µ

ÏÒ q tr ~ ´ Ã º e H { 9 5 Å ql s . Ä ºo _ z ´+ « >\ " f H Õ

ª × æ 45 MeV ª $ í c ` ¦ s 6 x % i .

MC-50 s 9 þ t Ðà Ô : r_ 45 MeV ª $ í H c s á Ô

Q_ 0.2 cm ¿ ºa _ · ú À Òp ³ o u ½ Ó` ¦ : xõ ¦, 190 cm_ /

Nl \ ¦ t è ß Ê ê F g7 £ xC ' a\ © Ã Ì ) a CsI : CO 3 é ß & ñ r

Ñ\ È Ò ) a . r « Ñ e H t & h t ª $ í ¸ H 1 l x î

ª $ í _ \ -t H 35.0 MeV Ð y èô Ç . s ° ú כ É r GEANT 4 Ú ¦( ¶` ¦ s 6 xô Ç r Ó ý tY Us ` ¦ : x # % 3 É r ° ú כ s

[2].

ª

$ í \ ¦ CsI : CO 3 é ß & ñ r « Ñ\ ¸ l 0 AK MC- 50 s 9 þ t Ðà Ô : r_ c s á Ô = å Q_ 0.2 cm ¿ ºa _ · ú À Ò p

³ o u ½ ÓÜ ¼ ÐÂ Ò' 190 cm_ o \ c _ × æd \ " f ç

# Á # Qè ß © è\ · ú ¡ ] X \ " f / å Lô Ç HG PMT\ © Ã Ì ) a CsI : CO 3 r « Ñ\ ¦ Z ~ H . $ 3 F g & ñ \ { 9 H ª $ í