Positron Annihilation lifetime spectroscopy (PALS) is widely used in various fields as the most accurate method to analyze the microstructure of the materials. The principle is to measure the time difference between the 1274 keV gamma-rays generated when positrons are emitted from 22Na source and 511 keV gamma-rays generated from annihilation of positron inside the materials. In PALS, scintillation detectors are used to measure the positron annihilation lifetime of several picosecond, and timing resolution and count rate are the main performance parameters. In this study, we developed digital PAL spectrometer with silicon photomultiplier (SiPM) which has various advantages compared with photomultiplier tube (PMT). In addition, the effects of performance parameters were studied. The difference in timing resolution according to gamma-ray energy and the need for differential optimization were identified via analytic method and Monte-Carlo simulation.
양전자 소멸시간 분광 분석법은 물질 내부의 초미세 구조를 가장 정확하게 분석할 수 있는 방법으로 다양한 분야에서 널리 쓰이고 있다. 22Na 선원에서 양전자가 방출될 때 발생하는 1274 keV의 감마선과 양전자가 물질 내부에서 소멸하며 발생하는 511 keV의 시간 차이를 측정하는 것이 그 원리이다. 양전자 소멸 시간 분광 분석법은 수 피코 초의 양전자 소멸 시간을 측정하기 위해 섬광형 검출기가 주로 활용되고 있고, 시간 분해능과 계수율이 주요 성능 지표이다. 본 연구에선 근래 광전자 증배관에 비해 다양한 이점을 가지는 실리콘 광증배관과 LYSO 섬광체를 활용한 디지털 분광계를 구축해 인가 전압, 보간 방법, 섬광체 크기에 따른 성능 지표를 비교했다. 또한 방사선 에너지에 따른 시간 분해능 차이와 차등 최적화의 필요성을 확인했고 몬테카를로 전산모사를 통해 그 이유를 분석했다.
