This thesis study is about the effectiveness of a light guide in a silicon photomultiplier (SiPM)-based $\phi$2×2 inch thallium-doped sodium iodide (NaI(Tl)) scintillation detector for an unmanned radiation monitoring system. Previous studies have designed the SiPM-based detector using a light guide. The light guide has a positive effect of reducing the deviation of photon collection efficiency in the scintillator, but it reduces the pulse height due to the photon loss. Therefore, the light guide should be used when there is an obviously positive impact through accurate analysis. The optical simulation resulted that the light guide decreased in the deviation of photon collection efficiency, but significantly increased the statistical uncertainty. On the other hand, a SiPM (12×12 $mm^2$)-based detector with a10 mm or 30 mm light guide and a direct coupling system was tested. The direct coupling system showed better linearity within about 5% error. In addition, it achieved the best energy resolution at all energy peaks (especially, 9.76% at 662 keV).
본 학위논문은 무인 방사선 감시 시스템을 위한 실리콘 광전자증배소자 (SiPM) 기반 2인치 NaI(Tl) 섬광체 검출기에서 광도체의 유효성에 관한 연구이다. 이전의 연구는 광도체를 이용해 검출기를 설계했다. 광도체는 섬광체 내의 광자수집율 편차를 감소시킨다는 긍정적 영향이 있지만, 광자 손실을 유발하여 신호 크기를 감소시킨다. 따라서 광도체는 정확한 분석을 통해 긍정적인 영향이 분명한 경우에 사용해야한다. 광 시뮬레이션의 결과, 광도체로 인한 광자수집율 편차 감소보다 광자 손실로 통계적 불확실성 증가가 더욱 커졌다. 한편, 광도체 (10 mm & 30 mm)를 이용한 SiPM (12×12 $mm^2$) 기반 2인치 NaI(Tl) 섬광체 검출기와 SiPM과 섬광체가 직접 부착한 검출기를 이용한 실험을 진행했다. 직접 연결 검출기는 더 좋은 선형성을 보였다. 게다가, 모든 피크 에너지에 대하여 직접 연결 검출기는 가장 좋은 에너지 분해능 (특히, 662 keV에서는 9.76%)을 보였다.
