Geant4 몬테칼로 전산모사 툴킷을 이용한 이중모드 컴프턴 카메라 최적화 설계 및 성능평가

Abstract

한양대학교에서는 핵물질 탐지를 위해 고에너지 감마선원 영상화에 적합한 이중산란형 컴프턴 카메라의 원형을 개발하였다. 이중산란형 컴프턴 카메라는 높은 영상해상도를 제공하지만, 기존의 단일산란형 컴프턴 카메라보다 상대적으로 영상감도가 낮다는 한계가 있다. 이에 본 연구에서는 개발된 이중산란형 컴프턴 카메라에 단일산란형 컴프턴 카메라의 기능을 추가함으로써 하나의 시스템에서 두 가지 모드로 작동하는 이중모드 컴프턴 카메라(고민감도(단일산란형)모드와 고해상도(이중산란형)모드)에 대한 개념설계와 이에 대한 최적화 설계를 수행하였다. 최적화된 시스템에서 고민감도 모드는 고해상도 모드에 비해 전 에너지 영역에서 약 100배 정도 높은 고유영상감도를 제공하는 것으로 평가되었으며, 고해상도 모드에서 영상해상도는 기존의 이중산란형 컴프턴 카메라와 거의 같은 결과를 보여 고해상도 영상을 제공하는 것으로 나타났다.

A double-scattering type Compton camera which is appropriate to imaging a high-energy gamma source has been developed for nuclear material surveillance at Hanyang University. The double-scattering type Compton camera can provide high imaging resolution; however, it has disadvantage of relatively low imaging sensitivity than existing single-scattering type Compton camera. In this study, we introduce a novel concept of a dual-mode Compton camera which incorporates two different types of Compton camera, i.e., single- and double-scattering type. The dual-mode Compton camera can operate high-resolution mode and high-sensitivity mode in a single system. To maximize its performance, the geometrical configuration was optimized by using Geant4 Monte Carlo simulation toolkit. In terms of imaging sensitivity, high-sensitivity mode had higher sensitivity than high-resolution mode up to 100 times while high imaging resolution of the double-scattering Compton camera was maintained.