38 CHAPTER 4. GSO結晶の光量のエネルギー依存性 Isotope Half-life Energy Intensity
Decay Mode [keV] [%]
241Am 432.7y 13.93 13.0 Np Lα
α 17.61 20.2 Np Lβ
21.00 5.2 Np Lγ
26.34 2.4
33.19 0.12
43.42 0.073
59.54 35.7
109Cd 1.267y 21.99 28.9 Ag Kα2
ε 22.16 54.5 Ag Kα1
24.93 13.7 Ag Kβ1
25.60 2.7 Ag Kβ2
88.03 3.6
137Cs 30.0y 31.82 2.1 Ba Kα2
β− 32.19 3.8 Ba Kα1
36.36 1.0 Ba Kβ1
37.45 0.3 Ba Kβ2
661.66 85.2
57Co 271d 14.41 9.5
ε 122.06 85.5
136.47 10.7
692.0 0.16
133Ba 10.54y 30.63 35.6 Cs Kα2
ε 30.97 65.7 Cs Kα1
34.97 18.0 Cs Kβ1
36.01 4.4 Cs Kβ2
53.15 2.2
79.61 3.2
80.99 34.2
160.60 0.60 223.24 0.46
276.39 7.1
302.85 18.4 356.00 62.2
383.84 8.9
152Eu 13.33y 39.52 21.2 Sm Kα2
ε(72%) 40.12 38.4 Sm Kα1
β−(28%) 45.38 11.1 Sm Kβ1
46.82 3.3 Sm Kβ2
121.78 28.4
244.69 7.5
344.29 26.6 778.92 13.0
867.38 4.2
964.11 14.5 1112.0 13.6 1408.0 20.8
22Na 2.602y 511.0 89.4×2 annihilation
ε 1274.5 99.9
88Y 106.6d 14.10 17.7 Sr Kα2
ε 14.16 34.0 Sr Kα1
15.83 7.4 Sr Kβ1
16.19 1.0 Sr Kβ2
898.07 92.7 1836.1 99.4
Table 4.2: ライン X/γ 線のエネルギーと放出率
4.5. 結晶の分解能 39
中心エネルギー 線源 混合しているライン[keV]
14.41 57Co 14.41
16.60 241Am 13.93, 17.61, 21.00 22.42 109Cd 21.99, 22.16, 24.93, 25.60 31.15 133Ba 30.63, 30.97, 34.97, 36.01 32.64 137Cs 31.82, 32.19, 36.36, 37.45 40.45 152Eu 39.52, 40.12, 45.38, 46.82 59.54 241Am 59.54
80.50 133Ba 79.61, 80.99 88.03 109Cd 88.03 121.7 152Eu 121.78 244.6 152Eu 244.69
301.6 133Ba 276.39, 302.85 344.3 152Eu 344.29
356.4 133Ba 356.0, 383.84 551.0 22Na annihilation 661.7 137Cs 661.66
Table 4.3: 混合ラインX/γ線の中心エネルギー
1つの光電ピークに混合しているラインと検出器の分解能を考慮したシミュレーショ ンによって求めたその中心エネルギー。
Element Gd Bi
Z 64 83
Absorption Edge or Atomic-Electron Binding Energy [keV]
K-edge(BK) 50.24 90.53
L-edges(BL1, BL2, BL3) 8.38, 7.93, 7.24 16.39, 15.71, 13.41
M-edge(BM) 1.88 4.00
Emission Line [keV](per 100 K-shell vacancies)
Kα1/2 43.00/42.31 77.11/74.82 (47.5/26.6) (46.2/27.7) Kβ1/2/3 48.70/49.96/48.56 87.35/89.78/86.83
(9.3/3.1/4.8) (10.7/3.9/5.6)
Fluorescence Yield for K 0.935 0.968
Fluorescence Yield for L1 0.079 0.117
Fluorescence Yield for L2 0.158 0.378
Fluorescence Yield for L3 0.155 0.373
Data from [2]
Table 4.4: Gd/Bi原子のデータ
40 CHAPTER 4. GSO結晶の光量のエネルギー依存性
Single Gaussian Double Gaussian K-shell L-shell peak[ch] 1470.1 0.2 1455.1 5.0 p1 + 100 sigma[ch] 150.5 0.2 142.31.3 155.9 5.7
area(×10−3) 4949.5 0.8 4024.824.5 89.2 23.8
area[%] 100.0 81.95.0 18.1 4.8
Table 4.5: 59.5 keV光電ピークのフィット結果
Chapter 5
GSO 結晶シンチレータの γ 線応答
硬X線/γ線に対する結晶シンチレータの応答を議論する場合、光量やエネルギー分解能のエネル ギー依存性などと言った結晶の特性に他に、限られた大きさの結晶を使用することで入射した光 子のエネルギーを完全に結晶内で失わずに結晶外へ避散してしまう効果や、周囲の物質からの散 乱X/γ線の効果を考えることが必要である。ここではモンテカルロコードを利用することで、そ のような効果を取り入れて、§4 で取得したスペクトルがどのように再現されるかを示す。
入射光子のエネルギーが高くなるに従い、光子が引き起こす反応は多岐に渡り、多くの2次的 な粒子も生成されるようになる。さらに我々はこれまでGSO結晶の光子検出の閾値を下げる努力 を行なってきた。その結果、数10 keV程度のエネルギーの光子を検出することが可能であり、こ のような低エネルギーγ線に対する結晶の応答を再現させるには、モンテカルロコード自身がこ のような低エネルギー領域における物理素過程に十分対応していなければならない。
従来使われたきたモンテカルロコード EGS4では、蛍光X線の扱いなどが系統的なものでな く、低エネルギーの硬X線領域では正確な結果を得ることができなかった。本研究では最近公開
されたGeant4という測定器シミュレーションの汎用ツール群を用い、さらに低エネルギー領域の
取り扱いを正確に行なうためのパッケージを利用した計算を行なった。その際、そのパッケージ のアルゴリズムに不正確な部分を発見し修正することも行なった(§C.2)。
5.1 5mm 厚の GSO 結晶の透過率
最初にGeant4を用いて作成した新しいプログラムの試験を兼ねて、§4で用いた5 mm厚のGSO 結晶のX/γ線透過率の計算を行なった。透過率は線源強度の不定性とは無関係でかつ実験自体も 単純であり、シミュレーションと実験を比較するのに適している。この比較はシミュレーションで 導入した物質の全反応断面積が正しいかどうかの評価になる。実験結果とEGS4とGeant4の比較 をしたのが図5.1である。Geant4での結果はEGS4および実験結果と一致していることがわかる。