KR20200048274A - 방사선 검출 분석 장치 - Google Patents

Abstract

실시예는 방사선을 감지하면 제1 신호를 출력하는 감지부; 상기 제1 신호를 감쇠된 제2 신호로 변환하는 프리앰프부; 상기 제2 신호를 증폭하여 제3 신호를 출력하는 증폭부; 및 상기 제3 신호의 최대 크기에 따라 방사선량을 출력하는 신호분석부;를 포함하고, 상기 증폭부는, 제3 신호가 기준값 이하로 언더슈트(undershoot)되는 것을 방지하는 방지부;를 포함하는 방사선 검출 분석 장치를 개시한다.

Description

방사선 검출 분석 장치{ANALYSIS APPRATUS FOR RADIATION DETECTOR}

실시예는 방사선 검출 분석 장치에 관한 것이다.

기술의 발달에 따라 여러 가지 다양한 전기, 전자, 기계 기구가 개발되어 제공되고 있다. 이 중 계측 시스템 개발 및 의료 방사선 치료분야와 관련하여, 반도체 화합물 이용한 검출 센서가 널리 이용되고 있다.

이러한 반도체 화합물 검출기는 적은 양의 방사선만으로도 일정 수준 이상의 선명한 영상의 획득이 가능하여야 한다. 즉, 입사 방사선에 대한 높은 에너지 분해능을 얻기 위해서 생성한 전하를 높은 효율로 수집하는 것이 중요하다.

하지만, 방사선 검출기에 전압을 인가하고, 방사선 검출기로부터 수집된 전하에 의한 전류는 회로 선로를 통해 측정 단자로 제공되어야 하는 문제가 존재한다.

또한, 증폭 시 출력에 왜곡이 발생하는 한계가 존재한다.

실시예는 방사선 검출 분석 장치를 제공한다.

또한, 왜곡이 제거된 출력을 제공하는 방사선 검출 분석 장치를 제공한다.

또한, 해상도의 저하를 방지하는 방사선 검출 분석 장치를 제공한다.

실시예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.

실시예에 따른 방사선 검출 분석 장치는 방사선을 감지하면 제1 신호를 출력하는 감지부; 상기 제1 신호를 감쇠된 제2 신호로 변환하는 프리앰프부; 상기 제2 신호를 증폭하여 제3 신호를 출력하는 증폭부; 및 상기 제3 신호의 최대 크기에 따라 방사선량을 출력하는 신호분석부;를 포함하고, 상기 증폭부는, 제3 신호가 기준값 이하로 언더슈트(undershoot)되는 것을 방지하는 방지부;를 포함한다.

상기 기준값은 상기 제3 신호가 상기 증폭부에서 가지는 초기값일 수 있다.

상기 제3 신호는 같은 양의 방사선에 대해 최대 크기가 동일할 수 있다.

상기 방지부는 상기 증폭부의 극점과 영점을 제거할 수 있다.

상기 증폭부는,

상기 제3 신호는 정규분포형태일 수 있다.

신호분석부는,

상기 최대 크기에 따른 방사선량을 히스토그램으로 제공할 수 있다.

상기 신호분석부는,

상기 제3 신호에 대해 제1 주기에서 얻은 제1 값과 제2 주기에서 얻은 제2 값을 비교하여 중심의 이동을 차단하도록 방지부의 크기를 조정하고,

제1 주기는 제3 신호의 주기로 제2 주기보다 크고,

상기 제1 값과 상기 제2 값은 제1 주기와 제2 주기 각각에서 얻은 제3 신호의 최대값일 수 있다.

상기 프리앰프부는,

제1 커패시터와 제1 저항을 포함하고,

상기 제1 커패시터와 상기 제1 저항은 병렬 연결되고,

상기 제1 커패시터와 상기 제1 저항의 일단으로 상기 제1 신호가 인가되며,

상기 제1 커패시터와 상기 제1 저항의 타단으로 상기 제2 신호가 출력되며,

상기 증폭부는,

제2 커패시터와 제2 저항을 포함하고,

상기 제2 커패시터의 일단은 상기 상기 제1 커패시터와 상기 제1 저항의 타단과 연결되어 상기 제2 신호가 인가되고,

상기 제2 커패시터의 타단에 상기 제2 저항의 일단이 연결되고,

상기 제2 저항의 타단은 그라운드 연결되고,

상기 방지부는 상기 제2 커패시터와 병렬로 연결될 수 있다.

실시예에 따르면, 방사선 검출 분석 장치를 구현할 수 있다.

또한, 왜곡이 제거된 출력을 제거하는 방사선 검출 분석 장치를 제작할 수 있다.

또한, 해상도의 저하를 방지하는 방사선 검출 분석 장치를 제작할 수 있다.

본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 실시예에 따른 방사선 검출 분석 장치의 블록도이고,
도 2는 도 1의 방사선 검출 분석 장치 내에서 신호를 도시한 그래프이고,
도 3은 실시예에 따른 감지부의 제1 신호를 설명하는 도면이고,
도 4는 실시예에 따른 프리앰프부를 도시한 도면이고,
도 5는 실시예에 따른 증폭부를 도시한 도면이고,
도 6은 도 5의 변형예이고,
도 7a는 실시예에 따른 증폭부 내 방지부의 동작을 설명하는 도면이고,
도 7b는 증폭부의 효과를 설명하는 도면이고,
도 8은 실시예에 따른 신호분석부의 동작을 설명하는 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 실시예에 따른 방사선 검출 분석 장치의 블록도이고, 도 2는 도 1의 방사선 검출 분석 장치 내에서 신호를 도시한 그래프이고, 도 3은 실시예에 따른 감지부의 제1 신호를 설명하는 도면이고, 도 4는 실시예에 따른 프리앰프부를 도시한 도면이고, 도 5는 실시예에 따른 증폭부를 도시한 도면이고, 도 6은 도 5의 변형예이고, 도 7a는 실시예에 따른 증폭부 내 방지부의 동작을 설명하는 도면이고, 도 7b는 증폭부의 효과를 설명하는 도면이고, 도 8은 실시예에 따른 신호분석부의 동작을 설명하는 도면이다.

먼저, 도 1을 참조하면, 실시예에 따른 방사선 검출 분석 장치는 감지부(100), 프리앰프부(200), 증폭부(300) 및 신호분석부(400)를 포함한다.

감지부(100)는 주입된 방사선을 감지하면 제1 신호를 출력할 수 있다. 구체적으로, 도 3을 참조하면, 감지부(100)는 방사선 검출기일 수 있다. 다만, 방사선 검출기의 반도체는 이에 한정되지 않으며, SiC와 같은 Ⅳ-Ⅳ족 화합물 반도체, AlN와 같은 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체도 사용될 수 있다.

감지부(100)는 제1 전극층(10), 광 도전층(20) 및 제2 전극층(30)을 포함하고, 방사선이 인가되면 광 도전층(20)을 통해 발생한 전자, 정공이 제1 전극층(10), 제2 전극층(30)으로 이동하고 전자, 정공에 의해 발생한 전류를 출력할 수 있다. 예컨대, 감지부(100)는 제1 신호인 전류를 출력할 수 있다. 다만, 이러한 종류에 한정되는 것은 아니다.

구체적으로, 제1 전극층(10)은 방사선 검출기(200)의 하부에 배치될 수 있다. 그리고 제1 전극층(10)은 전원이 인가되는 제1 전극(미도시됨)을 포함할 수 있다. 제1 전극층(10)은 제1 전극을 포함하고, 단일 평면의 전극으로 이루어질 수 있다. 제1 전극은 복수 개일 수 있으나, 이러한 개수에 한정되지 않는다.

또한, 제1 전극층(10)은 캐소드로 동작할 수 있다. 다만, 이러한 기능에 한정되는 것은 아니다. 제1 전극층(10)은 제1 전극을 통해 전압이 인가될 수 있다. 이에, 방사선 검출기에 방사선이 인가되면 광 도전층(20)에서 일어나는 반응에 따라 생성된 양이온이 제1 전극층(10)으로 이동 및 축적될 수 있다.

다만, 제1 전극층(10)에 양이온이 축적됨에 따라 방사선 검출기의 전기장 세기가 줄어드는 문제가 발생할 수 있다. 이를 해결하기 위해, 제1 전극층(10)은 이온화 포텐셜이 낮은 금속을 사용하여 계면 반응에 의해 양이온이 축적되는 현상을 완화할 수 있다. 예컨대, 제1 전극층(10)은 Ca, Sr, Ti, Ba, fe, Sc, B, Ta, Lu, Pb, Tl 등을 포함할 수 있다.

광 도전층(20)은 제1 전극층(10) 상에 배치될 수 있다. 광 도전층(20)은 방사선이 인가될 수 있다. 방사선은 광 도전층(20)에서 이온화 작용에 의해 에너지를 잃어버리면서 전자-정공으로 변할 수 있다. 광 도전층(20) 내의 전자-정공은 광 도전층(20) 양단에 배치되는 제1 전극층(10)과 제2 전극층(30) 중 어느 하나로 제1 전극층(10)과 제2 전극층(30) 사이에 형성된 전기장을 따라 각각 이동할 수 있다. 예컨대, 전자는 제2 전극층(30)으로 이동하여, 제2 전극층(30)에서 전자가 수집될 수 있다.

광 도전층(20)은 방사선 입사에 의해 전하가 생성되는 단결정 및 다결정 반도체를 포함할 수 있다. 또한, 높은 분해능을 위해서 큰 비저항을 갖는 반도체를 바람직하게 사용할 수 있다. 예를 들어, 방사선 검출기(200)는 높은 원자번호를 갖는 원소로 구성된 화합물 반도체를 사용할 수 있다. 예를 들어, 방사선 검출기(200)는 CdTe, CdMTe(여기서, M은 Zn 또는 Mn), CdZnxTey1Sey2 (x+(y1+y2)=1), TlBr, YI2(Y는 Hg 또는 Pb), AlSb, PbSe 또는 PbO일 수 있다.

제2 전극층(30)은 광 도전층(20) 상에 배치될 수 있다. 그리고 제2 전극층(30)은 복수 개의 제2 전극(31)을 포함할 수 있다. 예컨대, 복수 개의 제2 전극(31)은 이격 배치될 수 있다. 방사선 검출기가 화합물 반도체를 포함하는 경우, 홀에 의한 신호를 제거하기 위해 이격 배치된 제2 전극(31)으로부터 수집/비수집이 반복되는 Coplanar 구조를 포함할 수 있다. 이에, 방사선이 방사선 검출기의 내부에서 반응하는 위치에 따라 검출신호가 다르게 나타나는 문제를 완화할 수 있다. 또한, 방사선 검출기에서 제2 전극층(30)은 제1 전극층(10)과 상이한 극성의 전압이 가해질 수 있다.

도 2를 참조하면, 전술한 바와 같이, 감지부(100)는 입사된 방사선과 상호작용으로 흡수된 에너지에 비례하여 (a)와 같이 방사선이 입사되는 시점(Ti)부터 제1 신호인 전류를 출력할 수 있다.

도 1을 다시 참조하면, 프리앰프부(200)는 감지부(100) 후단에 배치되어, 제1 신호를 감쇠된 제2 신호로 변환할 수 있다.

예컨대, 프리앰프부(200)는 감지부(100)에서 검출한 제1 신호인 전류 신호를 제2 신호인 전압 신호로 변환할 수 있다. 이 때, 프리앰프부(200)는 입사된 방사선(여기서, 제1 방사선)의 에너지에 비례하여 제1 신호가 지속되는 경우에 이후에 입사된 방사선(제2 방사선)에 대한 에너지를 정확하게 측정하도록 제1 신호를 감쇠할 수 있다.

도 4를 참조하면, 프리앰프부(200)는 제1 저항(R1)과 제1 커패시터(C1)를 포함하여, 감지부(100)로부터 출력된 제1 신호(I1)를 입력 신호로 제2 신호(V1)를 출력할 수 있다. 제1 커패시터(c1)와 제1 저항(R1)은 병렬로 연결되고, 제1 커패시터(C1)와 제1 저항(R1)의 일단으로 제1 신호가 인가되도록 연결되고, 제1 커패시터(C1)와 제1 저항(R1)의 타단은 제2 신호가 출력되며 후술하는 증폭부에서 제2 커패시터(C2)의 일단과 연결될 수 있다.

그리고 제1 저항(R1)과 제1 커패시터(C1)를 조절하여 제1 저항(R1)과 제1 커패시터(C1)에 의한 시상수가 조절되므로, 프리앰프부(200)는 제2 신호(V1)가 지수함수로 감소시킬 수 있다. 또한, 제1 커패시터(C1)는 제2 신호(V1)의 크기를 결정할 수 있다. 구체적으로, 제1 커패시터(C1)는 제2 신호(V1)에 반비례할 수 있으며, 아래 수학식 1에 의해 제2 신호가 결정될 수 있다.

[수학식 1]

V1=Q/C1

(여기서, Q는 전하량이다)

도 2에서 (b)를 참조하면, 프리앰프부(200)는 지수함수(e)로 붕괴되는 제2 신호를 출력할 수 있어, 방사선이 입사되는 간격이 감소하더라도 입사된 각 방사선에 대한 검출이 용이하게 이루어질 수 있다.

다시 도 1와 도 2를 참조하면, 증폭부(300)는 제2 신호를 증폭하여 제3 신호를 증폭할 수 있다. 도 2의 (c)와 같이, 제2 신호를 정규분포형태의 제3 신호로 출력할 수 있다.

구체적으로, 도 5를 참조하면, 증폭부(300)는 방지부(310)를 포함하여, 시간이지난 후인 정상상태에서 제3 신호(V3)의 값과 초기에서 제3 신호(V3)의 값이 동일한 값을 가지도록 할 수 있다. 즉, 방지부(310)는 제3 신호가 기준값 이하로 언더슈트(undershoot)가 발생(k)하는 것 방지할 수 있다. 여기서, 언더슈트(undershoot)란 정상상태에 이르지 못한 하강분의 정도이고, 기준값은 방사선이 입사되기 전인 제3 신호의 초기값 또는 소정의 시간(undershoot가 제거되는 오랜 시간)이 지난 후의 제3 신호의 값이다. 또한, 값은 전류, 전압 등의 크기를 의미한다.

또한, 제2 신호가 일정한 주기(T)인 경우, 도 7a와 같이 실시예에 따른 증폭부(300)는 방지부(310)가 없다면 언더슈트(undershoot)로 인해 감소되는 만큼 제3 신호의 크기가 감소할 수 있다. 이에 따라, 증폭부(300)는 방사선이 반복하여 인사되더라도 방지부(310)를 통해 제3 신호(V3)의 최대 크기(Vst)가 언더슈트(undershoot)로 인해 감소되는 것을 방지하여, 정확한 제3 신호(V3)의 전압의 크기를 출력할 수 있다. 즉, 상술한 바와 같이 언더슈트의 제거가 정확하게 이루어져 해상도의 상승을 제공할 수 있다.

다시 도 5를 참조하면, 증폭부(300)는 제2 커패시터(C2)와 제2 저항(R2)를 포함할 수 있다. 제2 커패시터(C2)의 일단으로 입력 신호(제2 신호, V1)가 인가될 수 있다. 그리고 제2 커패시터(C2)의 타단에 제2 저항(R2)의 일단이 연결될 수 있고, 제2 저항(R2)의 타단은 접지 등과 연결되어 그라운드 연결될 수 있다.

그리고 전술한 방지부(310)는 저항(RL)로 이루어질 수 있다. 저항(RL)은 제2 커패시터(C2)와 병렬로 연결되어, 제2 커패시터(C2)의 일단과 제2 커패시터(C2)의 타단 사이에 배치될 수 있다.

또한, 제2 커패시터(C2)의 일단으로 제2 신호가 입력되고, 제3 신호는 제2 저항(R2)의 일단으로 출력될 수 있다.

방지부(310)는 제2 커패시터(C2)와 병렬로 연결됨으로써, 제2 신호와 제3 신호 간의 극점(pole)과 영점(zero)를 제거할 수 있다. 이로써, 제2 신호와 제3 신호 간의 전달함수가 2차 이상의 차수를 갖지 못하여 언더슈트(undershoot)가 발생하지 않을 수 있다. 즉, 제2 신호와 제3 신호 간의 전달함수는 1차 이하의 차수를 가질 수 있으며, 이러한 구성에 의하여 방지부(310)의 저항(RL)이 제3 신호의 언더슈트를 제거할 수 있다.

또한, 도 7b를 참조하면, 증폭부(300)는 제2 신호(V1)의 신호 크기를 증폭할 수 있다.

그리고 제2 신호(V1)는 신호대 잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR)가 작으므로, 증폭부(300)는 제2 신호(V1)의 대역폭(예컨대, 저역 및 고역 차단주파수 사이의 주파수 영역)을 감소할 수 있다. 구체적으로, 증폭부(300)는 주파수 영역에서 입력 대비 출력이 최대 크기 주파수를 기준으로 기울기가 커지는 제1 기울기(S1)와 기울기가 감소하는 제2 기울기(S2)를 가질 수 있다.

또한, 도 6과 같이 제3 커패시터(C3)와 제3 저항(R3)은 복수 개로 종속 접속할 수 있다. 이 경우, 제1 기울기(S1)는 제2 기울기(S2)의 n배일 수 있으며, 이는 종속 접속된 횟수(n)에 의해 결정될 수 있다. 즉, n은 제3 커패시터(C3) 및 제3 저항(R3)의 개수에 대응하여 결정되며 신호가 정규분포를 이루도록 할 수 있다. 이로써, 신호 대 잡음 비가 향상될 수 있다. 예컨대, 제3 커패시터(C3)와 제3 저항(R3)가 각각 4개인 경우 n은 4로 결정될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 제1 기울기(S1)는 신호의 크기가 증가하는 구간의 기울기이고, 제2 기울기(S2)는 신호의 크기가 감소하는 구간의 기울기이다. 이 때, 제1 기울기(S1)와 제2 기울기(S2)는 단위가 dB/decade일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

이로써, 증폭부(300)는 제3 신호의 대역폭을 감소하므로, 신호 대 잡음비를 개선할 수 있다. 즉, 증폭부(300)는 제2 신호를 성형하여 신호 대 잡음비를 개선하고, 신호 크기를 증폭하고 언더슈트를 제거할 수 있다.

또한, 도 5 및 도 6에서 제2 신호(V1)는 제2 커패시터(C2)와 제2 저항(R2)를 통해 미분되므로, 크기의 유지 시간이 감소하며, 고주파 성분의 노이즈를 가질 수 있다. 이 때, 제3 저항(R3)과 제3 커패시터(C3)는 앰프(OP1)에 의해 제2 커패시터(C2)와 제2 저항(R2)과 구조적, 전기적으로 분리될 수 있다. 이에 따라, 제2 저항(R2) 및 제2 커패시터(C2)의 임피던스와 제3 저항(R3) 및 제3 커패시터(C3)의 임피던스는 각각 반영될 수 있다.

이로써, 증폭부(300)의 단위스텝응답은 아래의 수학식 2에 의해 결정될 수 있다.

[수학식 2]

이 때, 제3 신호는 제3 커패시터(C3)와 제3 저항(R3)의 종속 접속된 개수의 조절을 통해 정규분포화될 수 있다. 즉, 제3 신호(V2)는 가우시안 형태로 이루어질 수 있다. 이로써, 방사선 신호의 검출이 용이해질 수 있다. 뿐만 아니라, 전술한 방지부(310)에 의해 언더슈트가 제거되어 방사선 검출은 더욱 용이해질 수 있다.

즉, 실시예로 언더슈트는 제1 신호의 주기 변경(이는 제2 신호의 주기 변경과 동일함)을 이용하여 저항(RL)의 값을 변경하여 제거될 수 있다. 이 때, 제1 신호의 주기 변경은 감지부(100) 내의 배치된 신호 발생부(미도시됨)에 의해 이루어질 수 있다. 다만, 신호 발생부(미도시됨)는 이러한 위치에 한정되는 것은 아니다. 또한, 신호 발생부(미도시됨)는 다양한 주기의 제1 신호를 임의로 생성하여 프리앰프부(200)로 송신할 수 있다. 이에, 후술하는 바와 같이 주기 변경을 통해 언더슈트가 제거되는 저항을 용이하게 변경할 수 있다.

보다 구체적으로, 신호발생부(미도시됨)는 인가된 방사선에 대응하는 신호가 출력되는 제1 신호를 발생할 수 있다. 실시예로, 신호발생부는 방사선 입사에 따른 제3 신호와 동일한 값을 출력하는 제1 신호를 생성할 수 있다. 그리고 제1 신호로부터 폴제로(pole-zero)가 제거되지 않아 발생하는 언더슈트(undershoot)에 의한 중심 이동이 제거될 때까지(후술함) 제1 신호의 주기를 변화할 수 있다. 이 때, 제1 신호의 주기는 저항(RL)으로 이루어질 수 있으며, 중심 이동이 제거되도록 설정된 저항(RL)을 유지하여 입사된 방사선을 하기와 같이 검출할 수 있다.

이에 대해 구체적으로 설명하면, 제1 신호로부터 출력된 제2 신호의 주기가 다음 신호에 영향이 없을 정도로 큰 주기를 가지면서 증폭부(300)로 인가될 수 있다. 이 때, 언더슈트(undershoot)로부터 제3 신호가 0이 되는 시점까지 걸리는 주기(예컨대, 시간)보다 제2 신호의 주기는 클 수 있다. 즉, 여기서 주기는 제2 신호의 지수 형태의 신호의 주기를 의미할 수 있다. 이후에 제3 신호의 최대값을 1차로 검출할 수 있다.

그리고 제2 신호를 언더슈트가 발생하는 주기로 재설정하여 다시 제3 신호의 최대값을 2차로 검출할 수 있다. 이하 후술하는 바와 같이 언더슈트가 존재하는 경우의 제3 신호의 최대값이 언더슈트가 존재하지 않는 경우와 동일하게 되도록 저항(RL)의 값을 변경할 수 있다.

도 8을 참조하면, 언더슈트가 존재하는 경우(방지부(310)가 존재하지 않는 경우)에 제3 신호의 최대값은 8[V]로 카운트(count)되나, 언더슈트가 존재하지 않는 경우(방지부(310)가 존재하는 경우)에 제3 신호의 최대값은 10V로 중심의 이동이 일어날 수 있다.

이와 같이, 방지부(310)는 제3 신호(V2)의 최대값을 정확하게 검출할 수 있으므로, 실시예에 따른 방사선 검출 분석 장치는 동일한 양의 방사선이 입사되면 동일한 최대값을 제공할 수 있다.

다시 도 6을 참조하면, 증폭부의 변형예로, 전술한 바와 같이 커패시터-저항회로와 저항-커패시터가 종속(cascade) 접속된 구조일 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고, 종속 접속된 저항-커패시터는 복수 개일 수 있다.

구체적으로, 도 5에서 전술한 회로에서, 제2 커패시터(C2)의 타단에 증폭기가 연결되고, 증폭기의 출력에 제3 저항(R3)의 일단이 연결될 수 있다. 그리고 제3 저항(R3)의 타단과 제3 커패시터(C3)의 일단이 연결되고, 제3 커패시터(C3)의 타단은 그라운드 연결될 수 있다. 이 때, 제3 커패시터(C3)의 일단으로 제3 신호(V2)가 출력될 수 있다. 또한, 제3 저항(R3)와 제3 커패시터(C3)는 적어도 하나 이상 종속 접속될 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 신호분석부(400)는 감지부(100)로부터 출력된 전하량에 대한 아날로그 신호를 디지털로 변환할 수 있다. 예컨대, 신호분석부(400)는 제3 신호(V2)의 최대 크기에 따른 방사선량을 히스토그램으로 출력할 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 신호분석부는 제3 신호(V2)의 최대 크기 별 횟수(카운트, count)에 대한 히스토그램(histogram)으로 출력할 수 있다

이 때, 입사되는 방사선의 양과 입사 시점이 랜덤이더라도 실시예에 따른 증폭부가 언더슈트(undershoot)를 차단하여, 신호분석부(400)는 방사선의 양을 나타내는 출력값인 최대전압 및 횟수를 정확하게 제공할 수 있다.

구체적으로, 신호분석부(400)는 관측기(오실로스코프)를 통해 언더슈트가 일부만 제거되는 경우 출력된 제3 신호(V2)의 최대 크기가 부정확할 수 있다. 이에, 실시예에 따른 방사선 검출 장치는 제1 주기(언더슈트가 발생한 경우의 주기)에서 얻은 제1 값과 제2 주기(언더슈트가 발생하지 않은 경우의 주기)에서 얻은 제2 값을 비교하여 방지부(310)의 크기(예컨대, 저항의 크기)를 조정할 수 있다. 즉, 제1 값이 제2 값을 가지도록 방지부(310)의 크기를 조정할 수 있다. 여기서, 제1 주기는 제2 주기보다 크며, 제1 주기는 상술한 중심의 이동이 발생하지 않는 주기이다. 그리고 제1 값과 제2 값은 제1 주기와 제2 주기 각각에서 얻은 제3 신호의 최대값이다. 이에 따라, 방지부(310)의 저항(RL)은 제1 신호의 주기 조절을 통해 중심의 이동이 차단하도록 조절될 수 있다.

실시예로, 제2 커패시터(C2)와 제2 저항(R2) 간의 시상수와 제3 커패시터(C3)와 제3 저항(R3) 간의 시상수는 동일할 수 있다. 이 때, 언더슈트(undershoot)로부터 제3 신호가 0이 되는 시점까지 걸리는 주기(예컨대, 시간)보다 제2 신호의 주기(T)는 클 수 있다. 이로써, 언더슈트(undershoot) 발생을 억제할 수 있다.

또한, 신호분석부(400)는 제1 값과 제2 값이 서로 같아질 때까지 제1 주기와 제2 주기를 증가할 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 주기가 증가하여 언더슈트가 발생하지 않아 방사선 검출의 정확도가 개선될 수 있다.

또한, 신호분석부(400)는 x축(제3 신호의 최대값)을 기 저장된 에너지 정보를 반영하여 출력 에너지(eV)로 변경할 수 있다. 그리고 신호분석부(400)는 y축(횟수, count)에서 피크 부분을 데이터 추출하여 면적을 산출함으로써 방사선량을 검출할 수 있다. 여기서, 데이터 피팅은 가우시안 피팅을 포함할 수 있다.

이와 같이, 실시예에 따른 방사선 검출 분석 장치는 방사선 붕괴가 실제로 랜덤하게 발생하더라도 방사선의 검출 시에 방사선에 의한 신호 발생의 주기를 변경할 수 있다. 또한, 언더슈트가 제거되도록 저항을 조절하여 방사선 신호를 검출하므로 방사선 검출 분석 장치는 분해 성능을 개선할 수 있다.

본 실시예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (8)

1. 방사선을 감지하면 제1 신호를 출력하는 감지부;
   상기 제1 신호를 감쇠된 제2 신호로 변환하는 프리앰프부;
   상기 제2 신호를 증폭하여 제3 신호를 출력하는 증폭부; 및
   상기 제3 신호의 최대 크기에 따라 방사선량을 출력하는 신호분석부;를 포함하고,
   상기 증폭부는,
   제3 신호가 기준값 이하로 언더슈트(undershoot)되는 것을 방지하는 방지부;를 포함하는 방사선 검출 분석 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 기준값은 상기 제3 신호가 상기 증폭부에서 가지는 초기값인 방사선 검출 분석 장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 제3 신호는 같은 양의 방사선에 대해 최대 크기가 동일한 방사선 검출 분석 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 방지부는 상기 증폭부의 극점과 영점을 제거하는 방사선 검출 분석 장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 증폭부는,
   상기 제3 신호는 정규분포형태인 방사선 검출 분석 장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 신호분석부는,
   상기 최대 크기에 따른 방사선량을 히스토그램으로 제공하는 방사선 검출 분석 장치.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 신호분석부는,
   상기 제3 신호에 대해 제1 주기에서 얻은 제1 값과 제2 주기에서 얻은 제2 값을 비교하여 중심의 이동을 차단하도록 방지부의 크기를 조정하고,
   제1 주기는 제3 신호의 주기로 제2 주기보다 크고,
   상기 제1 값과 상기 제2 값은 제1 주기와 제2 주기 각각에서 얻은 제3 신호의 최대값인 방사선 검출 분석 장치.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 프리앰프부는,
   제1 커패시터와 제1 저항을 포함하고,
   상기 제1 커패시터와 상기 제1 저항은 병렬 연결되고,
   상기 제1 커패시터와 상기 제1 저항의 일단으로 상기 제1 신호가 인가되며,
   상기 제1 커패시터와 상기 제1 저항의 타단으로 상기 제2 신호가 출력되며,
   상기 증폭부는,
   제2 커패시터와 제2 저항을 포함하고,
   상기 제2 커패시터의 일단은 상기 상기 제1 커패시터와 상기 제1 저항의 타단과 연결되어 상기 제2 신호가 인가되고,
   상기 제2 커패시터의 타단에 상기 제2 저항의 일단이 연결되고,
   상기 제2 저항의 타단은 그라운드 연결되고,
   상기 방지부는 상기 제2 커패시터와 병렬로 연결되는 방사선 검출 분석 장치.

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