The Dynamic time-over-threshold method for multi-channel APD based gamma-ray detectors

線検出用マルチチャンネルAPDのためのdynamic time over threshold法

織田 忠; 島添 健次*; 高橋 浩之*

Orita, Tadashi; Shimazoe, Kenji*; Takahashi, Hiroyuki*

近年の製造技術の進歩により、線イメージング応用におけるマルチチャネルピクセル検出器の使用が可能になった。線を計測する際に散乱線などの不要な情報を除くためには波高値の取得を行うことが重要である。しかし、チャネル数の上昇に伴い個々のチャネルで信号処理を行うための電子回路数が膨大になるため、回路規模や消費電力の増大が問題になっている。このような問題を回避する方法としてtime over threshold法(ToT法)と呼ばれる信号処理法がある。このToT法は特に医療の分野で非常に注目されている。しかしながら、このToT法は非線形やダイナミックレンジの制約の問題を抱えている。そこで我々はdynamic time over threshold法(dToT法)と呼ばれるあらたな手法を提案した。dToT法とCRRC整形を用いた新たな信号処理システムはToTの非線形性を飛躍的に改善する。GdAlGaO (GAGG)シンチレータとアバランシェフォトダイオードを用いたテスト回路を用い、CsとNaのスペクトルを線形性よく取得した。これらの結果をもとにし、マルチチャネルdToTシステムを組み込んだ新しい特定用途向け集積回路(ASIC)を設計し、Naのスペクトルやシステムの線形性を測定した。

Recent advances in manufacturing technology have enabled the use of multichannel pixelated detectors in gamma ray imaging applications. When obtaining gamma ray measurements, it is important to obtain pulse height information in order to avoid unnecessary events such as scattering. However, as the number of channels increases, more electronics are needed to process each channel's signal, and the corresponding increases in circuit size and power consumption can result in practical problems. The time over threshold (ToT) method, which has recently become popular in the medical field, is a signal processing technique that can effectively avoid such problems. However, ToT suffers from poor linearity and its dynamic range is limited. We therefore propose a new ToT technique called the dynamic time over threshold (dToT) method. A new signal processing system using dToT and CRRC shaping demonstrated much better linearity than that of a conventional ToT. Using a test circuit with a new GdAlGaO (GAGG) scintillator and an avalanche photodiode, the pulse height spectra of Cs and Na sources were measured with high linearity. Based on these results, we designed a new application specific integrated circuit (ASIC) for this multichannel dToT system, measured the spectra of a Na source, and investigated the linearity of the system.