실리콘 광증배기(silicon photomultipliers, SiPMs)를 광자 검출 시스템에 활용하면 검출 모듈의 크기를 줄이고, 휴대성과 견고성을 향상시키며, 제품 비용을 낮출 수 있다. 본 연구는 열발광(thermoluminescence, TL) 측정에서 SiPM의 가능성을 검토하고, 검출 한계, 온도의존성, 선량 반응(dose response)을 중심으로 평가하였다. 검출기로는 50 μm 단일광자 애벌랜치 다이오드(single-photon avalanche diodes, SPADs)로 구성된 3 × 3 mm 2 다중 픽셀 포토 카운터(multi-pixel photon counter, MPPC, Hamamatsu MPPC)를 단일광자 계수 모드에서 사용하였다. 이 실험 구성은 TL 판독에서 기존 광전자 증배관(photomultiplier tube, PMT)과 비교하였다. 두 검출기 간의 유사한 광 노출을 보장하기 위해, PMT 앞에 지름 3 mm의 핀홀을 배치하였다. 센서 온도를 −20 °C로 유지하기 위해 열전 냉각(thermoelectric, TE) 냉각 모듈을 사용한 결과, 1.2% 미만의 변동으로 신호 재현성을 확보하였으며, 네 가지 선량계(dosimeter)에 대해 30~300 μGy 범위의 검출 한계를 평가하였다: LiF:Mg,Ti, LiF:Mg,Cu,P, LiF:Mg,Cu,Si, 그리고 Al 2 O 3 :C. 시스템의 선량 반응은 펄스 적층(pile-up) 효과로 인한 현저한 신호 포화로 인해 제한되었다. 우리는 50 ns의 마비성 데드타임(paralyzable deadtime)을 갖는 보정 모델을 도입하였고, 이를 통해 신호 응답이 20배 이상 향상되었다. 또한, 본 모델은 암상 검출률(dark count rate, DCR)이 높은 조건에서 최대 1.67 MHz까지 관측된 계수율(count rates)과도 잘 일치하였다. 본 연구의 결과는 TL 검출기로서 SiPM의 전망에 관한 논의에 더하여 기여한다. • TL 측정에서 SiPM의 능력과 한계가 조사되었다. • 네 가지 선량계에 대해 열적 안정성과 검출 한계를 평가하였다. • 제안된 데드타임 모델은 약 20배 수준의 응답 향상에 기여하였다.
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