<3328BCADC8F1292E687770>

Transcription

1 기술논문 이중모드컴프턴카메라의측면흡수부제작을위한신호처리회로개발 서희 *, 박진형, 박종훈, 김영수, 김찬형, 이주한, 이춘식 * 한국원자력연구원, 한양대학교원자력공학과, 중앙대학교물리학과 2011 년 9 월 8 일접수 / 2011 년 11 월 8 일 1 차수정 / 2012 년 2 월 21 일 2 차수정 /2012 년 2 월 22 일채택 본연구에서는이중모드컴프턴카메라의측면흡수부개발을위해 CsI(Tl) 섬광체에실리콘광다이오드를결합한섬광검출기를제작하였고, 이를위한신호처리회로를설계및제작하였다. 개발된신호처리회로는에너지를결정하는파트와타이밍을결정하는파트로구성되어있으며, 트리거신호를발생시키기위해상승에지선별기및 TTL-to-NIM 로직변환기를포함하도록개발하였다. 검출기와초단의신호처리회로 (front-end electronics, FEE) 는 AC 커플링구조로구성하였다. FEE 의잡음특성은전체시스템의성능에크게기여하므로설계시고려해야할몇가지조건들에대해논의하였다. 이후제작된감마선검출시스템의에너지분해능및시간분해능을결정하였다. 평가된에너지분해능은 662 kev 피크와 511 kev 피크에대해서각각 12.0% 및 15.6% FWHM 이었다. 시간분해능은 59.0 ns 로평가되었다. 본연구를통해제작된섬광검출기및신호처리회로의성능이기대에다소미치지못하므로결론에서는성능향상을위한추가연구방향에대해논의하였다. 중심어 : 컴프턴카메라, 이중모드, 섬광검출기, 실리콘광다이오드, 신호처리회로 1. 서론 1) 컴프턴카메라는컴프턴산란에기반을둔감마선방출영상장치로서감마선원의위치및분포에대한 3 차원적인영상을고정된위치에서제공할수있다 [1]. 우리는지난연구들을통해프로토타입의이중산란형컴프턴카메라를개발한바있다 [2-4]. 이중산란형컴프턴카메라는일반적인컴프턴카메라가가지는단일산란형의구조와는달리두개의산란부를사용함으로써산란된광자의궤적을보다정확하게결정하고이를통해높은영상해상도를얻을수있다는장점이있다. 반면, 광자가매우얇은산란부검출기두개를통과하면서각각의산란부내에서한번씩컴프턴산란을해야한다는조건때문에영상감도가상대적으로저조하다는문제가있었다 [5]. 이에우리는이중산란형과단일산란형구조가하나의영상장치에적용된이중모드컴프턴영상장치를개발하고있다 ( 그림 1). 이중모드컴프턴영상장치는두개의산란부검출기, 위치민감형후방흡수부검출기, 네대의에너지결정용측면흡수부검출기로구성되어있다. 여기서위치민감형후방흡수부검출기는단일또는이중산란형모드, 둘다에서사용되는검출기로서두개의산란부검출기중어느하나 ( 단일산란형모드 ) 또는둘다에서 ( 이중산란형모드 ) 컴프턴산란을일으킨후위치민감형 교신저자 : 김찬형, chkim@hanyang.ac.kr 서울시성동구행당동 17 한양대학교원자력공학과 흡수부검출기에흡수되었을경우이를유효반응으로기록하여영상재구성에적용하는구조이다. 반면측면흡수부는이중산란형모드에서만영상감도를높이기위해사용되는검출기로서첫번째산란부에서산란된광자가두번째산란부에서큰각도로산란될경우이를흡수시키기위한용도로사용된다. 본연구에서는이중모드컴프턴영상장치의측면흡수부검출기제작을위해소형의 CsI(Tl) 섬광체에광다이오드 (photodiode) 를결합하여감마선검출기를제작하였고, 이를위한신호처리회로를설계및제작한후성능을평가하였다. Fig. 1. Dual-mode Compton camera consisting of two scatter detectors (red and green), one back-absorber detector (blue), and four side-absorber detectors (yellow). JOURNAL OF RADIATION PROTECTION, VOL.37 NO.1 MARCH

2 2. 신호처리회로설계및제작 그림 2 는 NaI(Tl) 와 CsI(Tl) 섬광체에서발생되는빛의파장분포를보여주고있다 [6]. 이와함께광범위하게사용되는 Bialkali PMT 의파장에따른반응분포를비교하여보여주고있다. NaI(Tl) 섬광체의경우에는발생되는빛의파장과 PMT 의반응분포가매우적절하게대응되어높은광효율 (quantum efficiency) 을기대할수있다. 그러나 CsI(Tl) 섬광체의경우에는피크파장이 540 nm 정도이며이때의 Bialkali PMT 의반응도는약 20% 수준이므로 Bialkali PMT 와결합하여사용하기에는적합하지않다. Fig. 3. S silicon photodiode made by Hamamatsu (left) and CsI(Tl) scintillator treated by white reflective paint (right). 굴절율이 이며 280 nm~700 nm 파장의빛에대한광투과율이 95% 정도인실리콘광그리스 (silicon optical grease, model: BC-630, St. Gobain Crystals) 를통해 CsI(Tl) 섬광체와광다이오드를광결합 (optical coupling) 하였다. 이후섬광체내에서발생되는빛의수집효율을높여주고외부의빛은들어오지않도록테프론테이프 (Teflon tape) 를통해차광 (optical shielding) 을해주었고, 검정종이테이프를사용하여추가로감싸주었다 ( 그림 4). 향후외부에서들어오는빛을차단하기위해 St. Gobain 社에서제작하는 BC-638 black wrapping tape 를사용할계획이다. Fig. 2. Spectral sensitivity of bialkali PMT (black triangles) and spectral intensity of NaI(Tl) scintillator (red squares) and CsI(Tl) scintillator (blue circles) [6]. 이에본연구에서는 CsI(Tl) 섬광체와광다이오드를결합하여감마선검출기를제작하였다. 광다이오드를사용할경우매우간소하게시스템을구성할수있으며, 높은사용전압이필요하지않다는장점이있다. 본연구에서사용된광다이오드는 Hamamatsu 社의 S 모델로검출영역은 3 mm 30 mm 의크기를가지고있다. 해당모델의광효율은 CsI(Tl) 섬광체의피크파장인 540 nm 파장의빛에대해서 83% 에달한다 ( 식 1). CsI(Tl) 섬광체는 Lambda Photonics Technology 社에서제작을하였으며, 광다이오드의검출영역사이즈에맞게 3 mm 30 mm 30 mm 의크기를갖도록주문제작하였다. 이때광다이오드와결합되는면을제외하고는반사페인트로처리하였다 ( 그림 3). (Eq. 1) ( 여기서 S는 photo-sensitivity로 S 모델의 data sheet에따르면 540 nm 파장의빛에대해서 0.36 A W -1 이고, λ는 CsI(Tl) 섬광체의피크파장인 540 nm이다. 참고로, hc=1240 ev nm이며, 0.36 A W -1 =0.36 electrons ev -1 이다.) Fig. 4. CsI(Tl) scintillation detector optically coupled with silicon photodiode wrapped in Teflon tape (left) and additional black tape (right) for external light shielding. 이후제작된감마선검출기를위한신호처리회로를제작하였다. 본연구를통해개발하는측면흡수부검출기는컴프턴카메라의 2 차산란부에서큰각도를가지고산란되는감마선을흡수시키기위해사용되므로감마선의에너지를결정할수있어야한다. 또한컴프턴카메라를구성하는모든감마선검출기들은동시계수기법을사용하여유효한반응을선별해야하므로반응시간에대한정보도제공해야한다. 따라서개발된신호처리회로는에너지를결정하는파트와트리거신호를제공하는파트를모두포함하도록구성하였다. 그림 5 는개발된신호처리회로의개략도를보여주고있다. 17 JOURNAL OF RADIATION PROTECTION, VOL.37 NO.1 MARCH 2012

3 Fig. 5. Simplified schematic diagram of signal processing circuit developed for CsI(Tl) scintillator with silicon photodiode. 검출기와신호처리회로는 AC 커플링을통해광다이오드에서발생되는누설전류에의한영향을제거하여주었다. 광다이오드가완전히공핍층을형성할수있도록해주고, 차단주파수 (cut-off frequency) 를높여주어사용가능한동적영역 (dynamic range) 를확장해주기위해서는적절한바이어스전압을공급해주어야한다. 바이어스공급라인에는적분기 (RC integrator: 10 MΩ, 10 nf) 를사용하여전압의안정적인공급이가능하도록하였고, 누설전류에의한전압강하를고려하여 200 MΩ 의바이어스저항을달아주었다. 누설전류차단 (DC blocking) 을위해서검출기입력라인에는 10 nf 의입력커패시터를달아주었고, 시스템교정을위한테스트입력에는 1 pf 의변환커패시터를달아주어전압신호를전하신호로변환하였다. 참고로, 검출기와초단신호처리회로 (front-end electronics, FEE) 의 AC 커플링에는다음과같은몇가지설계기준이있다 [7]. AC 커플링구조에서고려해야하는인자들은검출기축전용량 (C d), 입력축전용량 (C in), 전하민감형전치증폭기의피드백축전용량 (C f ), 전치증폭기이득 (gain, G), 검출기에걸리는바이어스전압 (V b ), 바이어스공급라인의바이어스저항 (R b ), 검출기누설전류 (I leak ) 이다. 이들인자들에대한일반적인설계조건은다음과같다. (1) 통상축전기는가용전압이존재하므로입력축전기 (C in ) 는 V b 에서문제없이작동해야한다. (2) 지속적으로발생하는 DC 형태의누설전류와달리검출기내에서방사선과의반응에의해발생된 AC 형태의신호가입력축전기 (C in) 를통과하여전치증폭기쪽으로원활히흐를수있도록 C d C in 이어야한다. 또한, C in <G C f 이라는조건도알려져있다. (3) R b 의열적잡음이 I leak 의 shot 잡음보다충분히작을수있도록 R b I leak 1 V 의조건을만족해야한다 *. (4) 펄스성형 (pulse shaping) 에영향을주지않도록 R b C in 성형시간 (shaping time) 이어야한다. *(3) 번항목에대한추가설명을하자면, 열적잡음은 으로표현이가능하다. 여기서 k는볼츠만 상수 ( J K- 1 ), T는절대온도 (K), B는노이즈의동적영역 (Hz), R은저항값이다. 또한 shot 잡음은 으로표현이가능하다. 여기서 q는 C이고, 는 I 전류량이다. 이둘을같다고놓고 전개하면최종적으로 을얻게된다. 여기서 V T 는 thermal voltage로 V (at 300 K) 이다. 따라서열적잡음이 shot 잡음보다충분히작을수있도록, I leak 은일반적으로고정된상태이므로 R b 의값이상당히커져야한다는조건으로이해할수있다. 또한, 일반적인권고사항으로초단신호처리회로에사용되는저항및축전기들은잡음특성및전체적인성능에매우중요한영향을미치므로정밀메탈필름저항 (precision metal film resistor) 및 high quality dipped mica or silver mica capacitor를사용하라고권고하고있다. 광다이오드에서발생된전하신호는전하민감형전치증폭기 (charge-sensitive preamplifier) 를통하여수집하였다. 본연구에서는 Cremat 社에서제작한 CR-110 전치증폭기칩을사용하였다 ( 그림 6). CR-110 전치증폭기는 200 electron 정도의 ENC (equivalent noise in Si=1.7 kev FWHM) 를가지고있고, 1400 mv pc -1 의증폭도를가지고있다. 상승시간은 0.4 C t +7 ns이며 (C t 는검출기및연결케이블에의한축전용량을모두포함 ), 감쇠시간상수는 140 μs (100 MΩ 피드백저항, 1.4 pf 피드백축전용량 ) 이다. JOURNAL OF RADIATION PROTECTION, VOL.37 NO.1 MARCH

4 Fig. 6. CR-110 preamplifier chip (left) and CR-200 shaping amplifier chip (right) made by Cremat Inc., Fig. 7. Schematic design for signal processing circuit. 전치증폭기의출력신호는미분기 (CR differentiator, 1 μf, 1 kω) 를거친후 3 단증폭기를통해신호를증폭시켰다. 3 단증폭기는 AD8013 연산증폭기 (3 channels/package) 를사용하였고, 스위치및가변저항을통해선택적으로증폭도를설정할수있도록제작하였다. 이후 3 단증폭기의출력신호를두갈래로분기하여에너지결정을위한 slow part 와타이밍결정을위한 fast part 로나누어처리하였다. slow shaper 와 fast shaper 는 Cremat 社의 CR-200 칩을사용하였다 ( 그림 6). CR-200 칩은 7 종류의성형시간 (100 ns, 250 ns, 500 ns, 1 μs, 2 μs, 4 μs, 8 μs) 을갖는모델들로구성되어있고, 증폭도는 10 으로고정되어있다. 8 μs 성형시간을갖는칩의경우 30 μv RMS 의입력잡음을갖고있으며, 이는다른성형시간을 갖는모델과비교하여가장낮다. 이후 slow shaper 의출력신호는에너지결정을위한출력으로사용하였고, fast shaper 의출력신호는타이밍결정을위해상승에지선별기 (leading edge discriminator, LED) 의입력신호로넣어주었다. LED 는비교기 (comparator, AD8564) 와단안정다중발진기 (monostable multivibrator, CD74HCT4538) 로구성이되어있으며, 이후발생된 TTL 신호 ( 로직 1=2~5 V) 를 NIM 트리거신호 ( 로직 1=-800 mv at 50 Ω impedance) 로변환하는회로를포함하도록설계하였다. 선별준위는가변저항을통해 0~1 V 사이에서자유롭게설정할수있도록제작하였다. 그림 7 은개발된신호처리회로의 schematic design 을보여주고있으며, 그림 8 은최종적으로제작된신호처리회로를보여주고있다. 19 JOURNAL OF RADIATION PROTECTION, VOL.37 NO.1 MARCH 2012

5 Fig. 8. Assembled signal processing circuit including CR-110, CR ns, and CR-200-8μs chips. Fig. 9. Output signals for each stage: preamplifier, slow shaper (τ=8 μs), fast shaper (τ=0.5 μs), and NIM trigger logic. 3. 신호처리회로성능평가 3-1. 에너지분해능평가그림 9 는본연구를통해제작된신호처리회로의기능을한눈에파악할수있도록각단계의출력신호를보여주고있다. 가장상단은전치증폭기의출력신호를보여주고있으며, 두번째에는 8 μs 성형시간을갖는 slow shaper 의에너지결정용출력신호이다. 세번째는 500 ns 의성형시간을갖는 fast shaper 의출력신호이며, 마지막은상승에지선별기를통해발생된타이밍결정용 NIM 트리거신호의파형이다. 본연구를통해제작된 CsI(Tl) 섬광검출기와이를위한신호처리회로의성능을확인하기위해우선성형시간을달리하여 137 Cs (662 kev) 과 22 Na (511 kev) 선원에대한에너지분해능을결정하였다. 그림 10 은각성형시간별에너지스펙트럼을보여주고있다. 최적의성형시간을결정하기위해 CR-110 전치증폭기의출력신호를상용 spectroscopic amplifier (ORTEC 572A) 에넣어준후성형시간을 1, 2, 3, 6, 10 μs 로변경하면서에너지스펙트럼을획득하였다. JOURNAL OF RADIATION PROTECTION, VOL.37 NO.1 MARCH

6 Fig. 10. Energy spectrum of 137 Cs (left) and 22 Na (right) as a function of shaping time obtained by using CR-110 preamplifier chip and ORTEC 572A amplifier. 성형시간에따른잡음은성형시간이증가함에따라감소를하다가어느시점이지나면다시증가하는특성을가지고있다. 잡음은 3 가지분류로나누어볼수있는데, 이는각각직렬 (series), 병렬 (parallel), 1/f 잡음이다. 직렬잡음의경우성형시간의증가에따라감소하는경향을보이며, 병렬잡음은이와반대로증가하는경향이있다. 반면, 1/f 잡음은성형시간에의존하지않는특성이 있다. 따라서직렬잡음과병렬잡음이같은값을가질때가최적의성형시간이라고판단할수있다. 그림 11 은각성형시간별에너지분해능을보여주고있다. 대체로성형시간이증가함에따라에너지분해능이향상됨을확인할수있었다. 따라서개발된신호처리회로에서는 CR-200 칩들중에서입력잡음이가장낮은 8 μs 의성형시간을갖는칩을 slow shaper 로사용하기로결정하였다. 21 JOURNAL OF RADIATION PROTECTION, VOL.37 NO.1 MARCH 2012

7 상이중요하다고판단된다. Fig. 11. Energy resolution as a function of shaping time for 511 kev peak of 22 Na (black squares) and 662 kev peak of 137 Cs (red circles). 그림 12 는 8 μs 의성형시간을갖는 CR-200 칩을사용하여획득한에너지스펙트럼이다. 662 kev 피크와 511 kev 피크에대해서결정된에너지분해능은각각 12.0% FWHM 과 15.6% FWHM 이었다. 이는상용모듈인 ORTEC 572A spectroscopic amplifier 를사용하였을경우와비슷한성능이다. 따라서에너지분해능향상을위해서는성형증폭기파트보다는전치증폭기쪽의성능향 3-2. 시간분해능평가다음으로는제작된신호처리회로의시간분해능을평가하였다. 이를위해서우선 ORTEC NIM 모듈에대한시간분해능을결정하였다. 그림 13 은이때사용된신호처리회로의개략도이다. 펄스생성기 (pulser) 에서발생시킨신호를시간필터증폭기 (timing filter amplifier, TFA) 를통해빠르게성형하고 TFA 의출력신호를둘로분기하여고정분율선별기 (constant fraction discriminator, CFD) 를통해트리거신호를만들었다. 이후분기된신호를동시계수로묶어서시간높이변환기 (time-to-amplitude convertor, TAC) 의공통시작 (common start) 신호로넣어주었고, 일정한시간지연을준분기된신호는정지신호로넣어주었다. 그림 14 는이렇게획득한시간차스펙트럼을보여주고있다. 해당스펙트럼을가우시안피팅하여결정된동시계수시간분해능은 2.38 ns FWHM 이었다. 양쪽라인이시간차스펙트럼에동일한영향을미쳤다는가정하에개별채널의시간분해능 (x) 은 1.68 ns 로평가되었다 ( 식 2). (Eq. 2) Fig. 12. Energy spectrum of 137 Cs (left) and 22 Na (right) by using CR-110 preamplifier and CR-200-8μs shaping amplifier chip. Fig. 13. Simplified schematic diagram of electronics used to determine timing resolution of ORTEC electronics. JOURNAL OF RADIATION PROTECTION, VOL.37 NO.1 MARCH

8 Fig. 14. Time difference spectrum measured with coincidence detection between two identical ORTEC electronics. Fig. 16. Time difference spectrum measured with coincidence detection for developed signal processing circuit. 다음으로는본연구를통해개발된신호처리회로의시간분해능을결정하였다. 그림 15 는시간분해능결정을위해사용된신호처리회로의개략도이다. 펄스생성기에서발생된신호를분기하여한쪽은광다이오드용신호처리회로의 test input 으로넣어주었고, 다른쪽은 TFA 로넣어주었다. 아래쪽라인은앞서설명한신호처리로직과완전히동일하다. 본연구를통해개발된신호처리회로에서는상승에지선별기를통해 NIM 트리거신호까지발생되므로, 이후 Gate and Delay Generator (GDG) 를거쳐한쪽은동시계수로직에다른쪽은시간지연을주어 TAC 의정지신호로넣어주었다. 그림 16 은이렇게획득한시간차스펙트럼을보여주고있다. 해당스펙트럼을가우시안피팅하여결정된동시계수시간분해능은 ns FWHM 이었다. 앞서 ORTEC 모듈들에대한시간분해능은 1.68 ns 로결정되었으므로, 광다이오드용신호처리회로만의시간분해능 (x) 은 59.0 ns 로평가할수있었다 ( 식 3). (Eq, 3) 4. 결론 본연구에서는현재개발중인이중모드컴프턴카메라의측면흡수부로사용될섬광검출기및광다이오드를위한신호처리회로를설계및제작하고성능을평가하였다. 제작된검출기및신호처리회로의에너지분해능은 662 kev 피크와 511 kev 피크에대해서각각 12.0% FWHM 과 15.6% FWHM 이었다. 측면흡수부의용도는산란부검출기에서큰각도로산란되는감마선을흡수시켜위치정보는필요없이에너지만을결정하면된다. 다만, 측면흡수부의에너지분해능은유효반응선별을위한에너지게이트의넓이에영향을주게된다. 즉, 컴프턴카메라에서는모든구성검출기에전달된에너지의합이선원의에너지와같아야한다는에너지게이트를사용하게되는데, 구성검출기의에너지분해능이저조하면이에너지게이트의넓이가넓어지게된다. 이경우우연한동시반응에의한랜덤이벤트가끼어들여지가많다는의미가되므로에너지분해능향상을통해주변잡음을제거하는것이바람직하다. 제작된신호처리회로의성형증 Fig. 15. Simplified schematic diagram of electronics used to determine timing resolution of developed signal processing circuit. 23 JOURNAL OF RADIATION PROTECTION, VOL.37 NO.1 MARCH 2012

9 폭기파트는상용의 ORTEC 증폭기와비교할때성능이비슷하므로, 전치증폭기쪽의성능향상이보다중요하다고판단된다. 이에다른모델의전치증폭기 (Hamamatsu 社의 H4083, Endicott Interconnect 社의 ev-509x) 와성능을비교하여최적의모델을선정해야할것으로판단되며, 제작된섬광검출기의차광도강화해야할것으로판단된다. 또한, 본연구에서사용된섬광체는얇고넓은 slab 형태를가지고있으며섬광체에서발생된빛은섬광체의좁은면을통해수집하고있으므로광수집에있어서도문제가있을것으로판단된다. 이에다음연구에서는섬광체의넓은면쪽으로섬광을수집하는구조를가지도록개발할계획이다. 이와함께현재상용으로제작되는광다이오드의최대사이즈에한계가있으므로 PMMA 로제작된광가이드 (light guide) 를사용하여섬광체의넓은면과광다이오드를광결합할계획이다. 여기에추가적으로저소음전치증폭기에대한자체개발또한진행중에있으며상용모델과의성능비교도수행할계획이다. 감사의글이논문은정부 ( 교육과학기술부 ) 의재원으로한국연구재단의지원을받아수행된원자력연구사업 ( , , ) 및기초연구사업임 ( ). 참고문헌 1. Todd RW, Nightingale JM and Everett DR. Proposed gamma camera. Nature 251: ; Seo H, Kim CH, Park JH, Kim JK, Lee JH, Lee CS, Lee JS. Development of double-scattering-type Compton camera with double-sided silicon strip detectors and NaI(Tl) scintillation detector. Nucl. Instr. and Meth. A 615(3): ; Seo H, Park JH, Kim JK, Kim CH, Lee JH, Lee CS, Kim SM, Lee JS. Multi-tracing capability of double-scattering Compton imager using NaI(Tl) scintillator absorber. IEEE Trans. Nucl. Sci. 57(3): ; 서희, 박진형, 김찬형, 이주한, 이춘식, 이재성. 이중산란형컴프턴카메라구성검출기성능평가. 방사선방어학회지 35(2):69-76; Park JH, Seo H, Kim YS, Kim CH, Lee JH, Lee CS, Kim SM, Lee JS. Monte Carlo simulations on performance of double-scattering Compton camera. J. Instrum. (submitted). 6. Knoll GF. Radiation detection and measurement. 4th ed. New York; John Wiley and Sons. 2010: Short course lecture note. Radiation Detection and Measurement IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference. Development of Signal Processing Circuit for Side-absorber of Dual-mode Compton Camera Hee Seo *, Jin Hyung Park, Jong Hoon Park, Young Su Kim, Chan Hyeong Kim, Ju Hahn Lee, and Chun Sik Lee * Korea Atomic Energy Research Institute, Department of Nuclear Engineering, Hanyang University, Department of Physics, Chung-Ang University Abstract - In the present study, a gamma-ray detector and associated signal processing circuit was developed for a side-absorber of a dual-mode Compton camera. The gamma-ray detector was made by optically coupling a CsI(Tl) scintillation crystal to a silicon photodiode. The developed signal processing circuit consists of two parts, i.e., the slow part for energy measurement and the fast part for timing measurement. In the fast part, there are three components: (1) fast shaper, (2) leading-edge discriminator, and (3) TTL-to-NIM logic converter. AC coupling configuration between the detector and front-end electronics (FEE) was used. Because the noise properties of FEE can significantly affect the overall performance of the detection system, some design criteria were presented. The performance of the developed system was evaluated in terms of energy and timing resolutions. The evaluated energy resolution was 12.0% and 15.6% FWHM for 662 and 511 kev peaks, respectively. The evaluated timing resolution was 59.0 ns. In the conclusion, the methods to improve the performance were discussed because the developed gamma-ray detection system showed the performance that could be applicable but not satisfactory in Compton camera application. Keywords : Compton Camera, Dual-mode, Scintillation Detector, Silicon Photodiode, Signal Processing Circuit JOURNAL OF RADIATION PROTECTION, VOL.37 NO.1 MARCH