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scintillator_sensor_qe — TOMOGRAPHY spectral_xray op

使い方

シンチレータ積層のセンサの量子効率: X 線 1 個 → シンチレータの吸収 → 発光 → 光検出器の電子の数。

エネルギー E の X 線 1 個あたり:

光収率の物理上限(エネルギー保存): 光の光子のエネルギーの和は吸収したエネルギーを超えないので、 Y · ⟨E_ph⟩ ≤ 10⁶ eV/MeV を満たさない Y は ValueError(上書きの値も表の値も同じ門を通る)。⟨E_ph⟩ は 使う発光スペクトルの光子のエネルギーの平均(重心。ピークの波長ではない): emission_spectrum なら ∫ S(λ) hc/λ dλ、材料表の成分なら Σ wᵢ hc/λᵢ(エネルギー軸のガウスの平均は中心)、極大の線なら hc/λ_peak。 BGO(480 nm、2.58 eV)の上限は約 387,000 photons/MeV。禁制帯幅 E_g からのもっときつい上限 Y ≤ 10⁶/(β E_g)(β ≈ 2.35〜2.5)は、材料表に E_g が無いので置いていない。

入れないもの:

光収率の幅: 材料表に幅(文献の絶対値のばらつき。CdWO4 は 20,000〜28,000、LYSO は 26,000〜27,000)が あれば、両端で数えた電子の数も返す(electrons_light_yield_range、1 行目が下限・2 行目が上限)。電子の数は 光収率に比例するので、両端の電子の数は中央の値の Y_lo/Y 倍と Y_hi/Y 倍。light_yield_per_mev で 上書きしたとき・表に幅が無いときは None。

発光スペクトル S: emission_spectrum に (λ nm, 相対強度) の pairs を渡せばそれを正規化して使う。 渡さなければ材料表の発光の成分の並びから作る —— 1 成分 = 中心・FWHM [eV]・重み。ガウスはエネルギー軸 で作り、波長軸へはヤコビアン hc/λ² を掛けて移す(Q̄ = Σ wᵢ ∫ gᵢ(λ) QE(λ) dλ)。FWHM の無い成分は線で、 GD2O2S:TB の Tb³⁺ の線の束は Q̄ = Σ wᵢ·QE(λᵢ)。幅は全部、一次文献の図から読み取った値(室温の X 線・γ 線 励起で FWHM を数値で書いた一次文献は見つからなかった)で、成分ごとに出典と digitized_from_figure の印を 返す。成分の中心はエネルギー軸の中心なので、波長軸の山はヤコビアンの分だけ短波長に出る(BGO: 中心 480 nm・FWHM 0.70 eV で山 468 nm)。公表の「極大」が波長軸の値だとすると中心はやや長波長で、Q̄ の差は 1.4 % 以内(BGO −0.8 %、LSO +1.4 %)。幅の分からない材料(CSI:TL・NAI:TL)は発光の極大の 1 本の線 (Q̄ = QE(λ_peak))。 emission_model がどれを使ったかを言う。QE が上に凸の山の上では、線は帯より大きく出る(BGO で +6.6 %)。

emission_geometry は表の成分の測定配置: "surface"(励起した面から出る光)か "thick_crystal_transmission"(厚い結晶の中を通って出てくる光。LSO は Ce³⁺ の自己吸収で極大が 402 → 453 nm に動く)。None は表の既定(表面の成分があれば表面、無ければ表にある唯一の配置)。 表にその配置が無い材料・成分の無い材料・emission_spectrum と同時に渡すと ValueError。

photodetector_qe は (λ nm, QE) の pairs で、既定は spectralrad.silicon_photodiode_qe() (Si フォトダイオード、集める深さ 3 µm、反射防止膜なし)。 発光が QE の波長範囲の外にはみ出すと ValueError(外の光を 0 と数えて重なりを小さく出さない)。

返り値: dict(scintillator, thickness_mm, energy_kev, absorption_efficiency, light_photons, electrons, overlap = Q̄, light_yield_photons_per_mev, light_yield_range_photons_per_mev, electrons_light_yield_range, light_collection, emission_model, emission(帯の部分の正規化した pairs、線だけなら None), emission_components(成分ごとの中心・幅・重み・qe_overlap・出典、表を使わなければ None), emission_geometry, emission_peak_nm, photodetector, decay_time_ns, sources(使った値の出典), unverified, notes(材料表の注記 —— 値はあるが使い方に条件が付くもの。GD2O2S:TB の密度は塊の値で、粉末のスクリーンでは充填率の分だけ下がる))。 光収率の無い材料(GD2O2S:TB)で light_yield_per_mev を渡さなければ ValueError。

参考(サンプルデータ・文献)

実行できる例(この op を実際に呼ぶ検証済みサンプル)

型が繋がる次の op(table を入力に取れる)

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Provenance: dualxray.py — TOMOGRAPHY operator registry. この per-op ノートは tools/opdocs.py md が自動生成(手編集しない)。

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