컴프턴 카메라의 원리
원리
컴프턴 카메라는 컴프턴 산란을 이용하여 감마선을 내뿜는 물질의 위치를 찾아내는 장치이다. Compton telescope 혹은 Compton imager라고도 한다.
그림의 오른쪽에는 컴프턴 카메라가 간단하게 두 디텍터로 표현돼있다. 디텍터는 감마선의 에너지를 측정하며, 첫번째 디텍터에서는 감마선의 산란이 일어난다. 그림 왼쪽의 검은 사각형은 파괴하지 않고 내부 구조를 파악하고 싶은 대상이다. 구체적인 예로 신체, 컨테이너 박스 등이 있다. 오브젝트 내부에 방사성 물질이 있는지 없는지, 있다면 어디에 있는지 알아내는 것이 목적이다.
위 그림과 같이 방사선이 측정됐다고 하자. 그러면 빛은 최단거리로 이동하므로 그림과 같은 경로로 움직였음이 분명하다. 첫번째 디텍터에서 감마선이 산란하기 전의 에너지 $E$, 두번째 디텍터에서 감마선이 산란한 뒤의 에너지 $E^{\prime}$을 측정했다고 하자.
$$ \cos \theta = 1-\frac{m_{e}c^{2}(E-E^{\prime})}{E^{\prime}E} $$
그러면 컴프턴 산란 공식을 통해서 산란각 $\theta$를 알아낼 수 있다. 그러면 거꾸로 생각하여 산란되기 전의 감마선의 진행 경로를 아래 그림과 같이 예측할 수 있다.
그러면 우리는 빨간색으로 표시한 부분 중 어딘가에서 감마선이 왔음을 예상할 수 있다. 그 말은 방사선을 뿜는 물질이 빨간선으로 표현한 곳 중 어딘가에 있을거라는 말과 같다. 이러한 정보를 모아서 컴퓨터로 계산하면 구체적인 내부 구조를 알아낼 수 있게 된다.