Scintillators are widely used in and studied for particle physics, nuclear physics and astroparticle physics detection. In this study, we estimated the scintillation properties of a CsI:Tl crystal and determined the best method to discriminate $\alpha$-particles, which is an important component of the cosmic-ray background, from $\gamma$-rays. We studied the scintillation properties of the CsI:Tl crystal and the pulse shape discrimination capability by using an $^{241}$Am $\alpha$-particle source and a $^{137}$Cs $\gamma$-ray source. For the pulse shape discrimination study, we used these well-known methods: the mean time method, charge integration method and optimum filter method. To determine which method was best for discrimination, we calculated the FOM value for each method under various conditions. Consequently, the optimum filter method was found to give the best value of the FOM. If we use the optimum filter method when we are observing $\gamma$-rays from the sky, we can distinguish the background of ion particles, such as $\alpha$-particles, from $\gamma$-rays.

Keywords: Scintillator, Gamma-ray observation, Radiation detector, Radiation discrimination, Cosmic ray

섬광단결정은 입자 물리, 핵물리 및 우주선 검출 분야에서 많이 사용되고 연구되고 있다. 본 연구에서는 우주에서 오는 감마선을 관측하기 위해 연구되고 있는 CsI:Tl 단결정의 광특성을 알아보고 감마선과 주요한 백그라운드 중 하나인 알파입자를 효과적으로 구별하기 위한 방법을 찾아보았다. 이를 위해 단결정 샘플에 알파입자와 감마선을 입사하여 광특성 조사 및 펄스 모양 분석 연구를 진행하였다. 펄스 모양 분석 연구에는 평균시간법(mean time method), 전하적분법(charge integration method) 및 최적필터링법(optimum filter method)의 세 방법을 이용하였다. 구별이 가장 잘 되는 조건 및 방법을 찾기 위해 조건과 방법을 변화시키며 FOM 값을 측정하였다. 그 결과 최적필터링법이 가장 좋은 방법으로 나타났다. 따라서 우주에서 감마선을 관측할 때 최적필터링법을 이용한다면 알파입자 등 이온입자의 백그라운드를 구별해낼 수 있을 것이다.

Keywords: 섬광체, 감마선 관측, 방사선 검출기, 방사선 구별, 우주선