100 MeV 양성자 펄스 빔을 이용한 중성자 표적 시스템 개발 및 전산모사 연구

Abstract

가속기 기반의 고속중성자원에 대한 수요는 시간이 지남에 따라 점점 더 증가하게 되었지만, 가속기 기반 중성자원에 대한 공급은 그에 비해 많지 않아 새로운 중성자원에 대한 개발의 중요성이 대두되었다. 본 연구에서는 특히 그중에서도 산업에서 가장 많은 수요가 있는 반도체 분야에서의 중성자원에 대한 연구를 수행하였으며, 그에 따라 가장 기초적인 섬광체 기반의 중성자 계측에서부터 Geant4 몬테칼로 코드를 이용한 중성자 생성에서부터 전달, 계측기 시뮬레이션에 이르기까지의 과정을 모사하여 단일 스틸벤 섬광체 기반 중성자 계측과의 결과와 비교하여 그 신뢰도를 검증하였다. 또한 해당 계측 결과를 기반으로 감마 플래시 타입 중성자 비행시간 측정 시스템을 구성하였으며, 해당 시스템을 이용하여 이후 양성자 단 펄스가 준비되었을 때 중성자 에너지 분포에 대한 정보를 확보할 수 있도록 준비하였다. 현 상황에서는 단 펄스가 준비되어있지 않아 해당 시스템을 이용해 해당 중성자의 에너지 분포 중 최고 에너지를 계측하였다. 현재는 구리 빔 덤프를 이용하여 중성자 생성을 수행하고 있지만, 이후 정식으로 중성자를 서비스하기 위한 중성자 표적의 개발도 수행하였다. 중성자 표적 물질 후보군 중 가장 대기중성자 스펙트럼과 유사한 구리를 이용하여 표적을 제작하였으며, 이에 따른 열적 디자인과 최대 2Kw의 빔 파워에 대한 해석도 수행하였다. 따라서 결론적으로 중성자원을 안정적으로 제공하기 위한 기초적 연구 및 개발이 성공적으로 수행되었으며, 이는 근 미래에 양성자과학연구단에 새로이 설치될 가속기 기반 중성자원에 유용하게 쓰이게 될 수 있으리라 기대한다.