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제출문
보고서 초록
요약문
SUMMARY
CONTENTS
목차
제1장 연구개발과제의 개요 12
제1절 연구개발의 목적 12
제2절 연구개발의 필요성 13
1. GEM 검출기의 응용분야 및 기본 원리 13
가. GEM 검출기의 응용분야 13
나. GEM 검출기의 구조 및 동작원리 14
(1) 물질과 하전입자의 반응 15
(2) 물질과 X-ray, γ-ray 광자와의 반응 17
(3) GEM foil 및 인가 전압 17
(4) GEM 검출기에 사용되는 기체 20
(5) Anode 및 Readout 회로 22
2. GEM 검출기의 경제적·사회적 우수성 및 중요성 22
3. GEM 검출기를 이용한 전자빔 평가의 기술적 중요성 24
제2장. 국내외 기술개발 현황 25
제3장 연구개발 수행 내용 및 결과 26
제1절 GEM 검출기의 제작 26
제2절 소프트웨어 개발 및 전자장치 작동범위 설정 28
제3절 모의 실험 (EGS4를 이용한 계산) 29
1. 전자빔 챔버의 Titanium window에 의한 영향 추정 29
2. GEM검출기 보호를 위해 설치한 Pb plate가 전자빔에 미치는 영향 31
3. 차폐용 pb plate에 의한 영향 평가용 EGS4 프로그램 33
제4절 연구 결과 45
1. 테스트박스 제작 및 실험장치 setup 45
2. 전자빔 조사 실험 및 표준화 작업 47
가. 전류의 변화에 따른 GEM 검출기 신호의 변화 측정 51
나. AιN 검출기를 이용한 전자빔의 전류 측정 54
제4장. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 56
제5장. 연구개발결과의 활용계획 57
제6장. 연구개발과정에서 수집한 해외 과학기술정보 58
제7장 참고 문헌 61
[표.1] GEM 검출기 대체 기능 분야 및 경제적 효과 (1999년 예측) 23
[표.1] AιN 검출기로 측정한 전자빔의 전류 상대 전류값 55
[그림.1] (a) GEM Foil, (b) 하전입자에 의한 전리 및 증폭과정, (c) X-ray에 의한 전리 및 증폭과정 (d) GEM Foil 부근의 전기장, (e) 전자사태의 3차원 모형도, (f) 전자사태 과정에서 발생한 빛을 찍은 Raether의 사진. 14
[그림.2] Landau 분포 (Landau distribution). 16
[그림.3] Bethe-Bloch 공식에 의한 하전입자의 식별. 16
[그림.4] 검출기 내부의 기체 및 인가 전압에 따른 유효이득 (R.Chechik et.al., NIM. A4l9,423(1998)).[15] 18
[그림.5] GEM을 사용한 TPC(하전입자가 지나가는 실시간 영상을 제공한다)의 개념도. 19
[그림.6] Insulator 25㎛, Ecall=5㎸/cm, VGEM=500V 일 때 drift field에 따른 전기장의 hole 투과도, Edrift=15㎸/cm → Field line 투과량부족.(이미지참조) 19
[그림.7] Insulator 25㎛, Ecall=5㎸/cm, VGEM=500V 일 때 drift field에 따른 전기장의 hole 투과도, Edrift=3㎸/cm → Field line 전량투과.(이미지참조) 20
[그림.8] 여러 가지 기체들의 특성. 21
[그림.9] Kamac Crate를 이용하여 2006년5월 원자력 연구소 전자빔의 scanning 모드를 측정할 때 사용되었던 측정용 readout 회로. 22
[그림.10] GEM 검출기에 사용한 3M 사의 GEM foil 및 규격. 26
[그림.11] 2단-GEM 검출기의 제작을 위한 설계 도면의 일부. 27
[그림.12] Beam profile의 측정에 사용한 GEM 검출기(CNU GEM 011)의 각 단자에 전압을 인가하기 위한 전압 분배기 및 각 영역의 전기장의 세기. 27
[그림.13] 전자빔 측정에 사용된 GEM 검출기 및 초기의 테스트용 GEM 검출기의 실물 사진. 28
[그림.14] Readout system. 29
[그림.15] 50㎛ 두께의 Ti window를 투과한 후의 2 MeV 전자들의 에너지 분포. 30
[그림.16] 2 MeV의 전자가 50㎛ 두께의 Ti window를 투과한 후의 산란각 분포. 30
[그림.17] Ti window를 투과한 후의 10 MeV 전자들의 에너지 분포. 31
[그림.18] Ti window를 투과한 후의 10 MeV 전자들의 산란각 분포. 31
[그림.19] 2㎜ 두께의 Pb plate를 투과한 후의 2 MeV 전자들의 에너지 분포. 32
[그림.20] 2㎜ 두께의 Pb plate를 투과한 후의 10 MeV 전자들의 에너지 분포. 32
[그림.21] 2㎜ 두께의 납판을 투과한 후의 전자들의 산란각 분포. 33
[그림.22] GEM 검출기의 노이즈를 제거하기 위해 초기에 만든 전자파 차폐용 박스.... 45
[그림.23] 전류에 따른 출력 신호 측정 당시 거치대에 flux 검출용 AιN 검출기 및 GEM 검출기가 설치된 모습. 45
[그림.24] 전류에 따른 출력 신호 측정 시의 측정 장치 setup 및 주변기기.... 46
[그림.25] 전류에 따른 출력 신호 측정 당시의 사진들.... 47
[그림.26] 2단-GEM 검출기의 schematic diagram. 48
[그림.27] GEM 검출기 및 readout 회로의 개략도. 48
[그림.28] 10 MeV 전자빔으로부터 획득한 signal의 오실로스코프 화면 및 전자빔 bunch의 공간 밀도. 49
[그림.29] 전자빔 bunch를 반경 5㎝의 이차원 Gaussian으로 규격화 하였을 때 예상되는 빔의 시간 분포. 49
[그림.30] Pinhole collimator, beam scanning area 그리고 한 다발(bundle)의 신호가 생성되는 단면적을 보여주는 그림.... 50
[그림.31] 전자빔이 σ=5㎝ 인 2차원 Gaussian 분포를 가진다고 가정하고 계산한 전자빔 bunch 의 전자수 분포도. 50
[그림.32] 1 MeV 전자빔의 전류에 따른 출력 신호 (2회 측정). 52
[그림.33] 1.5 MeV 전자빔의 전류에 따른 출력 신호 (2회 측정). 52
[그림.34] 2 MeV 전자빔의 전류에 따른 출력 신호 (2회 측정). 53
[그림.35] 전류변화에 따른 에너지 Tail 53
[그림.36] Electric current generated by 2 MeV electron beam hitting a 3×3×0.616 ㎣ AιN piece. 55