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보고서 요약서
요약문
SUMMARY
CONTENTS
목차
제1장 연구개발과제의 개요 12
제1절 연구개발의 목적 및 범위 12
제2절 연구개발의 필요성 13
제2장 국내·외 기술개발 현황 15
제3장 연구개발수행 내용 및 결과 16
제1절 하전 입자빔을 이용한 방사성동위원소 생성단면적 측정 16
제2절 하전입자빔 조사 실험 및 데이터 획득장치 19
제3절 실험 결과 및 논의 23
제4장 연구개발 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 81
제5장 연구개발결과의 활용계획 83
제6장 연구개발과정에서 수집한 해외 과학기술정보 84
제7장 참고문헌 85
첨부 2 : 수정·보완요구사항 반영내역 87
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I. 제목 : 의료 및 산업용 방사선 동위원소 생성 단면적 측정
II. 연구개발의 목적 및 필요성
MC 50 사이클로트론 설비에서 陽性子 빔을 natMO, natW, natCd, natZr, natSn, natAg, natTi, natPd, natFe, natNi 시료에 조사하여 생성되는 産業用 및 醫療用 放射性 同位元素들의 생성단면적을 문턱에너지에서 40 MeV까지 陽性子 빔 에너지 함수로 측정하는 것이 목적이다. 한편, 陽性子 빔 대신에 重陽性子 및 알파 빔을 이용하여 natFe에서 생성되는 放射性同位元素의 생성단면적을 측정한다.
국내에는 아직까지 陽性子 빔을 이용한 실험 설비가 거의 없을 뿐만 아니라, 陽性子 가속기를 이용한 핵반응 단면적 측정 실험을 수행하는 연구 人力이 부족한 상황이다. 수십 MeV에서 수백 MeV의 陽性子 빔을 이용한 陽性子-핵반응 단면적의 측정 결과가 여러 영역에서 필요하다. 즉, 醫療用 및 産業用 放射性 同位元素의 생산, 破碎中性子原 구축, 우주에서의 放射線 遮蔽나 放射線 효과에 대한 연구, 가속기 기술 개발을 위한 연구, 放射線 치료 등에 활용되고 있다. 본 연구로 실험 人力을 양성하여야 할 뿐만 아니라 陽性子 가속기 설비를 이용한 측정 방법을 개발할 필요성이 있다.
III. 연구개발의 내용 및 범위
MC 50 사이클로트론에서 생성되는 입자 빔을 이용하여 醫療 및 産業用 放射性 同位元素들의 생성단면적을 입사 빔의 에너지 함수로 측정하려고 한다.
ㆍ 1차년도: natMo, natW, natCd 시료에 陽性子 빔을 조사하여 natMo(p,x), natW(p,x), natCd(p,x) 핵반응에 의해 생성되는 放射性同位元素들의 생성단면적을 측정
ㆍ 2차년도: natZr, natSn, natAg, natTi 시료에 陽性子 빔을 조사하여 natZr(p,x), natSn(p,x), natAg(p,x), natTi(p,x) 핵반응에 의해 생성되는 放射性同位元素들의 생성단면적을 측정
ㆍ 3차년도: natPd, natFe, natNi 시료에 陽性子, 重陽性子, 및 알파 빔을 조사하여 natPd(p,x), natFe(p,X), natNi(p,X), natFe(d,X), natFe(α,X) 핵반응에 의해 생성되는 放射性同位元素들의 생성단면적 측정
시료에 입사되는 에너지를 결정하기 위해서 SRIM 2003 코드를 이용한다. 陽性子 빔 强度 및 에너지를 모니터하기 위한 표준시료는 주로 Al과 Cu를 사용하고, 重陽性子인 경우 Ti 시료, 알파 빔에 대한 표준시료는 Al을 사용한다. 실험에 사용할 시료들을 고정시키기 위하여 알루미늄을 이용하여 시료 고정 장치(Stacked-Target)를 설계 제작하여 사용한다. 준비된 실험 시료들을 MC 50 사이클로트론에서 생성되는 陽性子, 重陽性子 혹은 알파 빔에 조사한다. 입자 빔으로 조사 되어진 시료들은 HPGe 검출기 및 Multichannel Analyzer를 사용하여 생성된 同位元素들에 대한 데이터를 획득 한다. 醫療 및 産業用 放射性 同位元素들의 생성단면적은 HPGe 검출기의 검출효율과 陽性子(알파)빔 선속 그리고 측정된 標的시료의 반응률을 이용하여 얻는다. 측정된 결과는 학술지에 발표한다.
IV. 연구개발결과
陽性子 빔을 natMo, natW, natCd, natZr, natSn, natAg, natTi, natPd, natFe, natNi 시료에 조사하여 생성되어지는 同位元素들의 생성단면적 및 두꺼운 시료에 대한 적분생성율을 측정하였고, natFe 시료에 대해서는 重陽性子 및 알파 빔 조사에 의해서 생성되는 放射性同位元素 생성단면적을 측정하였다.
(1) 陽性子 핵반응과정에 의한 放射性同位元素 생성 단면적 측정 결과
i. natMo(p,x) 핵반응과정으로 99m,96m+g,95m,95g,94g,93mTc의 생성단면적을 陽性子 에너지 함수로 측정하고 두꺼운 시료에 대한 적분 생성율을 측정; 측정결과가 NuCl. Instr. Meth. B 262 (2007) 171에 게재되었다.
ii. natW(p,X) 핵반응과정으로 181,182g,182m,183,184g,186Re의 생성단면적을 陽性子 에너지 함수로 측정하고 두꺼운 시료에 대한 적분 생성율을 측정; 측정 결과가 Nucl. Inst. Meth. B (2008) 1021 및 J. Nucl. Sci. Tech. S5 (2008) 139에 게재되었다.
iii. natCd(p,x) 핵반응과정으로 108g,109g,110g,111,111m,113m,114m,115m,116mIn, 111m,115gCd, 104g,105g,106mAg의 생성단면적을 陽性子 에너지 함수로 측정하고, 두꺼운 시료에 대한 적분 생성율을 측정; 측정결과가 J. Nucl. Sci. Tech. S5(2008) 237 및 Nucl. Instr. Meth. B 266 (2008) 4877에 게재 되었다.
iv. natZr(p,X) 핵반응과정으로 90,92m,95g,96Nb, 88,89Zr 및 86,87m,87mg,88Y의 생성단면적을 陽性子 에너지 함수로 측정하고, 두꺼운 시료에 대한 적분 생성율을 측정: 측정결과가 Nucl. Instr. Meth. B 266 (2008) 13, J. Nucl. Sci. Tech. S5 (2008) 241 및 Appl. Rad. Isot. 67 (2009) 1341에 게재되었다.
v. natSn(p,x) 핵반응과정으로 124,122,120m,118m,l17Sb, 117m,113Sn, 및 114m,111,110In의 생성단면적을 陽性子 빔 에너지함수로 측정하고, 두꺼운 시료에 대한 적분생성율을 측정: 측정결과가 J. Korean Phys. Soc. 53 (2008) 1181 및 Nucl. Instr. Meth. B 267 (2009) 23에 게재되었다.
vi. natAg(p,x) 핵반응과정으로 104g,105,106mAg 와 104,107Cd의 생성단면적을 陽性子 빔 에너지함수로 측정하고 두꺼운 시료에 대한 적분 생성율을 측정: 측정결과가 Nucl. Instr. Meth. B 266 (2008) 5101에 게재되었다.
vii. natTi(p,x) 핵반응과정으로 48V와 43,44m,44g,46,47,48Sc의 생성단면적을 陽性子 빔 에너지함수로 측정하고 두꺼운 시료에 대한 적분 생성율을 측정: 측정결과가 Appl. Rad. Isot. 67 (2009) 1348에 게재되었다.
viii. natPd(p,x) 핵반응과정으로 105g+m,106mAg, 100,101Pd, 100g+m,101m, 105g+mRh의 생성단면적을 陽性子 빔 에너지 함수로 측정하고 두꺼운 시료에 대한 적분 생성율을 측정: 측정결과를 Nucl. Instr. Meth. B에 제출하여 심사 중에 있다.
ix. natFe(p,x) 핵반응과정으로 51Cr, 52,54Mn, 55,56,57Co의 생성단면적을 陽性子 빔 에너지함수로 측정하였으며 현재 논문 작성 중에 있다.
x. natNi(p,x) 핵반응과정으로 55,56,57,58Co, 56,57Ni의 생성단면적을 陽性子 빔 에너지함수로 측정하였으며 현재 논문 작성 중에 있다.
(2) 重陽性子 핵반응과정에 의한 放射性同位元素 생성 단면적 측정 결과
i. natFe(d,x) 핵반응과정으로 51Cr, 52,54Mn, 55,56,57Co의 생성단면적을 重陽性子 빔 에너지함수로 측정하였으며 현재 논문 작성 중에 있다.
(3) 알파 핵반응과정에 의한 放射性同位元素 생성 단면적 측정 결과
i. natFe(α,x) 핵반응과정으로 56Mn, 55,56,57,58,61Co, 56,57Ni의 생성단면적을 알파 빔 에너지 함수로 측정하였으며 현재 논문 작성 중에 있다.
V. 연구개발결과의 활용계획
● 陽性子-핵반응 단면적 측정 기술은 병원에 설치된 사이클로트론이나 경주에 건설될 陽性子가속기설비를 이용하는 실험에 활용된다.
● 실험과정에서 획득되는 측정 시스템 및 자료 분석 시스템 관련 기술은 핵물리 및 기타 陽性子 가속기를 이용하는 실험에 활용된다.
● 향후 국내 입자가속기설비가 구축되고 人力이 양성되면 국내에서도 핵물리 및 原子力관련 실험을 가능하게 함으로 시간과 경비를 절약 할 수 있다.
● 측정된 핵-반응단면적은 핵의학, 同位元素 산업, 核融合, 消滅處理, 반도체 산업에도 필요한 기본 자료로 활용된다.
● natMo, natW, natCd, natZr, natSn, natAg, natTi, natPd, natFe, natNi 시료에 陽性子 빔을 조사하여 생성되는 여러 종류의 放射綠 同位元素들은 醫療用 및 産業用으로 매우 중요하게 사용되는 핵종이므로 醫療用 放射線 同位元素 생성을 위한 기초자료 및 TLA에 활용가능하다.
● 측정된 荷電粒子 유도 핵반응 단면적은 국제적으로 널리 이용되는 EXFOR 데이터베이스에 제공함으로 국제적인 핵자료로 활용될 것이다.
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