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SUMMARY
Contents
목차
제1장 연구개발과제의 개요 17
1절 연구개발의 목적 17
2절 연구개발의 필요성 17
1. 첨단 과학 기술 17
2. 미래 첨단 방사선 기술 18
3. 새로운 미래 방사선 시장 선점 19
3절 연구개발의 범위 21
1. 레이저유도 방사선 발생 표적 기술 개발 21
2. 레이저유도 플라즈마 발생 장치 22
3. 레이저유도 전자빔 발생 장치 23
제2장 국내외 기술개발 현황 24
1절 레이저 유도 고에너지 이온빔 발생 연구 25
2절 레이저유도 x-선 발생 연구 27
3절 연구 개발 결과 수준 29
제3장 연구개발수행 내용 및 결과 30
1절 레이저유도 방사선 발생용 표적 기술 개발 30
1. 이온빔 발생용 고성능 표적 기술 개발 30
2. 전자빔 발생 표적 기술 개발 47
3. 레이저유도 전자빔 기반 고품질 X-선 발생 표적 기술 개발 50
2절 레이저 유도 플라즈마 발생 기술 장치 개발 65
1. 다중 방사선 발생용 레이저유도 플라즈마 발생 장치 개발 65
2. 레이저유도 플라즈마 분석 기술 개발 73
3. 레이저유도 초고속 전자 및 이온 계측 기술 개발 79
3절 레이저유도 전자빔 발생 기술 개발 93
1. 레이저유도 탁상형 전자빔 발생 기술 개발 93
2. 표적 정밀 제어 기술 개발 101
3. X-선 영상 장치 개발 105
4. X-선 계측 및 분석 기술 개발 116
5. 레이저 유도 전자빔 기반 X-선 발생 핵심 기술 개발 126
제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 135
1절 목표달성도 135
1. 레이저유도 방사선 발생 표적 기술 135
2. 레이저유도 플라즈마 발생 장치 137
3. 레이저유도 전자빔 발생 장치 138
2절 관련분야 기여도 140
제5장 연구개발결과의 활용계획 142
제6장 참고문헌 144
그림 1. 초고출력 레이저와 상대론적 플라즈마의 상호작용을 이용한 방사선 발생 개... 18
그림 2. 레이저 유도 방사선을 이용한 다양한 응용 기술 19
그림 3. 새로운 레이저 방사선을 이용한 추진 전략 20
그림 4. 레이저의 세기에 따른 레이저 유도 양성자빔 에너지[본 연구팀] 25
그림 5. 발생 방식에 따른 극초단 X-선 에너지 영역과 펄스폭 (왼쪽) 및 첨두 세기 (오... 27
그림 6. 전형적인 VSDL 타겟의 구조 30
그림 7. 주 펄스와 반응하는 VSDL 타겟의 이온 밀도 분포 31
그림 8. 선행플라즈마의 characteristic length (lp)에 따른...[이미지참조] 32
그림 9. VSDL 타겟의 독특한 가속원리가 가능한 영역 33
그림 10. 시간에 따른 VSDL 타겟의 이온밀도의 공간 분포 34
그림 11. VSDL 타겟에서 정전기장의 시간에 따른 공간분포 35
그림 12. 초기 위치에 따른 양성자 에너지 변화 36
그림 13. 시간에 따른 정전기장의 공간분포 및 양성자 가속 정전기장의 변화 36
그림 14. 2차원 PIC 전산해석에 사용된 플라즈마의 초기 조건 38
그림 15. 시간에 따른 레이저 전기장 및 플라즈마내에서의 전기장의 공간분포와 양성... 39
그림 16. VSDL 타겟에서 발생한 양성자빔의 에너지 분포 40
그림 17. VSDL 타겟의 구조 및 수소 이온층의 배치도 40
그림 18. VSDL 타겟에서 Layer II의 모든 표면에 수소층이 있을 경우의 양성자빔 에너지 스펙트럼 41
그림 19. ILEF 타겟 구조 41
그림 20. 단일층의 플라즈마내에 형성되는 정전기장 공간 분포의 변화 42
그림 21. ILEF 타겟에서 양성자의 초기 위치에 따른 에너지의 향상비... 43
그림 22. 레이저의 세기가 2x1019 W/cm² 일 때, 두께가...[이미지참조] 44
그림 23. 양성자층의 두께에 따른 양성자빔 에너지 분포 변화 45
그림 24. 레이저의 세기가 1021 W/cm² 일 때, 두께가 6 μm인 구리...[이미지참조] 46
그림 25. MicroChem 사 950PMMA의 스핀코팅기 회전속도에 따... 46
그림 26. ILEF 타겟의 substrate로 사용될 쿼츠웨이퍼가 가공된 모습 47
그림 27. 레이저 가속 전자빔 발생 장치에 사용된 솔레노이드 밸브의 구조... 48
그림 28. 기체가 분사되는 노즐이 제작된 모습 (왼쪽) 및 구조 개... 48
그림 29. 레이저 전자빔 가속을 위해 챔버 내부에 설치된 기체 타겟 공급 장치 49
그림 30. Backing pressure를 변화시키면서 노즐에서의 높이에 따른 중성 아르곤 원자 밀도 분포 49
그림 31. 고출력 레이저에 의해 발생하는 다양한 극초단 선원 50
그림 32. 고에너지 전자에 의한 극초단 선원의 발생 메커니즘 51
그림 33. 특성 복사선 발생과 관련된 전자의 천이 과정 51
그림 34. 제동복사와 특성 선복사에 의한 X-선 에너지 스펙트럼 52
그림 35. GEANT4에서 물리적 현상 선택에 따른 X-선 발생 스펙트럼 54
그림 36. 타겟 물질에 따른 X-선 발생 스펙트럼 (10 μm 두께) 55
그림 37. 전자빔 에너지에 따른 텅스텐 타겟에 의해 방출된 X-선 스펙트럼 56
그림 38. (왼쪽) 발생된 X-선 각분포 (Blue: 30 MeV; Red: 6 MeV) 및 (오른쪽) 발... 57
그림 39. 고에너지 X-선을 발생시키기 위한 장력센... 59
그림 40. 고에너지 X-선을 발생시키기 위한... 60
그림 41. 테이프타겟공급장치의 조립도면 61
그림 42. 두 개의 모터와 1개의 선형 스테이지를 구동하기 위해... 62
그림 43. 두 개의 모터와 1개의 선형 스테... 62
그림 44. 챔버 내부에 설치된 구리필름 X-선 연속표적장치의 모습 63
그림 45. 자체 개발된 Labview 기반 표적 제어프로그램 65
그림 46. 테이프 타겟 조사 후 모습 65
그림 47. 극초단 X-선 발생장치 설계도 66
그림 48. 극초단 X-선 발생용 진공챔버 구조 67
그림 49. 진공챔버 외형도 67
그림 50. 터보 펌프 보호용 사각링 68
그림 51. 설계된 진공챔버의 조립도(전면부) 69
그림 52. 진공챔버의 좌측면, 후면, 상부의 모습 69
그림 53. 진공챔버의 우측면과 후면의 모습 70
그림 54. 진공챔버의 전면모습 70
그림 55. 레이저 빔 광학계 및 빔 정렬 모니터링 장치 71
그림 56. 집속 빔 초점 모니터링 장치 72
그림 57. 극초단 방사선 실험실 배치도 73
그림 58. X-선 영상 분석에 사용된 X-선 핀홀 카메라의 구조. 73
그림 59. 표적의 위치에 따른 X-선 방사광원의 영상과 초점 영상의 변화. 74
그림 60. 표적의 위치에 따른 X-선 광원의 크기. 75
그림 61. Wollaston 프리즘을 이용한 Nomarski 간섭계 개략도 및 원리 75
그림 62. Nomarski 간섭계 및 이미징 광학계 76
그림 63. 플라즈마 진단용 Nomarski 간섭계 77
그림 64. 간섭계를 이용한 플라즈마 밀도 측정 방식 78
그림 65. 플라즈마 channel의 굴절률 변화에 의한 간섭 현상 측정 79
그림 66. 전자빔 에너지 측정 개략도 80
그림 67. 전자빔 에너지 측정용 C형 이극 자석 설계도 81
그림 68. Current Transformer를 이용한 전류 측정 개념도 81
그림 69. Current Transformer 측정 신호 예 82
그림 70. ICT의 구조 82
그림 71. ICT의 등가 회로 83
그림 72. ICT 신호 및 적분 신호 83
그림 73. 에너지에 따라 분해된 전자빔이 집속되지 않는 구조 (왼쪽)와 집속되는 구... 84
그림 74. 발산하는 전자빔, 수렴하는 전자빔, 평행한 전자빔에 대해, 전자 분광... 87
그림 75. 고분해능 전자 분광기에서 전자빔의 에너지에 따른 집속 특성 (왼쪽)과 실제 설계한 전... 88
그림 76. 고분해능 전자 분광기에서 전자 에너지에 따른 검출기 위에서의 위치 (왼쪽)와... 88
그림 77. 레이저유도 이온빔의 에너지 정밀 계측을 위한 Thomson... 89
그림 78. CR39에 나타난 레이저유도 이온빔의 TPS 측정 결과 89
그림 79. 자석의 edge field 분포 및 fitting 그래프 91
그림 80. TPS 분광선에 대한 Edge field 보정 92
그림 81. MCP를 이용한 계측기의 구성도 92
그림 82. MCP를 이용한 스크린의 설치도 93
그림 83. 전자빔 발생 실험 Set-up 94
그림 84. 전자빔 특성 분석을 위한 진단 장치 Set-up 95
그림 85. 직경 1 mm 원형 노즐을 사용한 레이저 가속 전자빔 발생 특성 96
그림 86. 1 mm 원형 노즐을 사용한 레이저 가속 전자빔 의 공간 분포도. 96
그림 87. 직경 1 mm 원형 노즐을 사용한 레이저 가속 전자빔의 에너지 스펙트럼 97
그림 88. 직경 1 mm 원형 노즐을 사용한 레이저 가속 전자빔의 전하량. 97
그림 89. 2×3 mm² 직사각형 노즐을 사용한 레이저 가속 전자빔 발생 특성 98
그림 90. 2×3 mm² 직사각형 노즐을 사용한 레이저 가속 전자빔의 공간 분포도 98
그림 91. 2×3 mm² 직사각형 노즐을 사용한 레이저 가속 전자빔의 에너지 스펙트럼 99
그림 92. 2×3 mm² 직사각형 노즐을 사용한 레이저 가속 전자빔의 전하량. 99
그림 93. 노즐에서 레이저 높이 h ＝ 3 mm 인... 100
그림 94. 노즐에서 레이저 높이 h ＝ 4 mm 인 경... 101
그림 95. 전기 capacitance 측정을 이용한 간격 측정 기술을 검증하기 위해 사용된 시료 102
그림 96. 두 금속필름의 사이에 유전체로 사용된... 103
그림 97. 반도체 공정을 통해 제작되는 VSDL 타겟 설계도면 (왼쪽) 및 제작... 103
그림 98. VSDL 타겟 마운트 설계도 104
그림 99. VSDL 타겟 정밀 제어를 위한 타겟 마운트 및 설치 사진 104
그림 100. X-선 핀홀 카메라의 원리 105
그림 101. 두께 10 ㎛인 Ta 금속에 가공한 핀홀의 모양 107
그림 102. 금속의 재질과 두께에 따른 X-선의 투과도. 107
그림 103. X-선 핀홀 카메라의 설계 도면과 세부 부품의 도면 109
그림 104. 핀홀, 핀홀 홀더, X-선 필터 함, 나사형 경통의 사진 109
그림 105. 제작한 X-선 필터와 표적챔버 외부에 설치하는 필터 함 110
그림 106. 제작한 X-선 핀홀 카메라의 사진 110
그림 107. 챔버 전면에 설치된 핀홀카메라 모습 111
그림 108. 레이저 초점의 영상과 X-선 핀홀 카메라 영상의 연관성 113
그림 109. X-선 핀홀 카메라로 측정한 X-선 영... 113
그림 110. X-선 검출기로 사용되는 영상판의 구조. 영상판과 X-선 필름... 114
그림 111. 연X-선 CCD와 경X-선 CCD의 광자 검출률(Princeton Instruments 사). 115
그림 112. 평면 결정에 의한 X-선 스펙트럼 형성(왼쪽) 및 Von Hamos 결정 분광기... 116
그림 113. 고분해능 결정 분광기의 구조. 117
그림 114. HOPG 결정의 회절 특성 119
그림 115. Vos Hamos형 X-선 결정 분광기의 정렬 조건. 121
그림 116. X-선 결정 분광기 부품 도면. 결정 마운트, X-Y 선형 이동장치, 진공 게이트... 122
그림 117. X-선 발생용 표적챔버에 X-선 결정 분광기가 설치된 도면. 122
그림 118. HOPG를 이용한 Mosaic von Hamos 스펙트로미터의 구조도 123
그림 119. 사용된 HOPG의 모습 123
그림 120. HOPG 결정 마운트의 설계도면 124
그림 121. Mosaic von Hamos 분광기의 HOPG 결정 및 제작된 마운트... 124
그림 122. Mosaic von Hamos 분광기의 CCD 마운트 설계도면 125
그림 123. Mosaic von Hamos 분광기 CCD 검출기부의 모습 125
그림 124. Cu Kα X-선의 측정 CCD 영상 126
그림 125. X-선 광자의 에너지에 따라 생성되는 전자-양공쌍의 수. 128
그림 126. X-선 CCD로 측정한 영상. 128
그림 127. Winspec 프로그램의 히스토그램 기능을 사용하여 계산한 화소강도에 따른 화소수의 분포. 129
그림 128. X-선 영상 분광분석 프로그램으로 분석한 X-선 영상의 특성. 131
그림 129. X-선 영상 분광분석 프로그램으로 분석한 다양한 물리량. 132
그림 130. 레이저 초점에 대한 표적의 위치가 0, -250 ㎛일 때, X-... 133
그림 131. 가장 좋은 조건에서 측정된 X-선 스펙트럼의 특성. 133
그림 132. 표적의 위치에 따른 Cu Kα선의 첨두 휘도와 반치폭 안에 포함된 절대 광자수. 134
그림 133. 탁상형 레이저 유도 방사선을 이용한 활용 장치 및 기술 142
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