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중성자 모니터링을 위한 전도성 <sup>10</sup>B 박막 개발
임창휘,김종열,이수현,정용주,최영현,백철하,문명국,Lim, Chang Hwy,Kim, Jongyul,Lee, Suhyun,Jung, Yongju,Choi, Young-Hyun,Baek, Cheol-Ha,Moon, Myung-Kook 대한방사선방어학회 2014 방사선방어학회지 Vol.39 No.4
중성자 검출분야에서$^3He$는 높은 중성자 검출효율 때문에 아주 많이 사용되고 있다. 하지만 2009년 초반부터 발생하고 있는 전세계적인 $^3He$의 품귀현상으로 인하여 가격이 급등하고 수급이 어려워졌기 때문에 대체 중성자 검출물질에 대한 필요성이 높아졌다. 그러므로 중성자 검출물질로 사용될 수는 있지만 $^3He$에 비해 반응효율이 낮아 중성자 검출용으로 주로 사용되지 않던 물질들을 사용하여 검출기를 제작하는 연구가 다시 활발하게 진행되고 있다. $BF_3$, $^6Li$, $^{10}B$, $Gd_2O_2S$ 등과 같은 $^3He$ 대체 물질들 중 하나인 $^{10}B$은 손쉬운 감마선 구별, 무독성, 낮은 가격 등과 같은 여러 장점으로 인하여 여러 연구그룹에서 연구되고 있다. $^{10}B$ 박막을 이용한 중성자 검출은 중성자와 반응하여 발생되는 2차 방사선을 측정하여 간접적으로 중성자를 측정하는 검출기법이다. 반응을 통해 생성된 알파입자의 비정은 고체 내에서 아주 짧기 때문에 $^{10}B$ 층은 박막 형태로 얇게 제작해야 한다. 그러므로 중성자와 박막의 반응을 통해 발생되는 알파입자의 검출효율을 증가시키기 위해서는 $^{10}B$ 박막의 두께를 얇게 제작하는 것이 중요하다. 하지만 박막의 두께를 얇게 제작하는 것은 중성자와 반응하여 생성되는 알파입자의 수집효율을 증가시키는 장점이 있지만 또한 중성자와 반응할 단면적을 감소시키는 단점이 있다. 본 논문에서는 리튬이온전지에 사용되는 초박막 극판 제조 기술을 이용하여 중성자 검출을 위한 대략 $60{\mu}m$ 두께의 얇은 $^{10}B$ 박막을 제작하였다. 그리고 전도성, 분포, 점착력, 유연성와 같은 간단한 물리적 실험을 통해 제작된 $^{10}B$ 박막의 물성을 확인하였다. 또한, 제작된 $^{10}B$ 박막을 사용하여 중성자 모니터링을 위한 비례계수기 제작하고 이를 이용하여 한국원자력연구원의 중성자 조사시설의 중성자 파고 스펙트럼을 측정하였다. 또한, 중성자 검출효율을 증가시킬 수 있는 방법 중 하나인 다층 박막을 이용한 중성자 측정 방법을 이용하여 박막 층수에 따른 중성자 검출효율의 변화를 몬테칼로 전산모사 기법을 이용하여 계산하였고 실험을 통해 박막층의 증가에 따른 신호변화를 측정하였다. In the field of neutron detections, $^3He$ gas, the so-called "the gold standard," is the most widely used material for neutron detections because of its high efficiency in neutron capturing. However, from variable causes since early 2009, $^3He$ is being depleted, which has maintained an upward pressure on its cost. For this reason, the demands for $^3He$ replacements are rising sharply. Research into neutron converting materials, which has not been used well due to a neutron detection efficiency lower than the efficiency of $^3He$, although it can be chosen for use in a neutron detector, has been highlighted again. $^{10}B$, which is one of the $^3He$ replacements, such as $BF_3$, $^6Li$, $^{10}B$, $Gd_2O_2S$, is being researched by various detector development groups owing to a number of advantages such as easy gamma-ray discrimination, non-toxicity, low cost, etc. One of the possible techniques for the detection is an indirect neutron detection method measuring secondary radiation generated by interactions between neutrons and $^{10}B$. Because of the mean free path of alpha particle from interactions that are very short in a solid material, the thickness of $^{10}B$ should be thin. Therefore, to increase the neutron detection efficiency, it is important to make a $^{10}B$ thin film. In this study, we fabricated a $^{10}B$ thin film that is about 60 um in thickness for neutron detection using well-known technology for the manufacturing of a thin electrode for use in lithium ion batteries. In addition, by performing simple physical tests on the conductivity, dispersion, adhesion, and flexibility, we confirmed that the physical characteristics of the fabricated $^{10}B$ thin film are good. Using the fabricated $^{10}B$ thin film, we made a proportional counter for neutron monitoring and measured the neutron pulse height spectrum at a neutron facility at KAERI. Furthermore, we calculated using the Monte Carlo simulation the change of neutron detection efficiency according to the number of thin film layers. In conclusion, we suggest a fabrication method of a $^{10}B$ thin film using the technology used in making a thin electrode of lithium ion batteries and made the $^{10}B$ thin film for neutron detection using suggested method.
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고에너지 X-선 영상검출을 위한 CdWO<sub>4</sub> 섬광체 두께와 반사체의 반사율 변화에 따른 광 수집량의 변화
임창휘,박종원,이정희,Lim, Chang Hwy,Park, Jong-Won,Lee, Junghee 한국정보통신학회 2020 한국정보통신학회논문지 Vol.24 No.12
컨테이너 검색을 위해 사용되는 고에너지 X-선 영상획득용 검출기는 입사되는 고에너지 X-선을 효과적으로 획득하기 위하여 MeV X-선 수집이 충분히 수행될 수 있는 두께의 섬광체를 사용한다. 컨테이너 검색기에서는 섬광체에 입사되는 X-선의 에너지는 일반적으로 최대 9MeV의 X-선이 사용된다. 그러므로 고에너지 X-선 광자를 효과적으로 수집하기 위해서는 수 cm 두께의 섬광체가 이용되어야 하며 섬광체의 두께는 신호의 수집효율에 영향을 미치게 된다. 본 연구에서는 컨테이너 검색에 사용되는 CdWO4 섬광체와 소면적의 센서를 활용한 영상검출기의 설계조건에 대한 연구를 기술하고 있다. 이를 위하여 본연구에서는 섬광체의 적절한 두께와 섬광체 표면의 반사율에 따른 빛 수집효율을 계산하기 위하여 MCNP6와 DETECT2000을 활용하여 다양한 조건에서 X-선 거동과 빛의 거동에 대한 모사를 수행하였다. 빛 수집효율 계산결과 섬광체 표면의 반사율이 낮은 경우 대략 15 ~ 20mm 두께의 섬광체를 선정하는 것이 적합하였으나 반사율이 높아짐에 따라 대략 25 ~ 30mm 두께의 CdWO4 섬광체를 선정하는 것이 적합한 것으로 확인되었다. The high-energy X-ray imaging detector used for container inspection uses a thick scintillator to effectively acquire X-rays. X-ray incident on the scintillator is generally up to 9MeV. Therefore, to effectively collect X-ray, it is necessary to use a thick scintillator. To collect the light generated by the reaction between X-ray and scintillator, an optical-sensor must be combined with the scintillator. In this study, a study on the design conditions of the detector using a CdWO4 and a small sensor is described. To calculate the collected light according to the change of the scintillator thickness and the reflectance of surface, MCNP6 and DETECT2000 were used. As a result of calculating, it was confirmed that when the reflectance of the surface was low, it was appropriate to select a scintillator with a thickness of 15 to 20-mm, but as the reflectance increased, it was confirmed that it was appropriate to select a CdWO4 with a thickness of 25 to 30-mm.
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임창휘,양성돈,강명구 국토연구원 2011 국토연구 Vol.69 No.-
As urban population accounts for more than half of world population in 2010, UN declared “Urban Millennium.” Most urbanization occurs in developing world. The competition among firms and nations for the world urban development market is intense. The purpose of this study is to analyze barriers and policies for advancing world urban development. Analysis finds that the critical barrier 3 to the developers is the condition of oversea countries because the risk of oversea urban development is high and the risk can be even higher depending on the oversea country’s condition. Therefore, lowering the risk in oversea countries is the most important to policy agenda. Specifically, policies need to aim to build socio-economic cooperation between countries and to lessen financial risk. Reduction in financial risk can be done linked with official development assistance (ODA), fund raising such as infra-fund targeting infrastructure building, credit support, and so forth. The government needs to do general support including diplomatic relationship, funding support, information provision, human resource development, and so forth. Besides, public-private partnership can be a useful vehicle for the oversea urban development. UN은 도시인구가 농촌인구를 넘어선 2000년대를 ‘Urban Millennium’이라고 선언했다. 도시의 확장은 주로 개발도상국에서 발생하고 있으며, 미처 도시화에 대처하지 못하고 있는 개발도상국의 경우 도시의 슬럼화 및 기반시설 부족 등 다양한 도시문제를 야기하고 있다. 나아가 경제기반으로서의 산업화 및 산업시설에 대한 수요가 증가하고 있고, 생활기반으로서 주거, 환경, 교통, 문화 등에 대한 지속가능한 도시개발에 대한 요구가 증가하고 있다. 하지만 선진 국가와 기업의 활발한 해외도시개발과 비교해볼 때, 대한민국의 해외도시개발은 아직 미약한 수준이다. 본 연구에서는 해외도시개발을 활성화하는 데 장애요인이 무엇인지를 분석하고 이와 연계하여 효율적인 정책적 함의를 도출하는 것을 목적으로 한다. 분석결과 해외도시개발에서 우선적으로 극복해야 하는 장애요인은 진출대상국과 관련한 변수가 가장 컸다. 구체적으로 우선 필요한 정책은 진출대상국과의 경제협력, 공적개발기금(ODA)과의 연계, 인프라펀드 등 신규재원의 조성, EDCF 확대, 정부의 신용보증 확대의 순으로 양국 간 관계구축과 금융위험 완화가 높게 나타났다. 또한 국가의 역할에서 사업 참여보다는 사업화 단계에서 일반적인 지원(외교, 금융, 정보, 교육 등)과 함께 민관협력 및 공공참여 방안의 확대를 위한 지원체계의 구축이 필요함을 보여주고 있다.
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스퍼터링 코팅기법을 이용한 중성자 검출용 B<sub>4</sub>C 박막 개발
임창휘,김종열,이수현,조상진,최영현,박종원,문명국,Lim, Chang Hwy,Kim, Jongyul,Lee, Suhyun,Cho, Sang-Jin,Choi, Young-Hyun,Park, Jong-Won,Moon, Myung Kook 대한방사선방어학회 2015 방사선방어학회지 Vol.40 No.2
헬륨-3는 높은 반응효율, 장시간 사용가능성, 감마선에 대한 낮은 반응확률 등과 같은 장점들을 가지고 있기 때문에 대부분의 중성자 검출기의 반응물질로 사용되어 왔다. 그러나 지난 몇 년 사이 전세계적인 헬륨-3의 부족으로 인해 기체의 수급이 어려워지고 있고 이에 따라 가격이 급격히 증가하게 되었다. 이러한 이유로 헬륨-3 대체 물질들을 이용한 고효율의 중성자 검출기의 개발에 대한 연구가 많은 연구그룹에 의해 활발히 진행되기 시작하였다. 이러한 연구에서는 다양한 물질들을 이용하고 있으며, 이 중에서 붕소-10은 다른 대체물질과 비교할 때 상대적으로 높은 중성자 반응확률, 낮은 감마반응효율, 물질의 안정성, 가격적 이점 그리고 기존 헬륨-3를 이용한 검출기의 계측회로의 재활용 가능성 등과 같은 장점들 때문에 많은 연구그룹에서 붕소-10을 이용한 중성자 검출기 개발을 진행하고 있다. 본 논문에서는 중성자 검출기에 사용될 수 있는 붕소-10 박막을 개발하고 이에 대한 성능평가를 수행하였다. 중성자 검출기의 반응물질로 붕소-10을 사용하기 위해서는 중성자와 붕소-10이 반응하여 생성되는 이차방사선을 측정할 수 있어야 한다. 본 연구에서 활용한 기체충진형 중성자 검출기의 경우 붕소-10을 얇은 박막 형태로 제작하여 중성자와 반응하여 생성된 이차방사선이 기체를 이온화 시켜서 생성되는 이온쌍을 측정하는 방법을 이용한다. 그러므로 중성자 반응효율과 이차방사선의 재흡수율을 고려한 붕소-10(탄화붕소)의 적절한 두께를 선정할 필요가 있다. 이를 위해서 본 논문에서는 몬테칼로 기법을 이용하는 MCNP6를 이용하여 다양한 두께에 따른 중성자신호수집효율의 변화를 계산하였다. 또한, 스퍼터링 기법을 이용하여 다양한 두께의 박막을 제작하고 이를 이용하여 중성자 반응신호를 측정하였다. 그리고 제작된 박막의 2차원 모니터링을 위한 다중선 비례계수기의 적용가능성을 타진하기 위해 제작된 붕소박막이 설치된 2차원 다중선 비례계수기를 제작하고 중성자 응답 특성을 평가하였다. $^3He$ gas has been used for neutron monitors as the neutron converter owing to its advantages such as high sensitivity, good ${\gamma}$-discrimination capability, and long-term stability. However, $^3He$ is becoming more difficult to obtain in last few years due to a global shortage of $^3He$ gas. Accordingly, the cost of a neutron monitor using $^3He$ gas as a neutron converter is becoming more expensive. Demand on a neutron monitor using an alternative neutron conversion material is widely increased. $^{10}B$ has many advantages among various $^3He$ alternative materials, as a neutron converter. In order to develop a neutron converter using $^{10}B$ (actually $B_4C$), we calculated the optimal thickness of a neutron converter with a Monte Carlo simulation using MCNP6. In addition, a neutron converter was fabricated by the Ar sputtering method and the neutron signal detection efficiencies were measured with respect to various thicknesses of fabricated a neutron converter. Also, we developed a 2-dimensional multi-wire proportional chamber (MWPC) for neutron beam profile monitoring using the fabricated a neutron converter, and performed experiments for neutron response of the neutron monitor at the 30 MW research reactor HANARO at the Korea Atomic Energy Research Institute. The 2-dimensional MWPC with boron ($B_4C$) neutron converter was proved to be useful for neutron beam monitoring, and can be applied to other types of neutron imaging.
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