방사광의 특성과 방사광의 발생원리에 대한 소개를 하였다. 매우 높은 스펙트럼 휘도와 매우 넓은 영역의 스펙트럼 범위, X-선 파장 조절 가능성과 고도의 지향성 및 집속성, 그리고 시간에 따른 순간파동 구조를 갖는 방사광을 이용하여 지질학 및 지구환경과학에 적용할 수 있는 실험기법을 기술하였다. 이에는 X선 토모그라피, XRF, XANES, EXAFS, 다이아몬드 앤빌 기기 및 라지 발륨 프레스를 이용한 고온-고압 연구와 에너지문제와 관련하여 원자력발전과 핵폐기물처리에 대한 것이 포함되어 있다. 이러한 실험기법은 광물 및 암석에 대한 화학성분, 결정구조 및 결합상태 분석이 가능하며, 광상학과 고생물학 및 환경학 분야에 적용할 수 있다. 또한 이 연구방법을 이용하면 지구내부물질의 거동에 관한 정보를 얻을 수 있다.
방사광의 특성과 방사광의 발생원리에 대한 소개를 하였다. 매우 높은 스펙트럼 휘도와 매우 넓은 영역의 스펙트럼 범위, X-선 파장 조절 가능성과 고도의 지향성 및 집속성, 그리고 시간에 따른 순간파동 구조를 갖는 방사광을 이용하여 지질학 및 지구환경과학에 적용할 수 있는 실험기법을 기술하였다. 이에는 X선 토모그라피, XRF, XANES, EXAFS, 다이아몬드 앤빌 기기 및 라지 발륨 프레스를 이용한 고온-고압 연구와 에너지문제와 관련하여 원자력발전과 핵폐기물처리에 대한 것이 포함되어 있다. 이러한 실험기법은 광물 및 암석에 대한 화학성분, 결정구조 및 결합상태 분석이 가능하며, 광상학과 고생물학 및 환경학 분야에 적용할 수 있다. 또한 이 연구방법을 이용하면 지구내부물질의 거동에 관한 정보를 얻을 수 있다.
This paper introduces the characteristics and generation of the synchrotron radiation (SR). SR has the very high spectral brilliance, broad spectral range, X-ray wavelength tunability, high degree of polarization and collimation, and pulsed time structure. Also describes the technologies to apply in...
This paper introduces the characteristics and generation of the synchrotron radiation (SR). SR has the very high spectral brilliance, broad spectral range, X-ray wavelength tunability, high degree of polarization and collimation, and pulsed time structure. Also describes the technologies to apply in the fields of geology and environmental sciences. These include X-ray tomography, XRF, EXAFS, XANES, DAC, IVP experiments. Further, nuclear power generation and nuclear waste disposal methods are mentioned relating to energy. Using these, analyses of the chemistry, crystal structure and chemical combining states of minerals and rocks can be carried out. Applications in the fields of the economic geology, paleontology and environmental sciences are open too. Informations of the Earth interior materials' behavior under high pressure-temperature can be acquired.
This paper introduces the characteristics and generation of the synchrotron radiation (SR). SR has the very high spectral brilliance, broad spectral range, X-ray wavelength tunability, high degree of polarization and collimation, and pulsed time structure. Also describes the technologies to apply in the fields of geology and environmental sciences. These include X-ray tomography, XRF, EXAFS, XANES, DAC, IVP experiments. Further, nuclear power generation and nuclear waste disposal methods are mentioned relating to energy. Using these, analyses of the chemistry, crystal structure and chemical combining states of minerals and rocks can be carried out. Applications in the fields of the economic geology, paleontology and environmental sciences are open too. Informations of the Earth interior materials' behavior under high pressure-temperature can be acquired.
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문제 정의
상기 한 방사광의 특성을 지질학 및 지구환경 분야와 연계하여 연구할 수 있는 분야에 대해 알아보기로 한다. 방사광의 특성상 저장링에서 방사광관을 따라 이용자의 실험대까지 전달되는 X-선은 백색광(white radi- ation)이다.
현재, 세계 여러 나라에서 가동 중인 방사광 및 가속기 연구소 현황은 Table 1과 같다. 여기서는 방사광의 발생원리, 방사광 발생장치 및 방사광을 이용한 연구분야에 대한 소개와, 방사광을 물질 및 환경과학 기초 분야 중의 하나인 지구 환경과학의 다양한 분야에서 이용될 수 있는 것을 소개하려 한다.
제안 방법
핵폐 기물 처리장 건립은 사회적으로 매우 민감한 문제이므 로, 단기간에 처리할 수 있는 방법이 개발되면 많은 노 력과 재원을 아낄 수 있는데 상기한 양성자가속기를 이용하면 처리하는데 많은 시간을 단축할 수 있다. 양 성자가속기를 이용하여 다량의 중성자를 생성한 후, 사 용 후 핵연료에서 수명이 긴 핵종을 군 분리한 폐기물 시료에 중성자를 조사하여 수명이 긴 핵종을 파쇄한다. 이 과정에서 생성되는 핵종은 안정적이거나 수명 이 짧은 반감기를 갖는 핵종으로 핵폐기물처리장에 보 관하면 이렇게 처리한 고준위폐기물을 수백년 정도의 시간 안에 소멸처리 할 수 있다.
XANES 이 후부터 약 1000 eV까지를 확장 X-선흡수미세구조(extended X-ray absorption fine structure, EXAFS, 엑 셉스)라 하며, EXAFS는 흡수원자 주위의 구조에 관한 많은 정보를 주고있기 때문에 X-선회절분석(X-ray diffraction, XR。과는 다른 특성을 갖고 있다. 첫째, 장 거리질서도(long range order)의 유무에 관계없이 고 체, 액체 등 무질서한 시료에 대한 분석을 할 수 있다. 따라서, 근거리질서도(short range order)에 대한 구 조분석만 가능하다.
대상 데이터
PLS 저장링은 2극전자석이 36개. 4극 전자석은 144개이다. 저장링의 크기는 전자에너지에 영향을 미치게 되는데, 예를 들면 PLS의 경우는 원형 궤도가 280m(2 GeV)이며, 일본의 SPring-8은 1, 436m(8 GeV), 미국 알곤 연구소 (Argonne National Lab.
따라서, 이에 필요한 중 성자를 외부가속기에서 생성시킨다. 사용되는 연료는 토륨이나 용융상태의 염류 등 액체형 핵연료이다. 이러한 액체형 연료는 비임계원자이므로 필요한 안전장 치가 줄어든다.
이론/모형
백색광을 이용하는 실험에 적용되는 방법은 에너지 분산회 절법 (energy dispersive X-ray diffraction method, 이하 EDXRD)이다. EDXRD의 원리는 브래그 방정식 (Bragg equation, #과 광자에너지 식 (photon energy equation, E = hc/A.
이것은 보다 높은 강도의 X-선을 얻을 수 있기 때문이다. 이용하는 원리는 파장 분산분광법 (wavelength dispersive spectrometry, WDS)을 이용한다. WDS에 사용하는 검출기(detector)는 탠뎀 비례계수기 (Tandem proportional counter)로써, 형광X-선을 분석하기 위하여 조핸슨 기하원(Johansson geometry Rowland circle)에 근거하고 있다 (Fig.
성능/효과
셋째, 기지의 흡수단보다 낮은 에 너지를 선택함으로써 기지효과를 줄일 수 있다. 넷째, 정량분석을 할 경우 정확도를 높일 수 있다.
방사광의 특징을 요약하면 다음과 같다 : 첫째, 매우 높은 스펙트럼의 휘도(high spectral brilliance)이다. 둘째, 스펙트럼의 범위가 매우 넓다(broad spectral range). 셋째, X-선 파장을 조절(wavelength tunability)할 수 있으며, 넷째, 고도의 지향성 및 집속성(high degree of polarization and collimation)이다.
따라서 신호 대 잡음비 (signal/noise ratio)를 최대로 할 수 있다. 둘째, 중첩된 형광스펙트럼에서 구분하고자 하는 원소들의 흡수단 사이로 입사에너지를 조절하면 원하지 않는 스펙트럼 을 제거할 수 있다. 셋째, 기지의 흡수단보다 낮은 에 너지를 선택함으로써 기지효과를 줄일 수 있다.
둘째, 중첩된 형광스펙트럼에서 구분하고자 하는 원소들의 흡수단 사이로 입사에너지를 조절하면 원하지 않는 스펙트럼 을 제거할 수 있다. 셋째, 기지의 흡수단보다 낮은 에 너지를 선택함으로써 기지효과를 줄일 수 있다. 넷째, 정량분석을 할 경우 정확도를 높일 수 있다.
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