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[국내논문] 저온검출기를 이용한 에너지 고 분해능 알파분광 구현
High Energy Resolution Alpha Spectrometer Using a Cryogenic Detector 원문보기

방사선방어학회지 = Radiation protection : the journal of the Korean association for radiation protection, v.38 no.3, 2013년, pp.132 - 137  

김민성 (한국원자력환경공단) ,  이상훈 (경북대학교) ,  윤원식 (한국표준과학연구원) ,  장용식 (한국표준과학연구원) ,  이상준 (한국표준과학연구원) ,  김용함 (한국표준과학연구원) ,  이민규 (한국표준과학연구원)

초록
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기존에 많이 사용된 반도체 검출기의 분해능은 통계학적 이론으로 그 분해능의 한계가 따른다. 이러한 이유로 최근에 반도체 검출기가 갖는 에너지 분해능의 한계를 뛰어넘는 저온 검출기를 이용하여 다양한 방사성 핵종 분석을 시도하고 있다. 본 논문에서는 $2{\times}2{\times}0.05mm^3$ 크기 금막 흡수체에 입사하는 에너지 때문에 흡수체의 온도가 상승하는 원리를 이용해 $^{241}Am$ 알파 선원의 에너지를 측정하였다. 흡수체의 온도 변화 측정에는 자기양자센서인 Au:Er를 이용하였으며 이는 순수한 Au에 핵스핀이 0 인 $^{168}Er$을 수백 ppm을 첨가하여 얻은 상자성 합금이다. 알파 입자 흡수에 의한 미세한 온도증가를 측정하기 위해서 희석식 냉동기보다 작동이 편리한 무냉매 자기냉동기를 이용해 mK 온도 영역의 저온환경을 구성하였다. $^{241}Am$ 선원 측정 결과 5.5 MeV에서 6.8 keV의 FWHM의 에너지 고 분해능을 얻었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Cryogenic particle detectors have recently been adopted in radiation detection and measurement because of their high energy resolution. Many of these detectors have demonstrated energy resolutions better than the theoretical limit of semiconductor detectors. We report the development of alpha spectr...

Keyword

#저온검출기   #자기양자센서   #에너지 고 분해능   #무냉매자기냉동기  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 하지만 무냉매 자기 냉동기(CF-ADR)는 액체 헬륨을 사용하지 않기 때문에 비용면에서도 경제적이고, 희석식 냉동기처럼 계속적으로 헬륨을 충전시켜주어야 하는 번거로움이 없으며, 자기장을 인가해주는 방식으로 누구나 쉽게 운영이 간편하다는 장점이 있다. 그래서 본 실험에서는 저온 검출기를 보다 보편화하기 위해 작동이 편리한 무냉매 자기 냉동기를 이용하여 고 분해능 알파 분광기를 작동 할 수 있는 저온 시스템을 구성하였다.
  • 본 실험에서는 대형 희석식 냉동기 시스템보다 작동이 간편하고 액체 질소 및 헬륨을 사용하지 않아 비용면에서 경제적이고, 사용면에서 편리한 무냉매 자기 냉동기(Cryogen Free - Adiabatic Demagnetization Refrigerator, CF-ADR)를 이용한 극저온 시스템에서 MMC(Metallic Magnetic Calorimeter)로 에너지 고 분해능의 알파 분광을 구현하고자 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
저온 검출기에 사용되는 온도계인 TES는 어떠한 기능을 가지고 있느가? TES는 초전도물질이 초전도-금속 상전이에서 온도에 따라 급격한 저항변화 특성을 갖는 성질을 이용한 검출기로서 초전도 물질 박막위에 귀금속을 증착한 초전도 이중 박막을 상전이 온도에 유지시켜 작은 온도변화에 민감한 온도센서로 이용하여 측정한다.
방사선은 어디에 영향을 끼치고 있는가? 현재 방사선은 식품의 장기 보관, 새로운 종자의 개발등 실생활에 관련된 분야뿐만 아니라 의약품 제조, 타이어 제조 등 산업분야 등 우리 생활에 지대한 영향을 미치고 있다. 이러한 방사선을 올바르게 사용하기 위해서는 정확한 계측이 필요하며 그것에 대한 분석과 이해 또한 중요하므로 에너지 고 분해능의 방사선 검출기의 개발 역시 중요하다.
방사선 검출기는 어떠한 분야에서 이용되고 있는가? 방사선 검출기는 방사성물질의 정량 및 핵종 분석, 핵물리 연구, 환경 방사능 측정, 핵 활동 감시 등 여러 응용 분야에서 매우 중요한 역할을 하고 있다. 현재 많이 사용되고 있는 반도체 검출기는 이온화를 통한 검출이므로 통계적으로도 에너지 분해능에 한계가 있을 수밖에 없다.
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참고문헌 (8)

  1. Burck A, Kempf S, Schafer S, Rotzinger H, Rodrigues M, Wolf T, Gastaldo L, Fleischmann A, Enss C. Microstructured magnetic calorimeter with meander-shaped pickup coil. Springer Science+ Business Media, LLC. 2008. 

  2. Enss C. Cryogenic particle detection. Springer. 2005. 

  3. Kim YH. Ph.D. thesis. Brown University. 2004. 

  4. SQ3006. STAR Cryoelectronics. 25-A Bisbee Court, Santa Fe. NM 78508. USA. 

  5. Ranitzsch PC, Kempf S, Pabinger A, Pies C, Porst J, Schafer S, Fleischmann A, Gastaldo L, Enss C, Jang YS, Kim IH, Kim MS, Kim YH, Lee JS, Lee KB, Lee MK, Lee SJ, Yoon WS, Yuryev YN. Development of cryogenic alpha spectrometers using metallic magnetic calorimeters. Nucl. Instr. Meth. A. 2011; 652(1):299-301. 

    상세보기 crossref

  6. High Precision Devices. Inc. http://www.hpdonline. com/103_cryostat.php. 

  7. Horansky RD, Stiehl GM, Beall JA, Irwin KD, Plionis AA, Rabin MW, Ullom JN. Measurement of ion cascade energies through resolution degradation of alpha particle microcalorimeters. J. Appl. Phys. 2010;107:044512-044512-9. 

    상세보기 crossref

  8. National Nuclear Data Center. Chart of nuclides. Brookhaven National Labortory. http://www.nndc. bnl.gov/chart/. 

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