[논문]몬테카를로 방사선 수송 모델을 활용한 우주방사선 차폐체 설계 관련 선행연구

강창우; 김영찬

doi:10.7742/jksr.2022.16.5.527

몬테카를로 방사선 수송 모델을 활용한 우주방사선 차폐체 설계 관련 선행연구
Preliminary Study of Cosmic-ray Shielding Material Design Using Monte-Carlo Radiation Transport Code 원문보기

한국방사선학회 논문지 = Journal of the Korean Society of Radiology, v.16 no.5, 2022년, pp.527 - 536

강창우 (국군화생방방어연구소) , 김영찬 (국군화생방방어연구소)

초록
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본 연구는 우주방사선 차폐물질 설계를 위한 선행연구 차원에서 우주방사선에 대한 물질별 방사선 차폐특성을 분석하였다. 특히 EMP 및 방사선 차폐에 효과가 있다고 알려진 경량 연자성 복합소재에 대한 우주방사선 차폐물질 활용 가능성을 확인하고자 하였다. 이를 위해 Monte Carlo N-Particle(MCNP) 모델링 기법과 열중성자 차폐실험을 수행하였으며, MCNP의 우주방사선 모델인 Skymap.dat를 활용하였다. 연구결과 폴리에틸렌, 붕소폴리에틸렌, 탄소나노튜브 등 탄소와 수소를 함유한 물질의 경우 증발 중성자 에너지 영역 대 이하의 중성자 감소에 효과적인 것으로 나타났으며 SS316, 경량 연자성 물질 등 철을 함유한 물질은 캐스케이드 중성자 차폐성능이 뛰어난 것을 확인할 수 있었다. 특히 경량 연자성 물질의 경우 붕소를 함유하고 있어 저속중성자 영역의 중성자 감소에도 효과적인 것으로 나타났으며, 향후 탄소 및 수소 등 탄성산란 물질을 보강한다면 우주방사선 중성자 전 영역에서 유의미한 차폐효과를 보여줄 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The radiation shielding characteristic of neutron shielding material has been studied as the preliminary study in order to design cosmic-ray shielding material. Specially, Soft Magnetic Material, known to be effective in EMP and radiation shielding, has been investigated to check if the material would be applicable to cosmic-ray shielding. In this work, thermal neutron shielding experiment was conducted and the Monte Carlo N-Particle(MCNP) was applied to employ skymap.dat, which is cosmic-ray data embedded in MCNP. As a result, polyethylene, borated polyethylene, and carbon nano tube, containing carbon or hydrogen, have been found to be effective in reduction of neutron flux below 20 MeV (including thermal, epithermal, evaporation). In contrast, the materials composed of iron such as SS316 and Soft Magnetic Material show a good shielding performance in the cascade energy range (above 20 MeV). Since Soft Magnetic Material is consisting of 13% of boron, it can also decrease thermal neutron flux, so it is expected that it would show a significant reduction on the entire range of neutron energy if the Soft Magnetic Material is used with hydrogen and carbon, so called low Z material.

주제어

표/그림 (7)

그림 Fig. 1. Thermal neutron shielding experiment facility in Korea Research Institute of Standards and Science.
그림 Fig. 2. Thermal neutron performance for the different thickness of Soft Magnetic Material samples.
그림 Fig. 3. The prism describes MCNP6 modeling for the secondary cosmic-ray spectra employing skymap.dat.
그림 Fig. 4. Neutron and proton spectrum the 12.4 km altitude using F2 tally function embedded in MCNP6.
$Table 1. Constituent element fraction and densities of the seven investigated materials$ 표 Table 1. Constituent element fraction and densities of the seven investigated materials
그림 Fig. 5. MCNP6 geometry for evaluating the neutron shielding performance of the materials selected.
그림 Fig. 6. Neutron flux spectra of the selected material compared with aluminium used as shielding material.

AI 본문요약
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제안 방법

본 연구는 몬테카를로 시뮬레이션 코드인 MCNP와 중성자 차폐실험을 통해 우주방사선 중성자 차폐에 대한 연구를 수행하였다. 이를 위해 붕소 폴리에틸렌, 알루미늄, 탄소나노튜브 등의 현재 활용되고 있는 물질과 경량 연자성 복합소재라는 새로운 물질에 대한 고에너지 중성자 차폐성능을 비교 분석하였다.

대상 데이터

본 연구는 12.4 km 고도에 존재하는 우주방사선을 전제로 차폐체 설계에 대한 선행연구를 수행하였다. 지상, 항공고도, 위성 궤도 등 환경에 따른 방사선의 종류와 에너지가 상이하기 때문에 방사선 손상 최소화를 위해서는 방사선 환경 및 인체 장비 손상 특성을 고려한 최적의 방사선 차폐물질 선정과 설계가 필요할 것으로 보인다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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