초록 ▼

Swipe 시료를 다루기 위한 미세입자 취급기술 및 시료전처리기술을 개발하였으며, 이를 바탕으로 핵분열트랙법 또는 알파트랙법을 이용하여 Swipe 시료 선별기술을 확립하였다. 또한, Swipe 시료 내 존재하는 미세입자에 대한 핵물질 농축도를 직접 측정할 수 있도록 핵물질 입자채취 장치를 설계 및 구성하였다. 다양한 핵물질 입자 채취 방법을 검토하여 레이저를 이용한 대기 또는 진공상태에서 입자를 채취할 수 있는 장치를 구성하고 성능시험을 수행하였다. 미세입자 분석에 필요한 실리카 기반의 표준물질을 제조하기 위해 다양한 합성조건에서

Swipe 시료를 다루기 위한 미세입자 취급기술 및 시료전처리기술을 개발하였으며, 이를 바탕으로 핵분열트랙법 또는 알파트랙법을 이용하여 Swipe 시료 선별기술을 확립하였다. 또한, Swipe 시료 내 존재하는 미세입자에 대한 핵물질 농축도를 직접 측정할 수 있도록 핵물질 입자채취 장치를 설계 및 구성하였다. 다양한 핵물질 입자 채취 방법을 검토하여 레이저를 이용한 대기 또는 진공상태에서 입자를 채취할 수 있는 장치를 구성하고 성능시험을 수행하였다. 미세입자 분석에 필요한 실리카 기반의 표준물질을 제조하기 위해 다양한 합성조건에서 대량생산이 용이하도록 최적의 입자 제조조건을 확보하였으며, 표준입자에 대한 기초 물성 자료를 확보하였다. Resin bead 기법을 이용한 핵물질 농축도 판별 기술을 개발하기 위하여 최적의 이온교환수지를 선정하였으며, 우라늄 흡착의 최적조건을 확립 하였다. 개발된 흔적량 핵물질 농축도 판별기술은 현장에서 채취한 Swipe 시료에 직접 적용하였으며, IAEA 핵사찰 환경시료의 Archive 시료에 적용하였다. NIPS 측정시스템의 자체 설계를 위하여 MCNP 전산코드를 이용하여 차폐체에 대한 중성자 및 이차감마선의 선량률 평가, 반사체에 의한 열중성자 접속효과 조사를 하였다. NIPS 측정 장치의 중성자 선원으로는 D-D 핵반응을 이용한 중성자 발생장치를 도입하여 $^{252}Cf$ 중성자선원에 비해 감속이 쉬우며 중성자속의 조절이 가능하도록 하였다. 폭발물 및 화학작용제의 검색을 위해 폭발물 및 화학작용제의 모사 시료를 제조하여 이들의 즉발감마선 데이터베이스를 구축하였다. 구축된 즉발감마선 데이터베이스를 바탕으로 폭발물 및 화학작용제 검색 프로그램을 제작하였다.

Abstract ▼

The pre-treatment and handling techniques for the micro-particles in swipe samples were developed for the safeguards purpose. The development of screening technique for the swipe samples has been established using the nuclear fission track method as well as the alpha track method. The laser ablation

The pre-treatment and handling techniques for the micro-particles in swipe samples were developed for the safeguards purpose. The development of screening technique for the swipe samples has been established using the nuclear fission track method as well as the alpha track method. The laser ablation system to take a nuclear particle present in swipe was designed and constructed for the determination of the enrichment factors for uranium or plutonium, and its performance was tested in atmosphere as well as in vacuum. The optimum conditions for the synthesis of silica based micro-particles were obtained for mass production. The optimum ion exchange resin was selected and the optimum conditions for the uranium adsorption in resin bead technique were established for the development of the enrichment factor for nuclear particles in swipe. The established technique was applied to the swipe taken directly from the nuclear facility and also to the archive samples of IAEA's environmental swipes. The evaluation of dose rate of neutron and secondary gamma-ray for the radiation shields were carried out to design the NIPS system, as well as the evaluation of the thermal neutron concentration effect by the various reflectors. D-D neutron generator was introduced as a neutron source for the NIPS system to have more advantages such as easier control and moderation capability than the $^{252}Cf$ source. Simulated samples for explosive and chemical warfare were prepared to construct a prompt gamma-ray database. Based on the constructed database, a computer program for the detection of illicit chemical and nuclear materials was developed using the MATLAB software.

목차 Contents

• 표지...1
• 제출문...2
• 보고서 초록...4
• 요약문...6
• SUMMARY...10
• CONTENTS...16
• 목차...18
• 표목차...23
• 그림목차...26
• 제 1 장 연구개발과제의 개요...36
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...40
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과...44
• 제 1 절 흔적량 핵물질 농축도 판별기술 개발...44
• 1. 연구개요...44
• 2. Swipe 시료 취급기술 개발...44
• 가. 시료 전처리 기술 개발...44
• (1) 시료 전처리기술의 필요성 및 기술현황...44
• (2) Swipe 시료 전처리 방법...45
• (3) Swipe 시료의 중성자 조사 및 핵분열 트랙분석 실험...47
• (4) Swipe 시료 전처리 방법에 따른 핵분열 트랙분석 결과...47
• (5) Swipe 시료 전처리 방법 최적화...50
• 나. Swipe 시료 내 미세입자 취급 기술 개발...50
• (1) 미세입자 취급에 대한 탐침도구별 의존성...50
• (2) 미세 입자 취급에 사용되는 기타 도구...51
• (3) 미세입자 취급기술 실험 조건 및 방법...52
• (4) 미세입자 취급 결과...52
• (5) 10μm이하 입자에 대한 미세조작을 위한 도립현미경 시스템...52
• (6) 분열성 핵물질 입자들 채취...59
• 3. 핵사찰용 swipe 시료 선별기술 개발...59
• 가. 핵분열트랙 기입법을 이용한 선별기술...59
• (1) 핵분열트랙 미세구조의 이론적 해석...59
• (2) 핵분열트랙 미세구조 DB전산프로그램의 확장 및 실용화방안 구축...62
• (3) 핵분열 트랙 미세구조 D/B의 실용화...66
• (4) 알파트랙법을 이용한 시료 선별기술 개발...66
• (5) LR-115와 시료접촉 시 눌림무게 차에 대한 비교...68
• (6) 알파트랙 재현성 실험...68
• (7) 접촉시간에 따른 알파트랙 생성 비율...68
• (8) 알파트랙의 계산값 과 실측값 비교...71
• 나. DU, NU, LEU 혼합형태의 알파트랙 검출...77
• (1) 군집알파트랙들로 유추한 235U 농축도와 ICP-MS 측정결과 비교...79
• 다. Swipe 현장 시료 내 핵물질 동위원소 비 측정...84
• 4. Resin bead를 이용한 핵물질 동위원소비 측정기술개발...99
• 가. 우라늄 흡착특성 및 resin bead 선택...99
• (1) 음이온교환수지 및 XAD particle size 분포...99
• (2) 우라늄과 철의 흡착도 비교...99
• (3) 음이온교환수지와 TBP/XAD 수지에 대한 Fe 흡착도 비교...99
• (4) 흡착용액 부피와 시간에 따른 우라늄흡착...101
• (5) 음이온교환수지 크기에 따른 우라늄 흡착량...107
• (6) 우라늄농도에 따른 흡착량...107
• (7) Pu 흡착...107
• 나. 우라늄 동위원소비 측정 바탕값 측정...111
• (1) 바탕값으로 나오는 우라늄에 대한 동위원소 비 측정 및 정량...111
• (가) Blank 레늄필라멘트 우라늄 동위원소비 측정...112
• (나) Blank 레늄필라멘트 우라늄 정량...112
• (다) 필라멘트 current에 따른 바탕값 영향...121
• (라) Baking 시간에 따른 바탕값 영향...121
• (2) 바탕 값 국제비교...123
• 다. Mass bias correction factor...123
• 라. 우라늄 동위원소 측정에서 SEM 검출기의 검출한계...123
• (1) 실험...123
• (2) 결과...128
• 마. 피크 크기에 따른 질량분석 정확도 및 정밀도...133
• 바. 표준물을 이용한 resin bead 기법 검증...133
• (1) 이온교환수지 알갱이를 이용한 우라늄 흡착...133
• (2) Resin bead를 이용한 질량분석...140
• (가) 우라늄 흡착 이온교환수지 알갱이를 직접 질량분석에 이용...140
• (나) Resin bead를 이용한 질량분석...140
• (다) 산화우라늄의 생성을 방지하는 방법...140
• (라) Resin Bead 사용 장점...140
• (3) 실험...141
• (4) 결과...141
• 사. 우라늄 량에 따른 흡착도 및 질량분석 결과...141
• (1) 실험...141
• (2) 결과...144
• 아. Resin bead 기법의 핵사찰시료 적용...144
• (1) 실험...144
• (2) 측정 결과...144
• 5. 핵사찰 시료분석을 위한 표준 실리카 입자 제조기술...151
• 가. n-dodecylamine을 주형물질로 이용한 메조다공성 실리카 구형입자의 합성...151
• 나. 주형물질로 n-dodecylamine와 보조 계면활성제로 HDEHP를 이용한 메조다공성 실리카 구형 입자의 합성...156
• (1) HDEHP 농도에 대한 영향...156
• (2) stirring rate에 대한 영향...156
• (3) H2O 농도에 대한 영향...160
• 다. 핵사찰 시료분석을 위한 표준 실리카 입자 제조기술...160
• 6. Laser ablation 질량분석장치를 이용한 미세입자 분석기술 개발...168
• 가. 연구 개요...168
• 나. 미세입자 채취기술 검토 및 laser ablation 장치 개념 설계...168
• (1) 미세입자 채취 기술 검토...168
• (2) Laser ionization 및 Laser Ablation에 의한 입자분석 타당성 평가...170
• (가) 진공상태에서의 입자분석 기술 개발...170
• (나) 대기압 상태에서의 입자분석 기술 개발...172
• (3) 미세입자 채취기술 개념 설계...172
• 다. 질량분석을 위한 laser ablation 및 이온빔 집속장치 구성...176
• (1) 장치 구성...176
• (2) 성능시험...179
• 라. Laser ablation 질량분석 장치 성능시험...179
• (1) 가돌리늄 미세입자의 동위 원소 분석...179
• (가) 미세 시료입자의 준비...183
• (나) 레이저 용발 질량 분석 실험 결과...183
• (2) 다양한 매질에 장착된 미세입자의 동위원소 분석...189
• (가) 미세 입자 시료의 준비...189
• (나) 매질에 따른 신호의 측정...189
• (3) 가돌리늄이 코팅된 단일 실리카 입자의 분석...193
• (가) 실리카 입자 분석의 최적 조건 확립...193
• (나) 다양한 매트리스에서 실리카 입자 중에 포함되어 있는 미량의 가돌리늄 분석...202
• (다) 입자시료 장착 매질의 변화에 따른 레이저 용발 질량 분석 실험결과...202
• (라) Silliocone matrix에서의 질량분석 스펙트럼 정밀 측정...210
• 마. 핵사찰 시료내 핵물질 농축도 측정 및 현장시료 적용...217
• 제 2 절 NIPS 측정 시스템 개발...224
• 1. 연구개요...224
• 2. NIPS 시스템의 구성...231
• 가. NIPS 실험실 전원 및 접지 시스템 설치...231
• (1) NIPS 실험실 전원 공사...231
• (2) NIPS 실험실 XIT 접지 공사...231
• 나. NIPS 시스템 개념 설계...234
• (1) 개요...234
• (2) MCNP 전산코드를 이용한 중성자 차폐 및 열화 모사연구...234
• (3) 방사선 차폐 및 On-line NIPS 시스템 설계 요건...239
• 다. 중성자 발생장치 차폐체 설계 및 제작...240
• 라. 중성자 발생 장치 설치...240
• 마. 주변장치의 설치...244
• 바. 감마스펙트로메타 설치...244
• 3. NIPS 시스템의 성능검사...247
• 가. 중성자 발생장치 작동...247
• (1) 중성자 발생장치 조작 절차...247
• (2) 고장 처리...248
• 나. 중성자 발생 장치 성능 시험...248
• (1) MCNP 전산코드 및 3He 계수관을 이용한 중성자속 예측...248
• (2) MCNP 전산코드를 이용한 즉발감마선 스펙트럼 예측...250
• (3) 중성자 발생 장치 적정 조건 설정...250
• (4) 중성자 발생장치의 중성자 수율 측정...250
• 4. 폭발물 및 화학작용제 즉발감마선 D/B 구축 및 위험물질 실시간 검색기술 개발...262
• 가. 폭발물 및 화학작용제 즉발감마선 D/B 구축...262
• (1) 실제시료 준비 및 즉발감마선 측정...262
• (2) MCNP에 의한 감마 스펙트럼 측정...264
• (3) PGNAA 측정시스템을 이용한 분석능력...265
• 나. 폭발물 및 화학작용제 판별을 위한 즉발감마선 실시간 검색기술 개발...274
• (1) 노이즈 제거 방법 및 측정...274
• (2) PCA 처리를 위한 최적의 history data 조건 확보...280
• (3) 패턴 인식 적용...280
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도...294
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획...296
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보...298
• 제 7 장 참고문헌...300
• 서지정보양식...302
• BIBLIOGRAPHIC INFORMATION SHEET...303