초록 ▼

${\lozenge}$ $10{\sim}80keV$ 극초단 단색 X선 발생장치 개념설계
- 비선형 산란을 이용하여 고효율의 경제적인 차세대 의료진단용 고휘도 단색 X선 발생장치 개념 설계 완료
- 비선형 산란 기술을 이용하여 시스템 상세 사양 도출 및 아토초 고휘도 X선 발생 기술 제안
${\lozenge}$ 1 key 단색 x선 발생 실증
- 1 keV 단색 X선 발생 실증장치 제작 완료
- 1 keV 단색 X선 계측 시스템 개발 완료
-

${\lozenge}$ $10{\sim}80keV$ 극초단 단색 X선 발생장치 개념설계
- 비선형 산란을 이용하여 고효율의 경제적인 차세대 의료진단용 고휘도 단색 X선 발생장치 개념 설계 완료
- 비선형 산란 기술을 이용하여 시스템 상세 사양 도출 및 아토초 고휘도 X선 발생 기술 제안
${\lozenge}$ 1 key 단색 x선 발생 실증
- 1 keV 단색 X선 발생 실증장치 제작 완료
- 1 keV 단색 X선 계측 시스템 개발 완료
- 단색 X선 선속, $10^7$ photons/sec인 시스템 개발 완료
${\lozenge}$ 극초단 중성자빔 발생 실증
- 극초단 중성자빔 발생용 기체 클러스터 및 고체 중수소 타겟 개발 완료
- 극초단 중성자빔 발생 실증 완료 : $10^5$ neutrons/pulse
${\lozenge}$ 극초단 핵자/전자 계측 기술 개발
- 1 MeV급 이상 고에너지 극초단 양성자, 이온 및 전자 실시간 계측 장치 개발 및 측정 실증

Abstract ▼

The goal of this investigation is to generate and detect monochromatic X-ray, ultrashort and high energy neutrons and protons by combining the technologies of the femtosecond ultra-intense laser and high-performance accelerator. We could design conceptually a bright and compact $10{\sim}80keV$<

The goal of this investigation is to generate and detect monochromatic X-ray, ultrashort and high energy neutrons and protons by combining the technologies of the femtosecond ultra-intense laser and high-performance accelerator. We could design conceptually a bright and compact $10{\sim}80keV$ monochromatic X-ray generator by investigating theoretically the non-linear scattering concept. A 1 keV monochromatic X-ray generating beamline has been developed by using an existing superconducting accelerator and a high-power pulsed laser, A 10-TW, 30 fs table-top Ti:Sapphire laser system was developed for generating the ultrashort radiation and high-energy particles. We could successfully generate laser-fusion neutrons by irradiating the laser pulses to cluster and film targets containing deuteron. High energy protons and ions having maximum energy of more than 1 MeV were generated by focusing the intense laser beam to metal and plastic films. The power density of the focused laser beam on the target was more than $10^{18}W/cm^2$. A nondestructive fast detector for charged particles, named wall current monitor, was developed and used for measuring the laser-accelerated electrons, protons, and ions. Also we could develop a impedance-matched faraday cup and Thomson parabola spectrometer to measure the energy and charges of the particles.

목차 Contents

• 제 1 장 연구개발 과제의 개요...36
• 제 1 절 연구 개요...36
• 제 2 절 연구개발의 필요성...40
• 1. 기술적 측면...40
• 2. 경제.산업적 측면...42
• 3. 사회.문화적 측면...43
• 제 3 절 연구개발 목표 및 범위...45
• 1. 연구개발의 목표...45
• 2. 연구 범위...45
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...46
• 제 1 절 국외 기술개발 현황...46
• 제 2 절 국내 기술개발 현황...53
• 참고문헌...55
• 제 3 장 연구개발 수행내용 및 결과...58
• 제 1 절 $10{\sim}80keV$ 극초단 단색 X선 발생 장치 개념설계...58
• 1. 극초단 단색 X선 발생 장치 개발의 필요성...58
• 2. 선형 산란에 의한 단색 X선 발생장치 기본 개념 분석...62
• 가. 10-80 keV 극초단 단색 X선 발생을 위한 파라메타 분석...62
• 나. 10-80 keV Compact 극초단 단색 X선 발생용 전자가속기의 요구 조건...64
• 3. 비선형 산란을 이용한 고효율 극초단 단색 X선 발생...65
• 가. 비선형 컴프턴 산란에 의한 단색 X선 발생...66
• 나. 비선형 컴프턴 산란의 결맞음 조건을 이용한 아토초 X선 발생...70
• 다. 고집속 레이저빔에 의한 고효율 단색 X선 발생...76
• 4. 비선형 컴프턴 산란을 이용한 $10{\sim}80keV$ 단색 X선 발생장치 개념설계...79
• 제 2 절 1 keV 단색 X선 발생 실증...83
• 1. 단색 엑스선 발생실증 실험장치 설계...84
• 가. 단색 엑스선 발생을 위한 전자빔 및 레이저 광학계 설계 사양...84
• 1) 컴프턴 산란 엑스선 발생 원리 및 특성...84
• 2) 1 keV 단색 엑스선의 설계 사양...89
• 3) 단색 엑스선 발생용 전자빔라인 설계...94
• 가) 전자빔 광학계 설계...94
• 나) 전자빔 덤프 설계...101
• 다) 전자빔 진단장치 설계...103
• 4) 단색 엑스선 발생용 레이저빔라인 설계...109
• 가) 광섬유 전송계 설계...109
• 나) 레이저 빔정렬 시스템 설계...112
• 5) 단색 엑스선 Extraction 빔라인 설계...112
• 가) 1 keV 엑스선 투과용 엑스선 윈도우...112
• 나) 1 keV 엑스선 전송용 빔라인 설계...114
• 2. 1 keV 단색 엑스선 발생실증 실험장치 상세설계 및 제작...116
• 가. 1 keV 단색 엑스선 발생용 전자빔 광학계 및 진공 챔버...116
• 1) 집속 자석 및 휨자석 설계 및 제작...116
• 2) 10 MeV 전자빔라인 진공 챔버 설계 및 제작...120
• 3) 전자빔 덤프 및 방사선 차폐 설계 및 제작...125
• 나. 1 keV 단색 엑스선 발생용 레이저빔 전송 광학계 및 빔정렬 시스템...127
• 다. 1 keV 단색 엑스선 전송 빔라인 및 측정 장치 설계 및 제작...131
• 라. 설치 및 시스템 Integration...135
• 1) 1 keV 단색 엑스선 발생용 전자빔라인 설치...135
• 3. 1 keV 단색 엑스선 발생 실험...141
• 가. 10 MeV 전자빔 궤적 최적화...141
• 1) 1 keV 단색 엑스선 발생용 전자빔 궤적 최적화 및 전자빔 덤프 성능 테스트...141
• 나. 레이저빔 전송...144
• 제 3 절 극초단 중성자빔 발생 실증...146
• 1. 연구 배경...147
• 가. 중성자의 특성...147
• 나. 레이저 핵융합을 의한 중성자 발생 기술 현황...149
• 2. 중성자 발생 장치 설계 및 제작...153
• 가. 중수소 클러스터를 이용한 중성자 발생 장치...153
• 나. 중수소 폴리머를 이용한 중성자 발생 장치...158
• 3. 중성자 발생 기술 개발...160
• 가. 중수소 클러스터에서의 중성자 발생...160
• 나. 중수소 폴리머에서의 중성자 발생...168
• 4. 중성자 발생의 이론적 분석...171
• 가. 극초단 레이저에 의한 중성자 발생의 이론적 배경...171
• 나. Gas Jet에서의 클러스터 생성...172
• 다. 발생된 클러스터 및 중성자의 진단...172
• 라. 클러스터와 극초단 레이저의 상호작용에 관한 이론...174
• 마. 중성자 생성율 계산...178
• 5. 중성자의 활용...182
• 제 4 절 초고속 핵자, 전자 계측 기술 개발...185
• 1. 고정밀 핵자 에너지 분포 측정 기술 개발...187
• 가. 기본 원리...187
• 나. Edge field 효과...191
• 다. Plastic Nuclear Track detector (CR39)...194
• 2. 실시간 핵자 측정 장치 개발...198
• 가. Time-of-Flight 계측 기술...198
• 나. Wall Current Monitor...199
• 1) 기본 원리...199
• 2) Wall Current Monitor구성...202
• 다. Impedance matched Faraday Cup...204
• 1) 고속 Faraday Cup의 impedance...204
• 2) 고속 Faraday Cup 제작...205
• 라. 레이저 유도 입자빔 계측...206
• 3. 고효율 탁상형 레이저 가속 양성자 발생 기술 개발...209
• 가. 레이저 유도 이온빔 발생 원리...210
• 나. 레이저 유도 양성자 발생 실험 장치...213
• 다. 고효율 양성자 발생...217
• 참고문헌...222
• 제 4 장 연구개발 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도...226
• 제 1 절 연구개발 목표의 달성도...226
• 제 2 절 주요 연구성과...228
• 1. 탁상형 극초단 10 TW 초고출력 레이저 국산화 개발...228
• 2. 극초단 단색 X선 발생장치 개발...229
• 3. 극초단 고에너지 중성자빔 발생실증...230
• 4. 극초단 고에너지 양성자빔 발생실증 및 극초단 양성자빔 계측기술 개발...231
• 5. 연구성과 요약...232
• 제 3 절 관련분야 기여도...233
• 1. 비선형산란에 의한 고효율 단색 X선 발생 기술 개발...233
• 2. 레이저 핵반응에 의한 중성자빔 발생 기술 개발...233
• 3. 극초단 고에너지, 고효율 양성자빔 발생 기술 개발...234
• 제 5 장 연구개발 결과의 활용계획...236
• 제 1 절 극초단 단색 X선 기술의 활용...236
• 1. 단색 X선을 이용한 핵연료 구조 및 핵분열 생성물 분포 측정...236
• 2. 의료용 고분해능, 저피폭 단색 X선 이미징 시스템 개발...237
• 3. 방사선 생명공학 연구용 펄스 방사선 분석 (Pulse Radiolysis)...238
• 제 2 절 극초단 중성자빔 기술의 활용...239
• 제 3 절 극초단 방사선 기술의 활용...240
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술 정보...244