초록 ▼

본 과제는 총 6년, 3단계로 기획돈 과제로서 크게 3가지 유형의 중성자 발생장치 개발을 목표로 한다.
1. D^+$ 이온원을 이용한 빔-표적 방식 중성자 발생 장치
2. 원통형 동축 중성자 발생 장치
3. 플라즈마 포커스 장치 및 구형 집속 빔 핵융합(Spherical Convergent Beam Fusion, SCBF) 장치
이를 위해 주관기고나인 서울대학교 최희동 교수팀, 황용석 교수님과 한국과학기술원의 최원호 교수팀, 위탁기관인 한양대학교 고광철 교수팀이 협동 연구를 통하여 과제를 수

본 과제는 총 6년, 3단계로 기획돈 과제로서 크게 3가지 유형의 중성자 발생장치 개발을 목표로 한다.
1. D^+$ 이온원을 이용한 빔-표적 방식 중성자 발생 장치
2. 원통형 동축 중성자 발생 장치
3. 플라즈마 포커스 장치 및 구형 집속 빔 핵융합(Spherical Convergent Beam Fusion, SCBF) 장치
이를 위해 주관기고나인 서울대학교 최희동 교수팀, 황용석 교수님과 한국과학기술원의 최원호 교수팀, 위탁기관인 한양대학교 고광철 교수팀이 협동 연구를 통하여 과제를 수행한다. 각 팀의 주 연구 주제는, 최희동 교수팀은 방사선 계측 및 차폐, 활용석 교수팀은 플라즈마 및 이온원 설계, 제작 및 특성 규명, 최원호 교수팀은 플라즈마의 진단 및 제어, 고광철 교수팀은 고전압 펄스 실험이다. 이 중에서 1. 과 2. 는 서울대학교 최희동 교수팀, 황용석 교수팀 그리고 한국과학기술원의 최원호 교수팀이 협동으로 연구개발하고 3.은 한양대학교 고광철 교수팀에서 맡게 된다. 모 과제와 위탁과제 사이에도 피드백이 이루어지도록 긴밀한 협조 체계가 유지된다.
1. 의 빔-표적 방식 중성자 발생기의 개발은 본 과제의 주가 되는 장치이다. 해당단계(2001. 6. 1~2003. 5. 31)에서는 기존의 중성자 발생 시스템에 대한 문헌 조사를 통해 본 과제에서 연구개발 하고자 하는 장치의 요구 조건을 도출하고 중성자 발생 시스템 전체의 개념 설계를 수행하였다. 핵심 장치인 $D^+$ 이온원을 설계, 제작 및 특성 진단하여 50mA 급의 이온 빔을 인출하였다. 또한 중성자 발생시 중성자를 효율적으로 차폐하고 계측하기 위한 시스템의 설계를 수행하는 것도 포함한다.
2. 의 원통형 동축 중성자 발생장치는 본 팀에서 새로운 아이디어로 제안되어 과제의 내용에 추가된 것으로 당해단계에서는 전산 모델링 해석과 장치의 공학 설계 및 제작을 하고, 장치 특성 규 명의 일환으로 플라즈마 발생 실험을 수행한다.
3. 의 처음 과제 제안 시에는 플라즈마 집속 장치 쪽으로 연구의 비중을 두었으나 최근 미국과 일본에서 구형 접속 빔 핵육합 장치가 새로운 중성자원으로 각광받으면서 집중적으로 연구됨에 따라 연구의 방향을 그 쪽으로 새로이 잡게 되었다. 당해단계에서는 구형 집속 빔 핵융합 장치를 설계, 제작하고 전산 모사를 통하여 중성자 발생량의 중대 방안을 모색한다.

Abstract ▼

This project is a totally 6-year-R&D of 3 phases, consisting of developments of such neutron generators as
1. A beam-target type neutron generator using a flt $D^+$ source
2. A cylindrical coaxial neutron generator
3. A plasma focus device and a spherical convergent beam fusion(S

This project is a totally 6-year-R&D of 3 phases, consisting of developments of such neutron generators as
1. A beam-target type neutron generator using a flt $D^+$ source
2. A cylindrical coaxial neutron generator
3. A plasma focus device and a spherical convergent beam fusion(SCBF)
Professor Choi Hee-dong’s team, professor Hwang Yong-seok’s team from Seoul National University(SNU), professor Choi Won-ho’s team from KAIST have cooperated as a host institute with professor Ko Kwang-cheol’s team from Hanyang University as a consigned institute for this R&D. Professor Choi ‘s team from SNU has majors in radiation measurement and shield, professor Hwang’s team in design, fabrication and characterization of plasma and ion sources, professor Choi ‘s team from KAIST in diagnostics and the control of plasma and professor Ko’s team in high voltage pulse experiments. Professor Choi’s and professor Hwang’s teams from SNU and professor Choi’s team from KAIST are responsible for the R&D regarding to above 1. and 2. and professor Ko’s team for 3.. Tight cooperative organization has been maintained between host and consigned institutes.
A beam-target type neutron generator of 1. is a main constituent for this project. We clarified the requirements for the device which we intended to develop by referring to sundry records and designed the whole system conceptually in this phase(2001.6.1―2003.5.31). We designed, fabricated and characterized the flt ion source and extracted 50 mA grade ion beam from this source. Also we included activities for effective measurement and shield of neutron during experiment with neutron generation.
We added a development of a cylindrical coaxial neutron generator of 2. which we proposed as a novel idea to this project. We performed computational modeling and analysis, engineering design. Then we fabricated this machine and produced hydrogen plasma for characterization of this one.
In case of 3. we concentrated on a plasma focus device at first, but American and Japanese community have paid attention to the SCBF device which has another name, the IEC(Inertial Electrostatic Confinement) as a novel neutron source. As they have been focusing their research on this device, we need to direct our research into this theme. We designed, fabricated a SCBF and groped for a increasing method of neutron yield through computer simulations.

목차 Contents

• 제1장 연구개발과제의 개요...18
• 제1절 중성자 발생 장치 개요...18
• 제2절 연구개발의 필요성...26
• 1. 사회.문화적 측면...26
• 2. 경제.산업적 측면...27
• 3. 기술적 측면...27
• 제3절 연구개발의 목표 및 내용...29
• 1. 최종 목표 및 내용...29
• 2. 당해 단계 목표 및 내용...29
• 제2장 국내.외 기술 개발 현황...31
• 제1절 국내 기술 개발 현황...31
• 제2절 국외 기술 개발 현황...31
• 제3절 현 기술 상태의 취약성...34
• 제4절 앞으로의 전말...35
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과...37
• 제1절 중성자 발생 장치 시스템 개념 설계...37
• 1. 중성자 발생 장치 전체 시스템 개념 설계...37
• 2. 핵심 부품 및 사양 결정...38
• 3. 중성자 차폐 시스템 개념 설계...47
• 제2절 중성자 진단 시스템 상세 설계...48
• 1. 중성자 발생 장치 표적 선정...48
• 2. 중성자 차폐 계통 전산 모사...52
• 3. 중성자 검출 계통 설계...61
• 4. 빔-표적 방식 prototype 장치 설계...72
• 제3절 중성자 발생기용$D^+$이온원 핵심기술 개발...75
• 1. 유도결합 플라즈마 이온원 개발...75
• 2. 헬리콘(Helicon) 이온원 개발...82
• 3. 원통형 돝축 중성자 발생장치 개발...99
• 4. 고에너지 빔수송 시스템 설계...109
• 5. 핵 빔 발생을 위한 플라즈마 탐침 진단계의 구성...116
• 6. 광진단계(Optical Emission Spectroscopy, OES)의 구성...128
• 제4절 펄스 플라즈마 집속 장치 및 구형 집속 빔 핵융합 장치의 개발...132
• 1. 중성자 발생용 펄스 플라즈마 집속장치 개발...132
• 2. 구형 집속 빔 핵융합 장치의 개발...139
• 제4장 연구개발 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도...156
• 제1절 1차년도 연구개발 목표 달성도...156
• 1. 연구개발 목표의 달성도...157
• 2. 상기 평가의 착안점에 따른 목표 달성도에 대한 자체평가 결과...158
• 제2절 2차년도 연구개발 목표 달성도...161
• 1. 연구개발 목표의 달성도...162
• 2. 상기 평가의 착안점에 다른 목표 달성도에 대한 자체평가 결과...163
• 제3절 관련 분야에의 기여도...164
• 제5장 연구개발결과의 활용계획...166
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외 과학기술정보...168