초록 ▼

본 연구에서는 초소형 전자빔 가속 기술을 이용한 극초단 고에너지 방사선 발생 기술 개발을 수행하였다. 연구 개발의 내용 및 범위는 다음과 같다.
<TEX>$\lozenge$</TEX> 극초단 고에너지 양성자/이온빔 발생 기술 개발
- 이온빔 에너지 : > 1 MeV
- 이온빔 발생량 : > <TEX>$10^8\;ions$</TEX>/pulse
<TEX>$\lozenge$</TEX> 초소형 극초단 전자 가속 기술 개발
- 전자빔 에너

본 연구에서는 초소형 전자빔 가속 기술을 이용한 극초단 고에너지 방사선 발생 기술 개발을 수행하였다. 연구 개발의 내용 및 범위는 다음과 같다.
<TEX>$\lozenge$</TEX> 극초단 고에너지 양성자/이온빔 발생 기술 개발
- 이온빔 에너지 : > 1 MeV
- 이온빔 발생량 : > <TEX>$10^8\;ions$</TEX>/pulse
<TEX>$\lozenge$</TEX> 초소형 극초단 전자 가속 기술 개발
- 전자빔 에너지 : > 10 MeV
- 전자빔 발생량 : > 1 nC/pulse
<TEX>$\lozenge$</TEX> 극초단 고에너지 방사선 발생 기술 개발
- 감마선 에너지 : > 5 MeV
- 감마선 발생량 : > <TEX>$10^7$</TEX> photons/<TEX>$cm^2$</TEX>/pulse

Abstract ▼

In this project, we have developed technology of efficient generation of ultrashort high-energy particles and radiations. The content and scope of the research project are as follows.
<TEX>$\lozenge$</TEX> Generation of ultrashort high-energy protons and ions
- Proton/ion energy :

In this project, we have developed technology of efficient generation of ultrashort high-energy particles and radiations. The content and scope of the research project are as follows.
<TEX>$\lozenge$</TEX> Generation of ultrashort high-energy protons and ions
- Proton/ion energy : > 1 MeV
- Proton/ion yield : > <TEX>$10^8$</TEX> ions/Pulse
<TEX>$\lozenge$</TEX> Development of laser-driven compact electron-acceleration technology
- Electron energy : > 10 MeV
- Electron current : > 1 nC/pulse
<TEX>$\lozenge$</TEX> Generation of ultrashort gamma-ray
- Gamma-ray energy : > 5 MeV
- Gamma-ray yield : > <TEX>$10^7$</TEX> photons/<TEX>$cm^2$</TEX>/pulse

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 8
• CONTENTS ... 13
• 목차 ... 14
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 18
• 제 1 절 연구개요 ... 18
• 제 2 절 연구개발의 필요성 ... 21
• 1. 기술적 측면 ... 21
• 2. 경제.산업적 측면 ... 22
• 3. 사회.문화적 측면 ... 23
• 제 3 절 연구개발 목표 및 범위 ... 24
• 1. 연구개발의 목표 ... 24
• 2. 연구 범위 ... 25
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 26
• 제 1 절 국외 기술 동향 ... 26
• 1. 극초단 양성자 및 이온빔 가속 기술 ... 26
• 2. 극초단 전자 가속 기술 ... 28
• 3. 고에너지 방사선 발생 및 응용 기술 ... 30
• 제 2 절 국내 기술 동향 ... 31
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 32
• 제 1 절 극초단 고에너지 방사선 발생용 레이저 시스템 ... 32
• 1. 30 TW 펨토초 티타늄 사파이어 레이저 시스템 구성 ... 32
• 가. 펨토초 티타늄 사파이어 레이저 공진기 ... 33
• 나. 펄스 확대기 ... 34
• 다. 펄스 선택기 ... 36
• 라. 예비증폭기와 주증폭기 구성 ... 36
• 마. 펄스 압축기 ... 38
• 바. 레이저빔 의 집속 ... 40
• 2. 레이저 prepulse 측정 및 제어 기술 개발 ... 41
• 가. ASE channeling 기술의 기본 원리 ... 42
• 나. ASE channeling 방법을 이용한 ASE 측정 ... 44
• 다. 레이저 prepulse 제어 기술 ... 47
• 제 2 절 극초단 고에너지 양성자 및 이온빔 발생 ... 50
• 1. 플라즈마 가속 극초단 고에너지 양성자 발생 원리 규명 ... 53
• 가. 기존 이론: Target Normal Sheath Acceleration ... 53
• 나. 개발 이론: Acceleration by a Resistively Induced Electric field ... 57
• 2. 레이저 가속 극초단 고에너지 양성자빔 발생 및 계측 장치 ... 63
• 가. 타겟 시스템 ... 65
• 나. 파라데이컵 ... 68
• 다. Thomson Parabola Spectrometer ... 69
• 3. 레이저 플라즈마 가속 양성자빔 발생 결과 ... 72
• 가. 레이저의 선행 펄스에 따른 양성자빔 발생 특성 ... 73
• 나. 이중구조 타겟을 이용한 양성자빔 에너지 증대 ... 78
• 제 3 절 극초단 고출력 테라헤르츠 발생 ... 84
• 1. 극초단 레이저를 이용한 고출력 테라헤르츠 발생 원리 ... 87
• 가. linear mode conversion ... 87
• 나. Coherent transition radiation ... 88
• 2. 고출력 테라헤르츠 발생 및 계측 장치 ... 88
• 가. 실험 장치 ... 88
• (1) 고체 타겟에서의 극초단 레이저를 이용한 테라헤르츠 파 발생장치 ... 88
• (2) 기체 타겟에서의 극초단 레이저를 이용한 테라헤르츠 파 발생장치 ... 90
• 나. Narrow band filters ... 91
• (1) PE (Polyethylen) ... 92
• (2) ITO ... 92
• 나. 테라헤르츠 검출기(Ge:Ga Detector) ... 93
• 3. 고출력 테라헤르츠 계측 결과 ... 94
• 가. 고체 타겟 ... 94
• 나. 기체 타겟 ... 97
• 제 4 절 극초단 고에너지 전자빔 및 방사선 발생 ... 101
• 1. 극초단 고에너지 전자빔 발생 ... 101
• 가. 극초단 고에너지 전자빔 발생 및 계측 장치 ... 101
• (1) 레이저빔 전송 및 집속 ... 102
• (가) 레이저빔 집속계 ... 102
• 1) 단거리 집속 : 포물경 ... 102
• 2) 장거리 집속 ... 104
• (나) 레이저 빔정렬 시스템 ... 106
• (다) 레이저빔 집속 및 공간 분포 측정 ... 107
• (2) 기체 타겟 ... 108
• (가) 노즐 설계 및 제작 ... 108
• 1) 원형 노즐 ... 108
• 2) Slit 형 노즐 ... 110
• (나) 기체 밀도 분포 ... 111
• (3) 플라즈마 간섭계 ... 114
• (4) 톰슨 산란 측정 장치 ... 117
• (5) 전자빔 에너지 분광계 ... 119
• (6) 전하 측정 장치 ... 121
• 나. 극초단 고에너지 전자빔 발생 ... 125
• (1) 극초단 고에너지 전자빔 발생 ... 125
• (2) 극초단 고에너지 전자빔 발생 특성 ... 128
• 2. 극초단 고에너지 방사선 발생 ... 129
• 가. 극초단 고에너지 방사선 발생의 이론적 배경 ... 129
• (1) 제동 복사선 ... 130
• 나. 극초단 고에너지 방사선 발생 이론적 분석 ... 131
• (1) 전자빔 에너지와 타겟 두께 ... 131
• (2) 제동 복사선 공간 분포 및 스펙트럼 ... 132
• (3) Geant4 프로그램 정리 ... 134
• 다. 극초단 고에너지 방사선 발생 장치 설계 ... 136
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 139
• 제 1 절 연구개발 목표의 달성도 ... 139
• 제 2 절 주요 연구성과 ... 143
• 1. 탁상형 극초단 30 TW 초고출력 레이저 국산화 개발 ... 143
• 2. 극초단 양성자빔 에너지 증대 기술 개발 ... 144
• 3. 극초단 고출력 테라헤르츠 발생 기술 개발 ... 145
• 4. 고효율 극초단 고에너지 전자 발생 기술 개발 ... 146
• 5. 극초단 고에너지 방사선 발생 기술 개발 ... 147
• 제 3 절 관련분야 기여도 ... 148
• 1. 극초단 고에너지 양성자빔 발생 기술 개발 ... 148
• 2. 극초단 고출력 테라헤르츠 발생 기술 개발 ... 148
• 3. 극초단 고에너지 전자 발생 기술 개발 ... 148
• 4. 극초단 고에너지 감마선 발생 기술 개발 ... 149
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 150
• 제 1 절 극초단 고에너지 양성자빔 활용 기술 ... 150
• 1. 차세대 의료 장치 기술 개발 ... 150
• 2. 핵반응 연구 ... 150
• 3. 고속 플라즈마 계측 기술 개발 ... 150
• 제 2 절 극초단 고에너지 방사선 활용 기술 ... 151
• 1. 핵연료 구조 및 핵분열 생성물 분포 측정 ... 151
• 2. 광핵 반응 및 핵변환 연구 ... 152
• 3. 극초단 나노구조 분석 기술 개발 ... 153
• 4. 의료용 고분해능, 저피폭 단색 X선 이미징 시스템 개발 ... 154
• 5. 방사선 생명공학 연구용 펄스 방사선 분석 (Pulse Radiolysis) ... 156
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 157
• 제 7 장 참고문헌 ... 158
• 끝페이지 ... 166