초록 ▼

국제적으로는 이동 및 현장설치가 가능한 소형 고속중성자원의 다양한 산업적 응용과 대용량 체적형 고속중성자원의 개발이 활발히 이루어지고 있으며, 이를 활용한 방사선 촬영, 동위원소 생산,핵융합재료 연구 등의 수요도 지속적으로 증가하고 있다. 국내에서도 고속중성자 활용기술 개발과 국방, 산업, 의료 분야에서의 추가적인 활용을 위한 다양한 중성자원의 개발이 필요한 상황이다.

고출력 고주파(RF) 이온원 개발을 통하여 대용량 고속중성자원 개발을 위한 기반기술을 확보하였으며, 개발된 기반 기술들을 바탕으로 현장설치형 다선량 고속

국제적으로는 이동 및 현장설치가 가능한 소형 고속중성자원의 다양한 산업적 응용과 대용량 체적형 고속중성자원의 개발이 활발히 이루어지고 있으며, 이를 활용한 방사선 촬영, 동위원소 생산,핵융합재료 연구 등의 수요도 지속적으로 증가하고 있다. 국내에서도 고속중성자 활용기술 개발과 국방, 산업, 의료 분야에서의 추가적인 활용을 위한 다양한 중성자원의 개발이 필요한 상황이다.

고출력 고주파(RF) 이온원 개발을 통하여 대용량 고속중성자원 개발을 위한 기반기술을 확보하였으며, 개발된 기반 기술들을 바탕으로 현장설치형 다선량 고속중성자 발생장치의 기본 설계를 수행하였다. 고출력 고주파 이온원 개발에 필요한 50 kW급 대면적 고출력 고주파 이온원을 설계 및 제작하고,안정적인 고주파 플라즈마의 발생과 수소 이온빔(H⁺) 인출 특성을 확인하였다. 자체 개발한 소형저선속 이동형 중성자 발생장치의 이온빔 인출성능을 개선하여 중성자발생 수율을 확인하였으며,고출력 고주파 이온원에 필수적인 고전력밀도 고주파 드라이버, 50kW급 고주파 정합기, 고전류밀도 빔인출 가속부를 개발하여 수소 이온빔 인출시험을 수행하였다. 이로부터, 고출력 고주파 이온원에 필수적인 50kW급 고주파 발생기의 안정된 운영기술과 고출력 고주파 전송기술을 확보하였다. 개발된 고출력 고주파 이온원과 이온빔 인출 기술들은 현장설치형 다선량 고속중성자 발생장치의 개발 및 중성자 수율 확장 기술에 적용하고, 향후 대용량 체적형 고속중성자원 개발을 위한 핵심 요소기술로 활용할 계획이다.

( 출처: 서지정보양식 - 초록 333p )

Abstract ▼

The versatile industry application of portable and/or in-situ operational compact fusion neutron sources and the development of high-flux volumetric fusion neutron sources are actively progressed in the world. The requirements of these neutron sources in the application fields, such as the radiograp

The versatile industry application of portable and/or in-situ operational compact fusion neutron sources and the development of high-flux volumetric fusion neutron sources are actively progressed in the world. The requirements of these neutron sources in the application fields, such as the radiography, radioisotope production, and fusion material research, are increased steadily. The development of various neutron sources are needed additionally for the technical development of fast neutron application and for the fields of defence, industry, and medical diagnosis in Korea. The basic technology for the development of high flux fast neutron source are obtained by the development of high power radio-frequency(RF) ion source, and then the basic design of an in-situ high flux fusion neutron generator was performed by using the developed basic technologies. The design and fabrication of 50 kW large-area high-power RF ion source needed for the development of high power RF ion source was performed, and the stable RF plasma generation and beam extraction characteristics were confirmed. The neutron yield was confirmed for a low flux portable neutron generator, which was developed in the KAERI, with a modification of beam extraction properties. And, the RF driver with a high current density, 50 kW RF matcher, and beam extraction accelerator with a high current density, which were required essentially for the development of high power RF ion source, were developed, and the hydrogen beam extraction test was performed. The developed technologies of high power RF ion source and ion beam extraction will be applied in the development of an in-situ high flux fusion neutron generator and an expansion technology of neutron yield. These technologies will be used for a basic key technology of the high-flux volumetric fusion neutron source in the future.

( 출처: BIBLIOGRAPHIC INFORMATION SHEET - Abstract 334p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 보고서 요약서 ... 5
• 요 약 문 ... 7
• SUMMARY ... 9
• CONTENTS ... 11
• 목차 ... 13
• 표목차 ... 18
• 그림목차 ... 19
• 제1장 연구개발 과제의 개요 ... 27
• 제1절 연구개발의 목적 ... 29
• 제2절 연구개발의 필요성 ... 31
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 33
• 제1절 소형 고속중성자원 ... 35
• 1. 국내 기술개발 현황 ... 35
• 2. 국외 기술개발 현황 ... 36
• 가. 고체 표적형 ... 37
• 나. 액체 표적형 ... 39
• 다. 기체 표적형 ... 41
• 제2절 중성자발생기 고주파 이온원 ... 43
• 1. 국내 ... 47
• 가. 헬리콘(Helicon) 플라즈마 이온원 ... 47
• 나. 유도결합 플라즈마(ICP) 이온원 ... 48
• 2. 국외 ... 52
• 가. LBNL(미국) ... 52
• (1) Compact Axial Neutron Generator ... 52
• (2) High Flux Co-axial (Radial) Neutron Generator ... 53
• (3) Axial-High Voltage Shielded Neutron Generator ... 55
• (4) Point Neutron Generator ... 56
• (5) Sub-Compact Miniaturized Neutron Generator ... 57
• 나. SNS(Spallation Neutron Source, ORNL, 미국) ... 58
• 다. NSFS(New Sorgentina Fusion Source, 이탈리아) ... 59
• 라. 핵융합로 NBI용 대면적 고출력 고주파 이온원 ... 61
• (1) IPP 고주파 음이온원 ... 61
• (2) ELISE 음이온원 ... 68
• 제3장 연구개발 내용 및 결과 ... 79
• 제1절 직사각형 대면적 고출력 고주파 플라즈마 발생부 개발 ... 82
• 1. 대용량 플라즈마 발생부 설계 및 제작 ... 89
• 가. 플라즈마 발생부 핵심 설계요소 ... 89
• 나. 페러데이 차폐체 열변형 전산모사 ... 93
• (1) CATIA 모델링 구조 ... 95
• (2) ICEM Meshing ... 96
• (3) CFX Analyzing ... 97
• (4) ANSYS Classic Analyzing ... 98
• 다. 고주파 플라즈마 초기점화용 펄스형 기동필라멘트 개발 ... 101
• 라. 플라즈마 발생부 제작 상세구조 ... 102
• (1) 조립 완성도 ... 104
• (2) 전자덤프-판(Electron dump-plate, Back-plate) ... 105
• (3) 안테나단 진공용기 ... 107
• (4) 방전용기 하단부판 ... 109
• (5) 안테나 구조 ... 110
• (6) Quartz 진공용기 ... 111
• (7) 가속부 진공전도도 모사판 ... 112
• (8) 페러데이 차폐판 ... 113
• 2. 10kW급 저출력 정합기 제작 및 시험 ... 113
• 3. 50kW급 고출력 정합기 성격 규정 ... 115
• 가. 개요 ... 115
• 나. 설계 모델 ... 116
• 다. 설계 모델 결과 ... 120
• 4. 50kW급 고출력 정합기 설계, 제작 및 시험 ... 126
• 가. 정합기 제작부품 사양 예측 계산 ... 126
• 나. 안테나 부하 예측계산 ... 130
• 다. 정합기 세부 구조 ... 131
• 라. 2MHz/100kV 고주파/고전압 절연변압기 개발 ... 133
• 마. 정합기 성능시험 ... 135
• 5. 50kW급 고주파 발생기 및 제어 프로그램 ... 136
• 가. 고주파 발생기 ... 136
• 나. 제어 프로그램 ... 139
• 제2절 원통형 고출력 고주파 이온원 개발 ... 141
• 1. 원통형 플라즈마 발생부 구조 ... 141
• 가. RF 안테나 표면 전기장 전산모사 ... 142
• 나. 페러데이 차폐체 ... 144
• 2. 플라즈마 방전 특성 ... 148
• 가. 0-D 글로벌 모델링 ... 148
• 나. 플라즈마 변수 측정 ... 152
• 3. 플라즈마 진단용 고속주사 정전탐침계 개발 ... 155
• 4. 50KW 고주파 플라즈마 발생 시험 ... 159
• 5. 100kV/100mA급 중수소 이온빔인출 가속부 개발 ... 163
• 가. 100kV/100mA급 이온빔 인출 가속부 설계 및 제작 ... 163
• 나. 주요 설계변수 기반 100kV/100mA급 이온빔 인출 가속부 제작 ... 170
• 6. 300kV/100mA급 중수소 이온빔인출 가속부 설계 ... 171
• 제3절 이온빔인출 성능시험 장치 개발 ... 178
• 1. RF-ISTB 장치 ... 180
• 2. 빔라인 부품 ... 182
• 3. 초기 빔인출 시험 ... 185
• 제4절 이동형 고속중성자 발생장치 성능개선 ... 186
• 1. 이동형 고속중성자발생장치 설계 및 ECR 이온원 제작 ... 188
• 가. 소형 ECR 이온원 설계 및 제작 ... 188
• 나. 200 kV 가속부 설계 ... 191
• 다. 10 kW 중성자 발생 타겟 설계 ... 192
• 라. 이온원 챔버 및 압력용기 설계 ... 198
• 마. 최종 빔인출 시뮬레이션 ... 199
• 2. 이동형 고속중성자발생장치 핵심개념 검증모델 제작 및 시험 ... 201
• 가. 핵심개념 검증모델 목적 ... 201
• 나. 핵심개념 검증모델 제작 ... 202
• 다. 핵심개념 검증모델 시험 및 결과 ... 204
• 라. 향후 일정 ... 205
• 제5절 현장설치용 고체-표적형 고속중성자 발생장치 기본설계 ... 206
• 1. 현장설치형 고속중성자 발생장치의 개발 방향 ... 206
• 가. 빔-표적형 고속중성자 발생장치의 원리 및 이론적인 수율 ... 206
• 나. 빔-표적형 고속중성자 발생율의 몇가지 계산 사례를 통한 장단점 및 응용가능성 평가 ... 207
• 다. 빔-표적형 고속중성자 발생장치 개발 방향 ... 209
• 2. 현장설치형 고속중성자 발생장치 기본설계 ... 210
• 가. 현장설치형 고속중성자 발생장치의 목표사양 및 설계 주안점, 기초 설계도 ... 210
• 나. 현장설치형 고속중성자 발생장치의 구성 부품별 기본설계 ... 212
• (1) 플라즈마원 ... 212
• (2) 가속부 ... 213
• (3) 표적 ... 213
• (4) 중성자 차폐 ... 214
• (5) 통합 운전시스템 ... 216
• 다. 시스템 통합 기본설계도 및 개발일정 ... 217
• 제6절 소형 고속중성자원의 산업적 응용분야 ... 220
• 1. 방사선촬영 및 단층촬영 ... 220
• 2. 산업·의료용 동위원소 생산 ... 227
• 가. Cf-252 동위원소 대체 ... 227
• 나. Mo-99 동위원소 생산 ... 232
• 3. 폭발물 탐지 ... 235
• 4. 특수핵물질(SNM) 탐지 ... 239
• 5. 핵자료 생산 ... 242
• 6. 핵융합재료 조사 시험 ... 245
• 7. 방사성폐기물 핵종변환 시험 ... 247
• 8. 방사성추적자 동위원소 생산 ... 250
• 9. 방사화 분석 ... 252
• 가. 즉발감마선 중성자 방사화 분석법 (PGNAA) ... 253
• 나. 주성분 분석법 (PCA) ... 257
• 제4장 목표 달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 261
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 265
• 제6장 참고문헌 ... 269
• 부 록 ... 273
• [부록 1] ‘16 한국원자력학회 “소형중성자원 개발과 이용현황” 워크숍 공동개최 ... 275
• [부록 2] 50kW 고주파 발생기 성능시험 결과서 ... 288
• [부록 3] 50kW 고주파 발생기 운전 메뉴얼 ... 301
• [부록 4] 50kW 고주파 발생기 제어프로그램 메뉴얼 ... 324
• 서지정보양식 ... 333
• BIBLIOGRAPHIC INFORMATION SHEET ... 334
• 끝페이지 ... 335