초록 ▼

연구의 목적 및 내용
방사선 영상장비를 통한 방사성 물질의 검출은 원자력 발전소의 제염/해체/운용시 방사선 모니터링이나 사용 후 핵연료 등의 핵물질 관리, 그리고 항만과 공항 등을 통한 제품 검사 등에서 광범위하게 사용될 수 있다. 이에 높은 에너지 및 공간 분해능을 가진 휴대용 반도체 방사선 영상기기를 제작하여 우라늄과 플루토늄 등 핵물질/방사성물질에서 나오는 고에너지의 방사선을 검출하여 방사성 물질의 종류 뿐 아니라 물질의 공간분포를 모든 방향에 대하여 3차원적으로 보여줄 수 있는 방사선 영상장비를 개발하고자 한다. 시스템

연구의 목적 및 내용
방사선 영상장비를 통한 방사성 물질의 검출은 원자력 발전소의 제염/해체/운용시 방사선 모니터링이나 사용 후 핵연료 등의 핵물질 관리, 그리고 항만과 공항 등을 통한 제품 검사 등에서 광범위하게 사용될 수 있다. 이에 높은 에너지 및 공간 분해능을 가진 휴대용 반도체 방사선 영상기기를 제작하여 우라늄과 플루토늄 등 핵물질/방사성물질에서 나오는 고에너지의 방사선을 검출하여 방사성 물질의 종류 뿐 아니라 물질의 공간분포를 모든 방향에 대하여 3차원적으로 보여줄 수 있는 방사선 영상장비를 개발하고자 한다. 시스템의 소형화를 위해 기존의 무겁고 부피가 큰 (납, 텅스텐으로 구성된) 기계적 컬리메이터를 사용하지 않고도 3차원 방사선 영상을 에너지 별로 구현할 수 있는 전자적 집속 알고리즘을 초소형 반도체 검출기에 적용하였다.

연구개발성과
정량적 성과 : 안전기술보고서 3 편, 논문 국외 SCI 6 편/국내 SCI 3 편, 학술 발표 국내 16 편/국제 7 편, 특허 출원 2 건

정성적 성과 :
- 전산모사를 통해 단일/이중 구조 검출기에 각도 불확실성에 따른 가중치가 부여된 알고리즘을 개발 및 적용하여 정량적으로 성능을 평가하였으며, 선원과 검출기 사이의 방향에 따른 재구성 영상의 의존성에 대한 연구도 수행하였다.
- 상용화된 pixelated CZT 장비를 구입하여 다양한 선원에 대한 실험을 진행하였으며, 검증된 장비를 기반으로 데이터 추출, 3차원 반응 위치 파악, 전자 이동 시간 및 음극/양극 신호의 비를 통한 에너지 스펙트럼 보정, 컴프턴 영상화 등에 대한 프로그램을 개발 및 검증하였다. 실험 결과, 122, 356, 511, 662 keV 피크에서는 각각 4.61, 2.94, 2.08, 2.2%의 에너지 분해능을 보였으며, ¹³³Ba, ²²Na, ¹³⁷Cs의 컴프턴 재구성 영상에서 11.28, 9.76, 8.15°의 각 분해능을 나타냈다.
- seedless traveling heater method법을 사용하여 CZT 결정을 제작하였으며, 만들어진 결정에 virtual Frisch-grid 기법을 통해 신호 크기의 위치 의존성 및 정공의 영향을 최소화함으로써 성능을 향상시켰다.
- 개별 CZT를 이용하여 스펙트럼을 측정할 수 있는 시스템을 구성하여 최적의 측정 조건(온도, 측정시간, 인가전압, 증폭기의 shaping time)을 도출하였으며, 662 keV에서 약 2%의 분해능을 달성했다.
- 상용화된 ASIC과 이와 호환되는 PCB board를 제작하여 검출기의 prototype을 구성하였으며, 스펙트럼 획득, 스펙트럼 보정 및 컴프턴 영상 재구성에 성공하였다.

연구개발성과의 활용계획 (기대효과)
휴대용으로 제작된 초소형 카메라가 완성될 경우, 에너지 정보뿐만 아니라 3차원 방사선 공간 분포까지 획득할 수 있으므로 발전소 및 사용 후 핵연료 저장소의 방사선 모니터링이나 국내외 핵물질의 추적, 북한의 핵실험 탐지, 무역의 방사선 검사 등 다양한 실제 산업 현장에서 유용하게 사용될 것으로 판단된다. 에너지별 공간분포를 손 안에 들어가는 검출기로 측정할 수 있는 것은 현장에서 방사선 유출감시와 방사선 물질 추적에 있어서 매우 효과적이며, 얻어진 영상을 실시간으로 전방위에 걸쳐 처리함으로써 모든 방향에서의 방사선 분포에 대한 즉각적인 결과를 눈으로 확인할 수 있다. 새로운 제작방식 및 알고리즘은 제작비용 및 성능이 기존의 장비보다 월등히 우수하기 때문에 방사선 안전 및 환경안전, 나아가 수출에 이르기까지 기술 자체의 진보성뿐만 아니라 상업성 측면에서도 두각을 나타낼 것으로 판단된다.

(출처 : 요약문 6p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 보고서 요약서 ... 5
• 요약문 ... 6
• 목차 ... 7
• 제1장. 연구개발과제의 개요 ... 8
• 1.1. 연구개발 목적 ... 8
• 1.2. 연구개발의 필요성 ... 10
• 1.3. 연구개발 범위 ... 14
• 1.4. 국내·외 기술개발 현황 등 ... 16
• 제2장. 연구수행 내용 및 성과 ... 26
• 2.1. 연구수행내용 ... 26
• 가. 이론적 배경 ... 26
• 나. 검출 시스템 구성 ... 50
• 다. 전산모사 및 실험 ... 93
• 2.2. 연구개발과제의 정량적 성과 ... 178
• 2.3. 연구결과 ... 183
• 제3장. 목표달성도 및 관련분야 기여도 ... 185
• 1. 목표 ... 185
• 2. 목표 달성 여부 ... 185
• 3. 목표 미달성 시 원인(사유) 및 차후대책(후속연구의 필요성 등) ... 187
• 4. 관련분야 기여도 ... 190
• 제4장. 연구결과의 활용계획 ... 191
• 1. 연구개발 결과의 활용방안 ... 191
• 2. 기대효과 ... 195
• 제5장. 기타사항 ... 196
• 1. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 196
• 2. 연구개발과제의 대표적 연구실적 (수상실적 및 초청발표) ... 196
• 붙임. 참고문헌 ... 197
• 끝페이지 ... 201