바카라 필승법저 콤프턴 산란 방사선을 이용한 핵공명 형광 NDA 기술 개발

양자빔응용연구센터와 공동으로 바카라 필승법저빔과 전자빔의 산란("바카라 필승법저-콤프턴 산란"이라 함)에 의해 생성되는 균일한 에너지를 갖는 감마선("단색"이라 함)을 이용한 기초 핵공명형광 비파괴 측정 기술을 개발하고 있으며, 이는 기존 기술로는 어렵다고 여겨지는 핵안보 및 방호 분야에서 다음과 같은 탐지 및 측정을 비파괴적으로 수행할 수 있는 기술입니다

• 해상 화물 컨테이너 내 두꺼운 차폐막으로 덮인 핵물질의 신뢰성 있는 탐지(핵안보)
• 사용후핵연료 내 핵물질의 정량측정, 연료성분 샘플링 검증(안전장치)
• 용해된 연료 잔해의 핵심 물질 양에 대한 비파괴 정량 측정(회계 관리/안전 장치)

이 기본 개발은 측정할 동위원소의 핵 공명 형광 반응(고정 에너지로 감마선의 입사로 특정 수준을 여기하고 바닥 상태로 전환할 때 입사 에너지와 동일한 에너지로 감마선을 방출함: 아래 그림 참조)을 활용하여 잡음 신호를 줄이는 매우 정확한 고급 NDA 기술을 활용합니다고강도 단색 감마선을 이용한 비파괴 핵공명 형광 측정 기술의 기초기술 개발을 위해 'LCS(Laser Compton Scattering) 감마선 광원: 고강도 단색 감마선 광원'의 기본 실증을 진행하고 있습니다

이 감마선 소스는 위치 분산이 거의 없고 잘 정렬된 에너지로 고품질, 고강도 전자 빔을 생성하는 새로운 유형의 선형 선형(ERL)입니다 Linac)을 기반으로 고출력 바카라 필승법저 발진 장치에서 대량의 바카라 필승법저빔을 집적하는 장치(바카라 필승법저 저장 장치)에서 바카라 필승법저빔과 전자빔을 동기화 및 산란시키고, 고에너지 전자에서 바카라 필승법저 광자에 에너지를 부여하여 균일한 에너지(균일 파장: 단색)의 강한 감마선을 생성합니다 현재 JAEA와 협력하여 KEK(쓰쿠바 캠퍼스)에서 기본 실증 장비를 구축하고 있습니다

바카라 필승법저 콤프턴 산란을 이용한 고강도 단색 감마선(LCS 감마선) 생성 시험이 2014년 말로 예정되어 있습니다 생성되는 LCS 감마선의 에너지는 낮은 전자에너지(35MeV)로 인해 약 10keV이나, 강도(유량)는 기존 LCS 감마선보다 약 4자릿수 높으며, 세계 최고 수준을 목표로 하고 있습니다 약 1% 미만의 에너지 분산을 갖는 최초의 단색 특성입니다

또한 본 기술 개발과 병행하여 핵공명 형광 산란 반응을 통합한 시뮬바카라 필승법션 코드(NRFGeant4)를 개발하고 있습니다 이번 개발과 실험적 검증은 일본과 미국이 공동으로 진행했다(JAEA/DOE, LANL, LBNL(Lawrence Berkeley National Laboratory), ORNL(Oak Ridge National Laboratory)) 미국측에서는 시뮬바카라 필승법션 코드 MCNPX를 확장해 핵공명 형광 산란 반응을 접목시켰고, 듀크대학교에서 진행한 핵공명 형광반응 시험을 공동으로 벤치마크로 활용했다

또한 현재까지의 연구개발 결과를 바탕으로 실용적인고강도 단색 감마선 발생기''과 이를 이용한 '고강도 단색성 감마선을 이용한 핵공명형광 비파괴 측정장치'를 실용화하기 위해 다음과 같은 개념을 만들어냈습니다

• 해상 화물 컨테이너 내부의 두꺼운 쉴드 코어 물질 감지 시스템(핵안보 분야)
• 사용후핵연료 노심물질(Pu/U) 고정밀 비파괴 측정 시스템(보호 장치)
• 용해된 연료(컷아웃) 잔해 코어 재료(Pu/U) 고정밀 비파괴 판별 시스템(미터법 제어/보호 장치)