고출력 펨토초 레이저를 이용한 양성자 래디오그래피 연구

Abstract

고출력 펨토초 레이저는 펄스폭이 수 펨토초 (10-15초)에서 수백 펨토초인 펄스형 레이저이다. 펨토초 레이저를 이용한 고에너지 양성자 발생 기술은 양성자 치료, 양성자 래디오그래피 (radiography), 핵물리, 보안 검색 등과 같은 분야에서 활발히 연구중이다. 특히 레이저에 의해 유도된 양성자 래디오그래피는 양성자의 매질내 직진성 때문에 얇은 물체에 대하여 좋은 영상을 얻을수 있고, 다양한 물체에 대해 두께 분포 정보를 제공할 수 있다. 또한, 레이저를 이용한 양성자의 경우 입자 가속기에 비해 보다 적은 비용 외 설비를 요하기 때문에 많은 관심을 받고 있고, 전 세계적으로 많은 연구개발이 이루어지고 있다. 본 연구는 광주과학기술원 고등광기술원에 구축되어있는 100 TW급 티타늄 사파이어 펨토초 레이저 설비를 이용하여 양성자 래디오그래피 영상 획득 실험을 수행하였다. 양성자 래디오그래피 스크린으로 CR-39 (California Resig No. 39) 고체비적검출기를 사용하였고, 획득한 영상을 광학현미경과 CCD 카메라를 이용해 디지털 이미지를 획득하였다. 획득한 디지털 이미지를 분석하여 Modulation Transfer Function을 구한후 공간분해능을 평가하였다. 또한 한국지질자원연구원에 구축되어 있는 Tandem Van de Graaff 가속기를 이용하여 단일에너지 양성자 래디오그래피 영상 획득 실험을 수행하였고 레이저를 이용한 양성자 영상과 비교 분석을 하였다. 또한 공간분해능 향상을 위해 CR-39의 최적 chemical etching 조건을 도출하였다. 최적화된 chemical etching 조건을 도입하여 획득한 양성자 래디오그래피 영상의 최대 공간분해능은 2.09 μm로 평가되었다.