Composite 스틸벤 유기섬광체를 이용한 고속 중성자 정밀 측정 기술 연구

Abstract

고속 중성자 정밀 측정 기술 개발을 위한 목적으로 poly-crystal 방식의 composite 스틸벤(stilbene) 유기섬광체를 제작하였으며, 에너지 스펙트럼을 가지는 고속 중성자 선원, 가속기로 발생된 단색 중성자원을 이용하여, composite 스틸벤 유기섬광체의 단결정 대비 효율을 평가하였다. 본 연구에서 유기섬광체를 이용하여 중성자를 측정할 때 가장 중요한 요인인 백그라운드로 작용하는 감마선을 분리해내는 연구를 수행함으로써 poly-crystal 방식으로 제작된 유기섬광체도 중성자와 감마선을 분리하여 중성자만의 반응을 통한 recoil proton의 측정이 가능하다는 것을 확인하였다. 본 연구에서는 감마선 및 알파 입자에 대한 실험 결과 composite 스틸벤 섬광체의 감마선에 대한 relative light yield ratio 값은 단결정 스틸벤에 대하여 약 80%이며, 알파 입자의 경우는 약 70%정도의 효율을 갖는 것을 확인 할 수 있었다. 또한 discriminator module을 이용하여 측정한 중성자 스펙트럼에서 발생한 펄스의 counts를 비교하여 보았을 때에도 단결정 대비 53.5%의 neutron detection efficiency를 갖는 것을 알 수 있다. FADC를 이용하여 중성자와 감마선의 분리 감도에 대한 실험을 수행한 결과 252Cf 중성자 선원에 대하여 1.21의 FOM(Figure Of Merit, 감도 지수)값을 갖는 단결정 스틸벤 섬광체와 동일한 조건에서 composite 스틸벤 섬광체의 경우 0.95의 FOM값을 갖는 것을 확인하였다. 이는 Poly-crystal 방식으로 제작된 composite 스틸벤 섬광체도 단결정이 가지고 있는 장점을 그대로 가지고 있다는 것을 보여주었다. Poly-crystal 방식으로 제작된 composite 스틸벤 섬광체는 단결정이 가지고 있는 장점을 가지면서도 기계적, 물리적 강도에 약한 단점을 극복하여 대면적, 다양한 형태로 제작이 가능한 장점을 가지게 된다. 본 연구의 최종 목표라 할 수 있는 대면적의 composite 스틸벤 섬광체 또한 중성자 방출 선원과 탄뎀 가속기를 이용한 단색 중성자를 이용한 실험을 통하여 중성자와 감마선을 분리하여 측정하는 것이 가능하다는 것을 확인하였다. 이러한 고속 중성자 측정 기술력 확보로 인해 핵융합로에서 고밀도 중성자 감시가 이루어 질수 있으며, 이는 국내 자체적인 핵자료 제작에도 많은 기여를 할 수 있을 것으로 기대한다.