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Development of Neutron Diagnostic System for Fusion Neutron Measurement Based on Stilbene Scintillator

Title
Development of Neutron Diagnostic System for Fusion Neutron Measurement Based on Stilbene Scintillator
Other Titles
스틸벤 섬광체 기반 핵융합 중성자 측정을 위한 중성자 진단시스템 개발
Author
Son, Jaebum
Alternative Author(s)
손재범
Advisor(s)
김용균
Issue Date
2019-02
Publisher
한양대학교
Degree
Doctor
Abstract
현재 전 세계적으로 핵융합 에너지의 활용을 위해 핵융합 연구가 활발히 진행되고 있으며, 국내에서는 KSTAR (Korea Superconducting Tokamak Advanced Research) 핵융합로를 통해 연구가 수행되고 있다. 핵융합 반응에 주로 사용되는 중수소-중수소 (D-D) 또는 중수소-삼중수소 (D-T) 반응에서는 그 결과물로 중성자가 발생한다. 중성자의 수율은 핵융합 반응률에 직접적으로 연계되어 핵융합 출력을 평가할 수 있는 요소이며, 중성자 에너지는 핵융합 반응의 유무 규명 및 플라즈마 내 이온의 거동에 대한 유의미한 정보를 제공할 수 있는 중요한 요소이다. 따라서 핵융합 반응에 의해 발생하는 중성자 에너지 및 수율을 직접적으로 측정할 수 있는 중성자 진단장치는 핵융합 연구에 있어서 가장 필수적인 진단장치 중 하나이다. 국내 KSTAR 핵융합로에서는 상대적으로 중성자 수율 측정을 위한 진단장치가 주로 운영되고 있으며, 아직까지 중성자 에너지에 대한 연구결과가 많지 않다. 본 연구에서 제안한 스틸벤 섬광체 기반 중성자 진단시스템은 KSTAR 핵융합로에서 발생하는 중성자 에너지 및 수율 측정을 목적으로 개발되었으며, FPGA (Field Programmable Gate Array)가 내장된 FADC (Flash Analog to Digital Converter)로 실시간 신호분석이 가능하도록 하였다. 본 연구에서는 이를 2011년부터 2013년까지 KSTAR 플라즈마 실험 기간 동안 KSTAR 핵융합로에 적용하여 성능 검증과 함께 핵융합에 의한 중성자임을 규명하기 위하여 중성자 에너지 평가를 주목적으로 하였다. 중성자 측정에서는 수반되는 감마선과 중성자를 분리하는 성능이 중요하다. 플라즈마 실험 과정에서 플라즈마의 성능이 향상됨에 따라 계수율이 높아져 5$\times$10$^{5}$ counts/s 이상의 계수율에서 개발된 중성자 진단시스템의 중성자 분리 성능이 저하되는 문제가 확인되었다. 이를 해결하기 위해 시스템의 보완이 진행되었으며, 그 결과로 1$\times$10$^{6}$ counts/s 이상의 계수율에서도 중성자 신호 구분이 가능한 것을 확인하였다. 측정된 중성자의 에너지 평가를 위해 중성자의 에너지에 따른 light output function을 이용한 전산모사와 unfolding method를 이용한 분석이 수행되었다. 그 결과, 측정된 중성자의 에너지가 D-D 반응에서 발생하는 것임을 확인하였으며, 측정된 중성자의 에너지 분포를 획득하였다. 또한, 다양한 조건에서 중성자 계수율 변화를 비교한 결과, 변화량이 잘 관측되었으며, 이는 KSTAR에서 사용되는 다른 중성자 진단장치와 잘 일치하였다.
URI
https://repository.hanyang.ac.kr/handle/20.500.11754/99451http://hanyang.dcollection.net/common/orgView/200000434457
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GRADUATE SCHOOL[S](대학원) > NUCLEAR ENGINEERING(원자력공학과) > Theses (Ph.D.)
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