13 MeV 양성자 사이클로트론 기반 열중성자 발생원 설계 및 특성 (Design and Characterization of a Thermal Neutron Source Based on a 13 MeV Proton Cyclotron)

서지정보

· 발행기관 : 한국물리학회
· 수록지 정보 : 새물리 / 66권 / 2호 / 162 ~ 168페이지
· 저자명 : 김정호, 이승욱, 이수현, 김종열, 문명국

초록

13 MeV급 양성자 사이클로트론에 적용하여 열중성자 영상시스템에 최적인 중성자 발생원을 설계하고 그 특성을 분석하였다. 중성자 발생원은 1) 양성자를 이용하여 중성자를 생산하는 표적, 2) 표적에서 발생된 고속의 중성자를 영상획득에 알맞게 중성자의 에너지를 줄여주는 감속재, 3) 표적과 감속재를 거쳐 방출된 중성자를 반사시켜 중성자 빔을 인출하는 방향으로 모아주는 반사체 등으로 구성된다. 전산모사를 통하여 두께 1.25 mm 베릴륨, 감속재는 두께 3 cm 고밀도 폴리에틸렌으로 구성하고, 두께 50 cm 흑연 반사체를 사용하면 중성자 영상획득을 위한 최적 조건임을 보였다. 또한, 중성자 영상획득 시 중요한 변수인 L/D 값을 200 까지 변경시키면서 중성자 영상검출기 위치에서 얻을 수 있는 열중성자의 선속과 분포를 확인하였으며, 중성자 발생원과 검출기 사이의 거리가 3 m 인 경우 최대 $1.4\times10^{5}$ n/cm$^{2}\cdot$s 수준의 중성자 선속을 얻을 수 있음을 확인하였다.

영어초록

We have designed and characterized a cyclotron-driven neutron source based on the 13 MeV proton beam for thermal-neutron imaging systems. Accelerator-based neutron sources mainly comprise \romannumeral 1) a target emitting neutrons via nuclear reactions with high energy protons, \romannumeral 2) moderators reducing the kinetic energy of the fast neutrons to allow neutron radiography and \romannumeral 3) reflectors optimizing the divergence of the neutron beam. In this study, a conceptual design consisting of a 1.25 mm-thick beryllium target, a 3 cm-thick HDPE (high-density polyethylene) moderator and a 50 cm-cube-shaped graphite reflector has been proposed. For realistic demonstrations, not only have we calculated the neutron fluences and distributions at up to L/D = 200, where L is the aperture-to-detector distance and D is the aperture diameter, which is an important factor in the field of radiography, but also we have confirmed that the neutron flux of up to $1.4\times10^{5}$ n/cm$^{2}\cdot$s can be obtained when the source-to-detector distance is 3 m.

참고자료

· 없음