핵반응을 이용한 TiT 표적의 특성 분석

한국 자원 연구소김기동 , 양태건 , 김준곤 , 김영석

홍완 , 최한우 , 우형주한국 원자력 연구소

장종화

Korea Institutes of Geology, Mining and Materials

o MeV 급 중성자 발생량 정량 평가를 위한 TiT 표적에 대한 특성 평가 - proton RBS, He RBS, ERD-TOF

o 박막 두께 측정법의 연구 - 중성자 여기함수 에 의한 박막의 두께 결정

연구의 필요성

Korea Institutes of Geology, Mining and Materials

RBS 에 의한 박막표적의 특성분석

Cu

Filmtarget

SSBdetector

Slit

p, Hebeam

TiT 무거운 원소의 정량가능분석 가능 깊이 : o 3 MeV proton : 수십 um o 3 MeV He : 수 um분석 가능한 면밀도 : o 1015atoms/cm2

Rump simulation code 이용

Korea Institutes of Geology, Mining and Materials

ERD 에 의한 박막표적의 특성분석

가벼운 원소의 정량가능분석 가능한 깊이 o 수천 x 10-10 m 분석 가능한 면밀도 : o 1013atoms/cm2

SENRAS simulation code 이용

Korea Institutes of Geology, Mining and Materials

중성자 여기 함수에 의한 박막의 두께 측정

중성자 공명 반응의 여기 함수 측정

양성자 빔에의한 표적의 두께

중성자 빔에 의한 표적의 에너지 손실

양성자 빔에 의한 에너지 손실

Stopping power 이용

공명 준위폭 이용

Kinematics 이용

Korea Institutes of Geology, Mining and Materials

RBS 및 ERD-TOF 챔버구조

SSB

Target holder ERD line Time detector Energy detector

beam

Korea Institutes of Geology, Mining and Materials

중성자 여기함수 측정 장치도

TiT

HD PECd

40 cm

proton beam

36 cm

37cm

28 cm

BC-501

12C or 16O

CollimatorAnticollimator

Insulator

감마선

중성자

Pulse shape discrimination에 의한 중성자 및 감마선 이차원측정

Korea Institutes of Geology, Mining and Materials

ERD-TOF 스펙트럼

Channel number0 50 100 150 200 250 300

Rec

oil p

artic

le c

ount

s1

10

100

1000

O

N

H

Korea Institutes of Geology, Mining and Materials

RBS 스펙트럼

He energy [MeV]0.0 .5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

Cou

nts

0

1000

2000

3000

4000

He : 3 MeV

SSD :147oExp.

Sim.

He energy [MeV]0.0 .4 .8 1.2 1.6 2.0

Cou

nts

0

200

400

600

800

1000

He : 2 MeV

SSD : 147o

Sim.

Exp.

Proton energy [MeV]0.0 .5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

Cou

nts

0

400

800

1200

1600

2000

Sim.

Exp.

proton : 2 MeV

SSB : 147oT

Proton energy [MeV]0.0 .4 .8 1.2 1.6 2.0

Cou

nt

0

100

200

300

400

500

proton : 1 MeV

SSB : 147o Exp.

Sim.

He energy [MeV]0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

Co

un

ts

0

250

500

750

1000

sim.

exp.He 3 MeV

Korea Institutes of Geology, Mining and Materials

중성자 여기함수측정

Calculated neutron energy [keV]1950 2000 2050 2100 2150 2200 2250 2300 2350

Nor

mal

ized

yie

ld [C

ount

s/10

0uC

]

2.0e+4

4.0e+4

6.0e+4

8.0e+4

1.0e+5

1.2e+5

1.4e+5

1.6e+5

=12.2

En = 2077 keV

background

12C(n,tot)

fitting data

Calculated neutron energy [keV]1500 1550 1600 1650 1700 1750 1800

Nor

mal

ized

yie

ld [c

ount

s/10

0uC

]

40000

45000

50000

55000

60000

65000

70000

75000

80000

1669

=1416O(n,tot)

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T 과 Ti 분석 결과

RBS ERD-TOF

(atoms/cm2)

Neutron

Excitation

Method

(atoms/cm2)

Target company

(atoms/cm2)반응전

(atoms/cm2)

반응후(atoms/cm

2)

Ti 면밀도 1.4 x1019 1.3 x1019 1.3x1019 2.5~3.8 x1018

T 면밀도 4.6 x1018 3.8 x1018 3.6 x1018 4.8 x1018

Korea Institutes of Geology, Mining and Materials

결 론

MeV 급 중성자 선원의 표적으로 잘 알려진 박막 TiT 의성분을 RBS, ERD –TOF 법을 이용하여 조사하였다 . 삼중 수소및 Ti 면밀도는 표적 제작회사가 제공한 값보다는 삼중수소의 량은 비슷하였으나 , Ti 층의 면밀도는 상당한 차이가 얻어졌고 , 이를 중성자 여기함수측정을 통하여 확인하였다 . TiT 표적의 경우에는 중성자 여기함수 측정도 표적의 두께를 알아볼 수 좋은 방법임을 확인하였다 .