□ 연구개요 방사선은 면역-종양미세환경을 변화시키는 것으로 알려져 있다. 방사선 조사후 종양부위는 저산소화가 진행되고 저산소화된 암세포는 방사선에 저항성을 갖고 있다. 또한 방사선이후 neoantigen을 증가시켜 이후 면역관문억제제 사용시 효과가 증대될 것으로 기대하고 있다. 본 연구에서는 전통적인 종양조직의 획득을 통한 단백질의 면역형광화학염색, 채혈을 통한 일반혈액검사, 단백질표지자, 그리고 CT, MRI 같은 영상 검사의 소견이 환자의 치료반응정도, 재발, 생존과의 연관성이 있는지를 살펴보고 특정유전자와의 연관성을 살펴보고 이러한 마커들을 전통적인 통계학적인 방법 뿐 아니라 딥러닝을 이용하여 연관성이 있는지를 알아보고 자 하였다. □ 연구 목표대비 연구결과 1. 영상학적 마커와 혈액마커의 비교: 두 방법의 상관정도를 알아보았고, 비교해 보았음. 둘을 더하는 것은 영상학적 마커만 획득하는 것에 큰 이득이 없음. 2. 종양구획화를 하지 않고 반응성 예측: 구획화없이 MRI영상을 그림으로 인식 하여 기계학습을 하였고 인간전문가보다 우월함을 관찰하였다. 3. 영상소견으로 특정유전자 돌연변이 예측: 방사선치료 계획용 CT를 이용하여 기존의 CTV를 라벨링으로 사용하였고 기계학습과 라디오믹스 분석을 하였고, 어 느 정도는 예측할 수 있었음을 확인하였다. 4. 수술후 hypoxia마커의 발현이 2-3기 직장암 환자의 재발과 연관이 있는지: GLUT-1 면역형광화학염색을 방사선치료 전 조직검사 검체에서 시행하고, 치료 이후 수술로 절제된 검체에서 시행하고, 이것과 재발유무를 알아봄. 5. 기존의 MRI영상의 extramural vascular invasion와 혈액 종양마커인 CEA를 이용하여 이른 전이가 발생할 확률을 예측하였다. 6. 수술후 RT받는 NSCLC환자에서 lymphocyte, albumin의 예후와의 연관성: 97명의 환자에서 단변랑, 다변량 분석을 한 결과 재발과는 무관하였으나, 림프구, 알부민이 낮지 않으면 더 오래 사는 것을 확인하였다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 항암치료와 달리 방사선치료는 특정한 타겟에 선택적으로 영향을 미치지 않고 전반적으로 영향을 주는 것으로 그동안 보여왔다. 그러나 그것이 정말로 그러한 것인지 인간이타겟을 발견하지 못하여서 그런 것인지는 알 수 없다. 또한 수 많은 연구자들이 궁극적인 타겟인 유전자나 단백질을 찾아내려고 노력하였으나, 어떠한 타겟도 재현이 되어 입증된 것이 없다. 따라서 본 연구와 같이 현실적으로 적용가능한 실험을 통해 방사선에 대한 반응성을 예측하는 것이 타당하고 실제 환자와 의사들에게 도움이 되고 적용이 될 수 있는 방법이라고 생각한다. 아직까지는 요원한 일이겠으나 범용성을 갖게 된다면, 다른 연구자들도 조직기반 또는 혈액기반 면역학적 마커들의 변화를 실제로 확인해보고, 치료 전 또는 후 영상을 통해 라디오믹스나 딥러닝으로 이 마커들과의 상관관계를 간접적으로 예측하거나, 바로 예후를 예측할 수 있다면 조금 더 개인별 맞춤치료가 가능해질 수도 있다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 송창훈
• 주관연구기관 : 서울대학교
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 직장암;종양미세환경;방사선치료;바이오마커;저산소증; 2. rectal cancer;tumor microenvironment;radiation therapy;biomarker;hypoxia;

연구개요 본 연구에서는 플라이애시를 활용하여 중성자 차폐 성능을 보유한 무(無)시멘트 기반 무기 결합재 개발과 이를 활용한 비정질 (amorphous) 형태의 인공 경량 골재 제조 기술 개발 하고, 개발된 골재와 중성자 차폐 섬유를 혼합하여, 중성자 차폐 및 충격하중 저항 성능이 강화된 (=고인성) 경량 HPFRCC (High Performance Fiber Reinforced Cementitious Composites) 콘크리트를 개발한다. 마지막으로 개발된 콘크리트에 대한 MCNP (Monte Carlo N-particle Transport Code) 시뮬레이션 해석과 실제 차폐 실험을 통한 콘크리트 재료 디자인 모델을 제안하는 것이 최종목표이다. 연구 목표대비 연구결과 본 연구의 목표는 크게 네 가지이다. 첫째 중성자 차폐 성능을 보유한 무시멘트기반 무기 결합재의 개발, 둘째 저온 제조가 가능한 중성자 차폐형 비정질 인공 경량 골재 기술 개발, 셋째 중성자 차폐, 경량성 및 고인성이 확보된 HPFRCC 콘크리트 개발, 넷째 MCNP 시뮬레이션 해석과 실제 차폐 실험을 통한 재료 디자인 모델 개발이다. 다양한 실험을 통해 네 가지 연구목표를 모두 만족시켰으며, 그 결과는 다음과 같다. 기존 중성자 차폐 물질은 포틀랜드 시멘트와의 혼합 시 응결을 저해하고 강도 발현을 저해해 일반 콘크리트 제조에서는 사용이 사실상 불가능하지만 본 연구에서는 포틀랜드 시멘트와 달리 차폐 물질을 함유해도 문제가 없는 새로운 플라이애시 기반 고강도 무기계 결합재 (무시멘트 결합재)를 개발에 성공하였다. 기존의 인공경량골재 기술들은 킬른을 이용하여 1,300℃ 이상의 고온소성으로 인해 중성자 차폐 물질을 함유시켜도 제조 과정에서 소실되지만, 본 연구는 저온 조건 (90℃ 이하)만을 사용하여 비정질 형태의 인공경량골재를 개발에 성공하였다. 개발된 골재와 중성자 차폐 섬유를 혼합하여, 중성자 차폐 및 충격하중 저항 성능이 강화된 (=고인성) 경량 HPFRCC (high-performance fiber-reinforced cementitious composites) 콘크리트를 개발하였고, 압축강도, 인장강도, 탄성계수, 흡수율, 비중, 철근 부식 및 동결융해 저항성을 측정하여 개발된 콘크리트의 역학적 성능 및 내구성을 평가하였다. 추가로, Monte Carlo N-Particle transport code (MCNP) 시뮬레이션을 통해 개발된 중성자 차폐 HPFRCC 콘크리트의 강화된 중성자 차폐 성능을 확인하였으며, 다양한 미세구조 분석을 통해 개발된 인공골재 내에 존재하는 중성자 차폐 물질들의 화학적 안정성을 평가하였다. 최종적으로 모든 연구 결과를 고려하여 최적의 사용후핵연료 저장용기용 HPFRCC 콘크리트 배합표를 제시하였다. 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) - 중성자 차폐성능이 크게 향상된 고강도 경량 HPFRCC 콘크리트를 사용하여, 사용 후핵연료 저장 용기의 경량화, 고인성화 및 중성자 차폐 능력 향상을 통해 수송/설피 비용 및 파손 위험성을 감소할 수 있으며 저장용기의 수평 적재 간격을 좁혀 저장시설의 저장밀도를 크게 향상시킬 수 있다. - 콘크리트의 두께를 늘리거나 밀도 높은 중량 콘크리트를 사용하였던 기존의 차폐 방식을 개선함으로써 안전성 및 공간 확보로 인해 가속기연구소 등 방사선을 이용한 연구시설이나 원자력 구조물등의 건설재료로 적용이 가능하며, 과도한 방사선 노출 방지를 위한 의료 시설 등에서도 활용이 가능하다. - 향상된 중성자 차폐 성능과 더불어 비정질의 안전한 인공경량골재를 사용함으로써 원자력시설의 높은 안전성 및 신뢰성 확보를 기대할 수 있다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 오재은
• 주관연구기관 : 울산과학기술원
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 중성자 차폐 콘크리트;인공경량골재;비정질 중성자 차폐 골재;사용후핵연료 저장용기;고인성 다기능 콘크리트 (HPFRCC); 2. Neutron shielding concrete;Artificial lightweight aggregate;Non-crystalline neutron shielding aggregate;Spent nuclear fuel canister;High performance Fiber Reinforced Cementitious Composites;

□ 연구개요 자연계를 구성하는 물질은 강한 상호작용으로 인하여 결합되어 있는 형태로 존재하며 이를 하나의 커다란 이론적 틀에서 이해하는 것은 핵물리학 이론의 주요 연구 목표라 할 수 있다. 이는 전자기력과 약력 그리고 강한 상호작용을 통합하여 이해하려는 시도의 중요한 단계이며 이 목표를 달성하기 위해서는 강한 상호작용에 대한 많은 실험적/이론적 정보가 필요하고 또 여러 계에서 다양한 방법으로 강입자와 원자핵의 구조와 반응을 연구해야 한다. 우선 자유상태에서 각 강입자의 구조와 특성을 이해하는 것이 우선되어야 하며 이는 핵물질 연구를 위한 기본적인 정보를 제공한다. 또한 실제 원자핵 혹은 핵물질 안에서의 입자의 성질과 구조가 자유상태에서의 성질 및 구조와는 달라서 핵력에 대한 올바른 이해를 위해서는 핵물질 안에서 입자의 성질이 변화하는 현상을 고려해야 한다. 이런 연구를 통하여 중성자별과 같은 거시적 계의 구조와 성질 연구에 필요한 정보를 알 수 있다. 본 연구에서는 이를 위하여 강입자 하나로부터 핵자로 이루어진 계 그리고 중성자별까지 포함한 다양한 계에서 강한 상호작용의 변화에 관한 폭넓은 이론 연구를 수행 하여 하나의 통일된 이론을 정립하기 위한 노력에 기여하고자 한다. □ 연구 목표대비 연구결과 본 연구과제를 통하여 모두 세 분야의 연구를 진행하였다. (i) 핵자 구조 연구와 관련하여 (1+1) 차원에서의 toy model 계산을 수행하여 핵자 구조 함수가 정의 가능한 영역을 연구하였고 차세대 시설에서 수행할 수 있는 연구과제를 제시하였다. (ii) 강입자의 구조와 반응에서는 기묘도가 –2 또는 –3인 중입자의 붕괴를 쿼크 모형에서 상대론적인 보정을 고려하여 계산하였으며, 중간자의 성질을 더욱 자세히 연구하기 위해 상대론적인 모형인 light-front 쿼크 모형을 이용하여 계산하였다. (iii) 마지막으로 원자핵의 구조와 반응에 관해서는 최근 많은 관심을 끌고 있는 기계 학습을 무거운 원자핵의 알파 붕괴에 작용하여 만족할 만한 결과를 얻었으며, 별의 에너지원인 열핵반응에 기존의 R-matrix 모형보다 진일보한 이론 도구인 유효장이론을 처음으로 적용하여 유효장이론이 이 분야의 연구에 적용될 수 있음을 입증하였다. 이렇게 원래 목표하였던 연구를 수행하였다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성) 본 연구의 수행을 통하여 다양한 시스템에서 여러 경우에 대하여 강한 핵력의 변화와 입자 및 핵의 구조에 관한 정보를 제공하고자 하였다. 또한 현재 우리나라를 포함한 선진 제국의 세계적인 가속기 연구소에서 실험연구로 계획 중인 연구 주제의 선행 연구가 되어 이들 실험에 대한 이론적 배경과 당위성 그리고 그 실험 결과에 대한 이론적 예측을 제공하고자 하였다. 이와 함께 중요한 물리적 가정 혹은 구조에 민감한 물리량을 찾아 그에 대한 이론적 예측을 제공하여 실험연구와 분석을 선도하는 효과를 기대하며 이 분야에 관한 연구성과를 생산하였다. 이런 연구를 위해서는 국제 협동연구가 필수적이므로 정기적으로 소규모의 집중적인 학술 행사를 매년 개최하여 차세대 연구 인력인 대학원 학생들에게 세계적인 석학과 교류할 기회를 제공하였다. 본 연구를 통하여 핵자의 구조에서 중성자별의 중요한 에너지원인 열핵반응에 이르기까지 다양한 형태의 강한 상호작용을 연구하였으며, 이는 후속 연구로 이어질 것이다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 오용석
• 주관연구기관 : 경북대학교
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 강입자구조와 핵구조;강입자반응과 핵반응;원자핵의 붕괴 반응;중성자별과 핵물질;QCD 유효이론; 2. Hadron structure and nuclear structure;Hadron reactions and nuclear reactions;Nuclear decays;Neutron star and nuclear matter;Effective theories of QCD;

연구개요 본 연구에서는 핵포화밀도를 기준으로 이 보다 낮은 밀도에서부터 훨씬 높은 밀도에 이르는 폭 넓은 밀도 영역에 대해 핵대칭에너지를 정확하게 결정하는 방법을 모색한다. 이같은 탐색으로부터 정한 방법을 통해 핵대칭에너지의 밀도에 대한 변화가 가지는 불확실성의 범위를 제시한다. 새롭게 결정한 핵대칭에너지를 다양한 현상에 적용하여 앞서 결정된 핵대칭에너지의 적합성을 검증하고 이로부터 불확실성의 추가 제한 가능성을 모색한다. 연구 목표대비 연구결과 · 핵대칭에너지의 불확실 범위 결정 1. Korea-IBS-Daegu-SKKU (KIDS) 밀도범함수이론을 이용하여 핵대칭에너지의 밀도에 대한 변화를 결정하는 J, L, Ksym 등의 상수 범위 결정 2. 기존의 문헌에서 제시되는 J, L, Ksym의 범위는 30-35 MeV, 40-76 MeV, -760 ~ -170 MeV였으나 KIDS에 원자핵 데이터와 중성자별 관측 자료를 이용하여 결정한 범위는 J=30.0-31.5 MeV, L=44-55 MeV, Ksym=-130 ~ -50 MeV로서 기존의 불확실성을 대폭 줄이는 성과를 얻음. · 핵자의 핵물질 내 유효질량과 핵대칭에너지의 불확실성이 다양한 현상에 미치는 영향에 대한 조사 1. 중성자별과 J, L, Ksym의 상관 관계를 조사하여 중성자별의 정밀 관측이 핵대칭 에너지의 불확실성 축소에 미치는 영향에 대한 체계적인 이해 수립 2. 양성자 방울선에서 중성자 방울선에 이르는 원자핵의 주요 특성 (결합 에너지, 반경, 변형도 등)을 계산하여 중성자 초과잉 핵의 변형도, 중성자 방울선의 위치 등이 핵대칭에너지의 J, L, Ksym 값에 따라 뚜렷하게 달라지는 결과를 얻음. 3. KIDS 모형을 기반으로 하여 람다 하이퍼론의 핵물질 내 상호작용을 결정하고 핵대칭에너지가 상호작용의 형태에 미치는 영향을 분석 4. 경입자-원자핵 준탄성산란 문제에 KIDS 모형을 적용하여 핵자의 유효질량과 핵대칭에너지가 산란단면적에 미치는 영향을 연구: 유효질량의 값에 따라 산란단면적이 현저한 차이가 나타남을 보였고 전자 산란, 중성미자 산란 모두에서 자유 상태 핵자의 질량과 유사한 유효질량일 때 실험과 잘 일치함을 보임 5. KIDS 모형을 이용하여 중성자별 내부에서 중성미자와 핵자의 산란단면적과 평균 자유거리(mean free path)를 계산하여 핵자의 유효질량과 핵대칭에너지의 효과를 연구함. 유효질량, 핵대칭에너지의 밀도 의존성 모두 평균자유거리에 매우 중요한 역할을 하는 결과를 얻었으며 이 결과는 중성자별의 냉각 속도, 초신성 폭발에서 중성미자의 역할을 다시 조사해야 할 필요성을 제기함. 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성) · KIDS 모형을 이용한 국내 독자 개발 질량 모형 구축 · 중성자 과잉핵의 특성 측정과 핵반응 실험에 적용: 중이온가속기 RAON을 활용하는 연구 주제 발굴 · 기묘도를 포함하는 SU(3) flavor 공간에 대한 이론적 체계 구축: J-PARC 등의 시설에서 계획하는 hypernuclear physics experiment에 신속하게 대응 · 중성미자-원자핵 결맞음 탄성산란 (coherent elastic neutrion-nucleus scattering)의 이론적 접근: 국내에서 추진 중인 NEON 실험에 활용 · 유효질량, 핵대칭에너지의 불확실성이 초신성 폭발에 미치는 영향을 면밀하게 고찰하는 문제에 적용 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 현창호
• 주관연구기관 : 대구대학교
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 핵대칭에너지;밀도범함수 이론;중성자 과잉 희귀 동위원소;중이온 충돌; 2. Nuclear symmetry energy;Energy density functional theory;Neutron-rich rare isotope;Heavy ion collsion;

비공개항목입니다.

• 연구책임자 : 서진우
• 주관연구기관 : (유)성경글라스
• 발행년도 : 20230700
• Keyword : 1. 나노탄소소재소재;고방열;흑연 시트;열계면 소재;대면적 코팅; 2. Nano Carbon Material;High Thermal Conductivity;Graphite Sheet;Thermal Interface;Large Area Coating;

비공개항목입니다.

• 연구책임자 : 류동석
• 주관연구기관 : 한국원자력연구원
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 방사선원위치추정;방사선 계측;방사선 센싱 어레이;방사선 지도작성 로봇;방사선 시뮬레이션; 2. Localization of Radiation Source;Radiation measurement;Radiation sensing array;Radiation mapping robot;Radiation simulation;

□ 연구개요 - Liquid metals (LMs) have been studied for the use as heat transfer fluids in nuclear energy systems such as liquid Na for sodium cooled fast reactors (SFRs) and energy storage systems. In addition to these traditional applications, LMs have been attracting large attention as advanced functional materials in various fields, such as flexible electronics, biomedical application, soft robot, catalyst, etc. - For these applications, the chemistry of LMs, such as reactivity and corrosion characteristics, is important. However, the comprehensive database and understanding of the LM chemistry are still not available. - In this project, we aimed to first develop computational methods to efficiently and accurately calculate the solution enthalpy and diffusion coefficients as important physio-chemical properties of LMs, and then to construct all-element database taking liquid Na as a test case. □ 연구 목표대비 연구결과 - < Task-1: Acquisition of first-principles calculation data > We obtained first-principles molecular dynamic (FPMD) calculation data for 96 elements (from H to Cm) in liquid Na for the use in Tasks-2, 3 and 4. - < Task-2: Construction of all-element database for chemical states of impurity > Excluding 2 elements which showed bad convergence in the first-principles calculations and are not important for liquid Na application in nuclear engineering (Sm-62 and Yb-70), we determined the charge state, atomic radius, coordination number, etc, of 94 elements as impurity atoms in liquid Na at 600 K and 1000 K. - < Task-3: Development of machine-learning potential models based on FPMD simulation results > We established an efficient and automated method to construct accurate machine-learning (ML) moment tensor potentials (MTPs) based on FPMD calculation results. Using the established method and the FPMD calculation data prepared in Task-1, we developed MTPs for 94 elements in liquid Na. - < Task-4: Calculation of solution enthalpy and diffusion coefficients by classical molecular dynamics (CMD) using MTPs > We established all-element database (= 94 elements) for solution enthalpies and diffusion coefficients of impurities in liquid Na at 600 K and 1000 K by CMD using MTPs constructed in Task-3. - < Task-5: Validation of calculation results > We compared the calculated solution enthalpies and diffusion coefficients with available experimental data, and confirmed good agreement with experiments for solution enthalpies, except for several elements whose experimental data are likely to be affected by oxide formation. For diffusivity, due to very low availability of experimental data, we only compared the calculation and experiment for self-diffusion coefficient of liquid Na, showing good agreement. - < Task-6: Derivation of correlation between fundamental impurity properties with solution enthalpy and diffusion coefficient > We analyzed the correlation between fundamental properties of impurities, such as electronegativity and atomic radius, with solution enthalpy and diffusion coefficient, and established model equations to describe all-element data of solution enthalpy and diffusion coefficient as functions of fundamental impurity properties. - < Task-7: Conclusion and identification of future research directions > As a future research direction, we proposed new liquid alloy discovery for nuclear energy systems applications by means of materials informatic approach using the computational methods established in this project. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) - The constructed all-element database can be used as fundamental data to improve the safety on the use of liquid Na. For example, the database can be used to effectively design new materials/devices to mitigate the consequence of Na fire and to establish reliable and efficient safety regulation. - Through this project, we established an efficient computational framework to construct all-element database. This framework can be easily applied to other LMs, such as liquid Pb, and liquid Li, and can help design new LM alloys of low chemical reactivity as well as corrosion-resistant structural materials for the applications in nuclear energy systems, flexible electronics, soft robotics, etc. The methods can be also applied to molten salts for the R&D of molten salt reactors (MSRs). - The all-element database established in this study is a first-of-kind database in the world, and significantly advanced the chemistry of LM. (source : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : Takuji Oda
• 주관연구기관 : 서울대학교
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 액체 금속;용해 엔탈피;확산 계수;불순물;원자론적 시뮬레이션; 2. liquid metal;solution enthalpy;diffusion coefficient;impurity;atomistic simulation;

□ 연구개요 제안 과제에서는 특정 원편광에 대해 높은 광자상태밀도를 갖는 카이랄 거울을 설계하고, 설계된 카이랄 거울과 발광물질을 근접장 결합함으로써 발생 초기부터 원편광된 자발방출광을 실현하고자 함. 나아가 특이 유효유전율을 갖는 메타필름을 매개로하여, 고전적 성능 한계를 극복하는 차세대 디스플레이 기술을 연구함. □ 연구 목표대비 연구결과 연구책임자 그룹은 중견연구자지원사업(총 연구비: 3억, 2022년 2월 종료)을 통해 (i) 복사광, (ii) 태양광, (iii) LED 등을 포함한 자발방출광 및 (iv) 산란광의 편광, 파면, 흡수 등을 극적으로 제어하는 비정상 분산 물질에 관한 연구를 수행하였음. 파장 250 nm 극자외선부터 30 mm 중적외선까지 각 스펙트럼의 광학 물성을 조절하는 광학 구조를 설계·제작·평가하였음. 아울러 연구 수행을 통해 규명한 물리적 원리를 기반으로 연구 결과물을 태양전지, 열광전소자, LED, 3차원 프린팅 등의 응용 분야에 적용함으로써 산업적 기대효과를 증명하였음. 본 과제의 수행기간 중 총 23편(교신저자 참여 18편)의 SCI 논문을 게재하고, 총 3건의 특허를 국외(US) 출원·등록하였음. 교신저자로 참여한 논문 다수가 명망있는 나노과학 저널(Light Science & Applications, Nano Letters, Advanced Energy Materials, Advanced Functional Materials, Advanced Science, ACS Photonics, ACS Applied Materials & Interfaces, Nano Energy, Matter, Optics Letters, Optics Express)에 게재됨으로써 연구책임자 그룹의 연구역량을 인정받았음. 모든 논문은 연구책임자가 교신저자, 연구실의 학생이 제1저자로 등재되었음. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 1. 학문적 측면 (1) 자연에 존재하지 않는 특이 물질분산의 매질과 빛의 상호작용을 탐구함. 특히, 원편광 자발방출 광원과 소용돌이 파면을 유도하는 광학구조의 근접장 결합은 양자역학의 스핀궤도 상호작용을 해석하는 훌륭한 도구가 될 수 있음. (2) 원편광 자발방출광 발생과 관련된 광자선택률을 규명하여 자발방출광의 광물성을 인위적으로 제어할 수 있는 물리적 원리를 제시함. (3) 유전율 텐서를 포함하는 일반화된 전자기학 시뮬레이션 기법을 구축하고, 다양한 원편광 이색성 메타물질 연구에 확대 적용함. (4) 유효유전율이 변조된 평면을 설계하여 다양한 기하광학 효과를 모사함. (5) 기하광학과 파동광학을 통합한 시뮬레이션 기법을 개발하여 회절광학계를 포함하는 기하광학 구조의 성능을 예측함. (6) 표면플라즈몬 모드에 의한 광손실 및 산란을 억제하는 설계법칙을 확립함. (7) 틈새플라즈몬 공명을 이용한 중적외선 표면플라즈몬 분야를 개척함. 2. 실용적 측면 (1) 원편광 자발방출 광원: 자발광 디스플레이의 경우 외광 차단을 위해 원편광자가 도입되므로 원리상 50% 이상의 광손실이 발생함. 원편광 자발광원은 자발광 디스플레이의 휘도 감소 문제를 원천적으로 해결하는 기술임. (2) 대면적, 저비용 초집속 메타렌즈: 개인용 AR/VR 디스플레이에 적용되어 시야각 내에 도달하는 유효광량을 획기적으로 개선함. 일반적인 리소그래피 공정을 통해 LED 상부에 직접 제작되므로 대면적, 저비용 공정이 가능함. (3) 무손실, 반사형 메타편광자: 양자점 디스플레이에서 양자점 필름은 최종 편광자를 통과한 빛을 색 변환하는 기능을 수행함. 따라서 양자점 필름 직전에 배치된 편광자를 흡수형에서 반사형으로 대체하면 광원의 휘도 개선이 가능함. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김선경
• 주관연구기관 : 경희대학교
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 카이랄 구조;자발방출광;분산물질;중적외선 복사;쌍곡선메타물질; 2. Chiral Structure;Spontaneous Emission Light;Dispersive Material;Mid-Infrared Radiation;Hyperbolic Metamaterial;

연구개발 목표 및 내용 최종 목표 20세기 말에 발견된 chirped pulse amplification 덕분에, 레이저의 세기는 지금까지 비약적으로 상승해왔다. 이 추세라면 10년 후에는 레이저가 Schwinger limit를 돌파할 것으로 예상되며, 그땐 우주에서나 볼법한 초에너지 현상들을 실험실에서도 관측할 수 있으리라 생각된다. 특히, 그 중 radiation reaction(RR)이라고 불리는 현상은 1~2년 뒤의 레이저 세기로도 관측될 가능성이 있어서, 많은 실험자들의 관심을 받고 있다. 그러나, 한가지 문제는, 실험 장비의 발전에 비해 RR 이론의 발전이 많이 더디다는 것이다. 심지어, 그나마 있는 이론모델들은 모순적이거나 혹은 너무 복잡해서 실험에 적용되기에 다소 무리가 있다. 이대로면 정작 실험에서 RR이 관측되더라도, 그 결과가 제대로 분석되지 못하는 상황이 벌어질 수도 있다. 따라서, 이 연구에서는 곧 있을 RR 실험에 적용될 수 있는 '간단하면서도 좀 더 일반화된 무모순적인 RR 이론 모델' 개발을 목표로 한다. 처음에는 한 입자에 대한 RR 이론을 개발하고, 궁극적으로는 이를 다입자의 경우로 확장시킬 것이다. 그럼으로써 실제 플라즈마와 초강력 레이저의 상호작용을 설명하고자 한다. 전체 내용 Radiation reaction(RR)이란 입자가 광자를 방출하면서 느끼는 반작용을 의미한다. 따라서, 우선 한 하전입자가 임의의 상황에서 느끼는 RR을 이론적으로 기술하는 것이 첫번째 단계가 될 것이다. 이 연구에서는, 맥스웰 방정식을 통해 '로렌츠 수축이 일어나는 하전입자'의 전자기장을 계산하고, 결과적으로 그 입자가 느끼는 로렌츠 힘을 계산한다. 로렌츠 수축을 고려하는 것은 기존의 RR 연구와는 매우 다른 차별점으로써, 이 때문에 입자의 형태를 변화시키기 위한 에너지가 운동방정식에 추가되게 된다. 선행연구에 따르면, 이 추가된 항은 마치 입자의 유효질량이 더 커진 것처럼 보이게 하며, 결과적으로 이는 입자의 가속을 더욱 힘들게 만든다. 이러한 질량 증가는 RR에 의한 것으로 추정되는데, 기존의 RR이론에선 한번도 예측된 적이 없는 현상이다. 선행연구에서는 오직 등가속 운동하는 입자의 경우만 연구했으나, 이번 창의도전에서는 일반화된 운동을 하는 (수축된) 입자가 어떤 RR을 느끼는지를 집중적으로 조사해보았다. 특히 로렌츠 수축하는 입자 모델을 정확하게 수학적으로 정의했고, 이 입자의 일반적인 운동에 대한 RR을 계산하는 데 성공했다. 이렇게 얻어진 RR이 적용된 새로운 운동방정식은 기존의 이론이 제시했던 방정식보다도 무모순적이고 덜 복잡하다. 따라서 이번 과제의 목표였던, RR 실험을 위한 적절한 운동방정식이 얻어졌다. 연구개발성과 이 연구를 시작할 땐 어려울 것이라고 생각되었던 ‘로렌츠 수축하는 입자 모델’의 이론적인 정립이 이루어졌다. 이로써 일반적인 운동을 하는 수축하는 입자의 RR을 계산하는게 가능해졌고, 실제로 엄밀한 수학을 통해 이를 계산하는 데 성공했다(원래는 몇몇 특수한 운동에 대해서만 RR을 계산한 후 일반적인 RR을 추측하는 게 연구계획이었다.). 이렇게 계산된 RR을 운동량 보존식에 대입하여, 새로운 운동방정식을 얻는데 성공하였다. 일단 이렇게 얻어진 새로운 방정식은 기존의 이론과 조금 다르며, 이러한 차이에 의해서 기존의 이론이 내포했던 대부분의 문제가 해결되었다. 기존의 이론은 입자가 외부 필드 없이도 가속될 수 있는 가능성을 내포했고, 또한 재규격화라는 추가적인 가정이 있어야만 입자의 운동을 설명할 수 있었다. 그러나 새로 얻어진 방정식은 위의 문제에서 완전히 자유롭고, 더욱이 기존의 이론보다도 더 간단한 수식으로 표현된다. 즉, 이번 과제의 연구목표인 ‘실험에 사용될 수 있는 무모순적이고 더 간단한 운동방정식’을 얻어졌다. 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 만약 완성된 이론이 RR 실험 결과를 제대로 설명한다면, 이는 100년 이상 이어진 고전전자기학의 RR 문제를 해결하는 것이 된다. 그 외의 부수적인 결과로써, 로렌츠 팩터(γ) 외에도 입자의 질량을 증가시킬 수 있는 또다른 팩터가 발견되었다. 로렌츠 팩터가 속도의 함수인 것과 달리, 새로운 팩터는 가속도의 함수로 나타났다. 이는 입자의 질량(관성)에 대한 개념을 확장시켜줄 것이다. 또한, 한 입자에 대한 이론 정립이 마무리되었으므로, 다입자 시스템에 대한 이론적 확장 가능성이 높아졌다. 현실의 RR 실험에서 한 입자만 다루는 것은 거의 불가능하므로, 다입자 시스템에 대한 RR 이론 정립이 필수적이다. 이번 연구결과는 다입자 시스템에서의 RR 모델에 대한 뚜렷한 시작점을 제시하므로, 추후 있을 다입자 RR이론 개발에 도움이 될 것이다. 더욱이, 이번 연구에서 사용된 방법론(맥스웰 방정식에서 특수한 입자모델을 고려한 후 전자기파의 RR을 계산)을 잘 활용하면, 아인슈타인 방정식을 통해 중력파에 대한 RR도 계산할 수 있을지도 모른다. 이는 우주에서 나타나는 매우 강력한 radiation을 설명하는 새로운 도구가 될지도 모른다. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 강태연
• 주관연구기관 : 포항공과대학교
• 발행년도 : 20230100
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본 과제의 목표는 방사선기기팹 공정장비 표준화 및 의료진단기기 전략제품 기반 한국형 강소 방사선기기 기업 육성 지원을 통한 방사선기기 지역 클러스터 조성이다. 과제 달성을 위해 한국형 방사선의료기기 기업육성 지원, 방사선기기 산업생태계 조성을 위한 클러스터 구축/운영, 방사선기기팹 연구장비 이용서비스 및 성능개선을 수행하였다. 그 결과 화합물 반도체 단결정 소재 성장 표준공정 확립, 반도체센서 표준공정 확립, 기술지원 14회, 실무교육 2회, 융복합 클러스터 협의체 운영 4회, 기업연계 기술사업화 R&D 아이템 발굴 1건, 기술사업화 지원 1건, 이용실적 204건, 단결정 소재 성장 장비 로드셀 자동화 시스템 구축, 연구장비 점검 및 검교정 11건, 연구장비 업그레이드 4건을 수행하였다. 본 연구에서는 기술사업화 지원을 통해 방사선의료진단기기용 방사선계측 소재 기술사업화, 방사선기기 인프라 조성 및 산업 생태계 조성에 기여하였다. 또한 지속적이고 안정적인 방사선기기팹 시설/장비 지원을 통해 국가 방사선기기 기업 육성에 기여할 계획이다. (출처 : 서지정보양식 73p)

• 연구책임자 : 강창구
• 주관연구기관 : 한국원자력연구원
• 발행년도 : 20230800
• Keyword : 1. 방사선기기팹센터;방사선 계측기;방사선기기;의료진단기기;반도체; 2. Radiation Equipment Fab. Center;Radiation detector;Radiation Equipment;Medical diagnosis system;Semiconductor;