□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 ◯ Al-B₄C 기반 중성자 흡수재 성능 평가 방법론 개선 - 기존 시험 방법론 한계점 분석 및 흡수재 열화거동 분석 선행연구 결과 분석을 통해 사용후핵연료 습식/건식 저장시설 내 흡수재 복합열화기구 모사가 가능한 개선방안 제시 ◯ 성능 평가 방법론 개선안 활용 중성자 흡수재 장기·고온 안전규제 기반자료 생산 - (사용후핵연료 습식저장조 환경) 중이온 가속기를 활용하여 중성자유도핵반응(¹⁰B(n, α)⁷Li)에 의한 흡수재 조사손상을 모사하고, 가속부식실험을 연속적으로 수행하여 복합 열화에 의한 장기 열화 거동 분석 수행 - (사용후핵연료 건식저장시설 환경) 건식 저장용기 내 복합열화 환경 (고온, 방사선, 잔존 수분 등) 하 흡수재 복합열화 모사를 위해 고온 조사실험 및 고온/습윤 부식실험 수행하여 고온 열화기구 규명 ◯ 국내 중성자 흡수재 평가 시험기반 마련 - (국내 가속기 시설 활용 조사손상 모사실험 수행방안 제시) 중성자유도핵반응에서 방출되는 고에너지 알파 입자와 리튬이온에 의한 조사손상 모사를 위해 KOMAC 등 국내 중이온 가속기 시설을 활용한 상온/고온 조사실험 방안 제시 - (중성자 흡수재 가속/고온 부식 모사실험 시설 구축) 조사손상 모사시편을 활용한 흡수재 장기·고온 부식열화 거동 모사를 위해 국내 사용후핵연료 습식 저장조 및 상용 건식 저장용기 내부 환경 모사가 가능한 가속/고온·습윤 부식루프 구축 - (표준물질(ZrB₂) 제작 및 열중성자 흡수능 데이터베이스 구축) 조건별 (두께 및 ¹⁰B 면밀도) 표준물질 시편 제작 및 국내 열중성자 발생장치 활용 중성자 흡수능 데이터베이스 구축을 통한 국내 중성자 흡수재 흡수능 평가 시험기반 마련. ◼ 전체 내용 ○ 연구 필요성 - (사용후핵연료 건식 저장시설 건설 임박) 한국원자력환경공단(KORAD)에서 2023년 발표한 ‘방사성폐기물 관리시행계획’에 따라 사용후핵연료 저장용량 확보를 위해 20년 이내 건식 중간저장시설 확보를 계획하고 있으며 [1], 건식 저장용기 내 미임계 유지를 위해 필수적인 중성자 흡수재는 미국/일본 등에서 널리 사용 중인 Al-B₄C 기반 상용 중성자 흡수재가 도입될 것으로 추측됨. - (중성자 흡수재 국내 규제기반 미비) 국내 습식저장조 내에서 사용 중인 중성자 흡수재 설계수명은 흡수재 제조사 자체 실험결과에 근거하였으며, 안전관리는 원전 사업자 내부 지침에 의거하여 수행하고 있어 [2] 국내 규제기준이 미비한 실정임. 또한, 근시일내 건설 예정인 건식 저장시설 환경을 반영한 중성자 흡수재 고온·장기 안전관리 및 규제 방안의 선제적 설정을 위한 기반자료 마련이 시급한 상황임. - (열화 흡수재 시편 조기열화 현상 관측) 습식 저장환경 하열화 흡수재를 분석한 선행연구는 흡수재 주요 열화 요인으로 중성자유도핵반응 (¹⁰B(n, α)⁷Li)에 의한 흡수재 표면공극률이 증가와 그에 따른 표면 부식이 가속화 현상을 제시하였음 [3]. 또한, 흡수재 조사가속부식 등 복합열화기구에 의한 흡수재 표면 점부식 현상 및 표면 B₄C 입자 유실 등에 의한 흡수능 저하 등 흡수재 조기열화 현상을 보고하였음. - (국내 중성자 흡수재 안전규제 근거자료 부족) 본 연구는 Al-B₄C 기반 중성자 흡수재 조기열화 현상의 원인을 기존 시험 방법론의 한계로 상정하고, 기존 방법론을 활용하여 설정된 설계수명에 대한 재평가가 필요하다고 판단하였음. 또한, 전 세계적으로 제한적으로 수행된 건식 저장환경 하흡수재 열화 관련 연구로 인해 정확히 분석되지 않은 흡수재 고온 복합열화 기구를 규명하고자 함. ◯ 연구 동향 - (국내 사용후핵연료 저장처분 핵심기술개발 연구) 과기정통부/산업부/원안위에서 공동 주관하여 수행 중인 연구사업은, 사용후핵연료 저장처분 안전성 확보를 위해 계획되었지만, 최근 연구를 통해 밝혀진 중성자 흡수재 조기 열화 및 흡수능 저하 현상’을 반영한 저장·처분 시설 장기 건전성 저하 가능성이 고려되지 않음. - (건식 저장시설 내 Al-B₄C 흡수재 열화거동 분석 연구) 미국 미시간 대학교에서 상용 Al-B₄C 기반 중성자 흡수재 2종(BORAL/BORTEC)을 활용한 조사실험 및 고온 부식시험을 수행하여 B₄C 입자 유실 가능성을 제시하였으나 [4], 지나치게 보수적인 실험조건을 채택하여 건식 저장용기 내 흡수재 열화거동을 정확히 평가하였다고 보기 어려움. - (국내 건식저장 용기 및 중성자 흡수재 개발 현황) 한국원자력환경공단 (KORAD)이 주관하여 중간저장 용 금속 건식 저장용기를 개발하여 국내 인허가 획득을 목표로 연구를 수행 중임. 또한, 한국원자력연구원 (KAERI)에서 기존 Al-B₄C 기반 흡수재 한계점 보완을 위해 티타늄 기반 중성자 흡수재를 개발하였으나, 추가 실험 검증이 필요한 상황임. ◼ 1단계 ❏ 목표 ○ Al-B₄C 기반 흡수재 장기·고온 안전성 평가실험 방법론 개선안 제시 및 평가실험 기반 마련 ❏ 내용 ○ Al-B₄C 흡수재 열화시편 활용 장기 안전성 평가실험 설계 - 조사손상 모사 실험조건 설정 및 조사손상 모사 시편 생산 • 실험조건 설정: (조사손상도: 10 dpa) 열화 흡수재 미세구조 내 헬륨 버블 형상 분석을 통해 설계수명 내 최대 10 dpa가 누적될 것으로 판단하고 조사손상도 조건을 설정함. • 헬륨 이온 조사실험 수행: 중성자유도핵반응에서 방출된 고에너지 헬륨 입자 및 리튬이온에 의한 흡수재 조사손상 모사를 위해 중이온 가속기를 활용하여 상온 조건에서 160 keV 헬륨 이온 조사실험 수행. - 조사손상 모사시편 활용 가속 부식실험 조건 설정 및 수행 • 가속부식 실험조건 설정: 국내 가동원전 내 사용후핵연료 저장조 환경 (수화학 조건, 온도 등)을 모사하여 수화학 조건을 (붕소 및 리튬 농도 등) 설정. 또한, 최대 가속배수 활용이 가능한 온도 조건 (90 ℃)을 채택함. • 가속부식루프 설계 및 구축: 실험 장치는 예열기, 냉각수 탱크, 항온수조, 열교환기 및 펌프와 다수의 열전대로 구성하였으며, 주기적으로 실험수를 채취하여 화학 분석이 가능하도록 설계함. • 가속부식실험 수행: 습식저장조 내 중성자 흡수재 장착 환경을 모사하기 위해 실제 내부 구조물과 같은 재질인 스테인리스강으로 제작된 시편 홀더를 설계하고 내부에 시편을 장착하여 부식실험을 수행함. ○ Al-B₄C 기반 중성자 흡수재 고온 복합열화 모사실험 설계 - 중성자 흡수재 고온 조사손상 모사실험 조건 설정 및 수행 • 실험조건 설정: (조사손상도: 0.01, 0.1, 1 dpa/ 온도: 상온, 150, 270, 400 ℃) 사용후핵연료 건식 저장시설 내 온도 및 중성자 선속 측정 결과를 기반으로 온도변화와 설계수명 내 조사손상도 누적량을 계산한 선행연구를 참고하여 온도 및 조사손상도 조건을 설정함. • 고온 중이온 조사실험 수행: 국내 중이온 가속기 시설 내 고온 이온 챔버를 활용하여 직접 제작한 전용 시편홀더에 시편을 장착하고 총 12가지 실험조건에서 고온 헬륨 이온 조사실험을 수행함. - 고온/습윤 가스부식실험 조건 설정 및 부식루프 설계 • 실험조건 설정: 온도는 조사손상 모사실험 온도와 동일하게 설정하고, 습도 조건은 사용후핵연료 집합체 건조 조건과 대표적인 저장 용기 내부 체적을 기준으로 계산하여 보수적인 값을 채택함. • 고온/습윤 가스부식루프 설계: 장치는 고온 조건에서 일정한 온도와 습도를 유지할 수 있도록 헬륨 질량조절기(MFC), 물 정량펌프, 기화기, 예열기, 반응 용기 등으로 구성하였으며, 내부 온도 및 습도를 실시간으로 측정하기 위해 다수의 열전대와 습도계를 장착함. ◼ 2단계 ❏ 목표 ○ 사용후핵연료 습식/건식 저장시설 내 Al-B₄C 기반 흡수재 열화 거동 분석 및 기구 규명을 통한 안전규제 기반자료 생산 ❏ 내용 ○ 열화 흡수재 시편 활용 습식저장조 내 장기 열화 거동 분석자료 생산 - 열화시편 활용 추가 조사손상 모사 및 가속 부식실험 수행 후 특성 변화 분석결과: • 중이온 조사 후 열화 흡수재 시편 산화층의 다공성 구조에 의해 헬륨 버블이 형성되지 않고 다량의 공극이 관측되었음. 또한, 가속부식실험 수행 후 전반적으로 다공성 형태의 Al 산화막이 관측되었으며, 일부의 흡수재 시편 표면에서 붕소 고착물로 추정되는 물질이 확인됨. 알루미늄 합금 기반재료 내 Al, Mg 산화 및 용출로 인해 국부적으로 수십~수백 μm 정도의 점부식이 다수 확인됨. - (분석결과 시사점) 부식 기간 증가에 따라 감소한 흡수재 무게 및 pit 깊이로 보아 흡수재 표면에서의 B₄C의 탈락 가능성이 확인되었음. 또한, 표면에서 다수 관측된 점부식으로 인한 국부적 중성자 흡수능 저하 현상에 대한 고려가 필요할 것으로 판단됨. ○ Al-B₄C 기반 중성자 흡수재 고온 열화 기구 규명 - 고온 조사손상 모사 및 고온/습윤 가스부식 실험 수행 후 특성 변화 분석결과: • (고온 중이온 조사 후) 매우 낮은 조사손상도 조건 (0.01 dpa)부터 헬륨 버블이 형성되었으며, 조사 온도가 증가함에 따라 헬륨 버블 평균 크기가 증가하고 수밀도가 감소하는 경향성이 관측되었음. 또한, 고온 조건 및 미세구조 내 경계면 (탄화붕소 입자-기반재료 경계면 및 결정립계)에서 헬륨 버블이 더욱 응집하고 성장한 것을 확인하였음. • (조사손상 모사시편 활용 고온/습윤 가스 부식실험 수행 후) 고온 부식 후 헬륨 버블의 평균 크기가 증가하였으며, 특히 경계면에서 더욱 응집하여 성장한 것이 관측되었음. 또한, 고온/습윤 환경 하 흡수재 입계부식 거동이 확인되어 조사손상 누적으로 인한 탄화붕소 입자 주변 다공성 구조에 의해 부식층 성장이 가속화될 가능성을 확인하였음. - (분석결과 시사점) 사용후핵연료 건식저장 초기부터 흡수재 기반재료 내 헬륨 버블 누적 및 성장이 시작될 수 있으며, 조사손상이 흡수재 부식을 가속화하고, 흡수재 부식에서 생성된 수소 기체가 헬륨 버블을 성장시키는 등 복합열화에 의한 흡수재 조기열화 가능성이 고려되어야 함. ○ Al-B₄C 기반 중성자 흡수재 시험 방법론 개선안 검증 - (고온 조사손상 모사시험 필요성 확인) 상온 조사실험 수행 후 열처리를 수행한 선행연구 결과와 비교분석을 통해 뚜렷한 조사손상 거동 차이가 확인되어 고온 조사실험(in-situ high T. irradition) 필요성이 확인되었음. - (시험 방법론 개선안 활용 복합열화기구 모사 가능성 확인) 고온/습윤 부식시험 수행 후 성장한 버블 내에서 알루미늄 부식 반응에서 생성된 수소 기체가 발견되는 등 기존 방법론에서 발견되지 않았던 복합열화 거동이 관측되어 개선안 활용 복합열화기구 모사 타당성이 검증되었음. ❏ 목표 ○ 국내 중성자 흡수재 성능 평가 실험기반 마련 ❏ 내용 ○ 표준물질 제작 및 중성자 흡수능 데이터베이스 구축 - (붕소 (¹⁰B) 면밀도별 표준물질 시편 제작 및 가공) 표준물질(ZrB₂) chunk 제작의뢰 및 구매 후 방전가공(EDM: Electrical Discharge Machining) 공정을 활용하여 시편 절단 및 붕소 면밀도별 시편 생산 - (조건별 표준물질 열중성자 흡수능 데이터베이스 구축) KRISS 열중성자 발생장치를 활용하여 열중성자 투과시험을 수행하였으며, 흡수재 시편 두께에 따른 열중성자 흡수능 변화를 고려하여 표준물질 시편에 알루미늄판을 덧대어 두께별 열중성자 흡수능 측정 결과를 도출하였음. □ 연구개발성과 ○ 정성적 성과 - 사용후핵연료 저장시설 내 Al-B₄C 기반 중성자 흡수재 성능 평가 시험 방법론 개선방안 제시 및 검증 - 국내 입자 가속기 활용 중성자 흡수재 조사손상 모사실험 방안 제시 및 검증 - 사용후핵연료 습식저장조 내 중성자 흡수재 장기 열화 거동 데이터베이스 구축 - 사용후핵연료 건식저장 용기 내 중성자 흡수재 고온 열화 기구 규명 - 국내 Al-B₄C 기반 중성자 흡수재 평가 실험기반 마련 ○ 정량적 성과 - 사용후핵연료 습식 저장조 환경 반영 가속 부식루프 구축 - 사용후핵연료 건식 저장시설 환경 반영 고온 부식루프 구축 - 붕소 함유량별 표준물질 시편 제작 및 열중성자 흡수능 데이터베이스 구축 - 안전기술보고서 (N-STAR): 8편 - SCI 논문: 3편 - 국내·외 학회 논문 발표: 7건 - 원자력 공학박사 배출: 2명 □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ◯ 국내 사용후핵연료 중간저장시설 특성을 고려한 중성자 흡수재 장기 안전성 평가 기준 제시 - 사용후핵연료 습식저장조 내 흡수재 장기 안전관리 및 규제 근거자료로 활용 - 사용후핵연료 건식저장시설 내 흡수재 안전관리 및 규제 근거자료로 활용 ◯ 가동 원전 경년열화관리계획 평가 세부사항 항목에 새롭게 추가된 중성자 흡수재 감시를 위한 평가 시 참고 및 기준자료로 활용 - ¹⁰B 면밀도 및 흡수재 두께별 열중성자 흡수능 데이터베이스 활용 중성자 흡수능정기 평가 수행 ◯ 국내 사용후핵연료 저장시설 확대로 인한 추가 중성자 흡수재 도입 및 중성자 흡수재 국산화 연구수행 시, 흡수재 평가 시험 실험기반으로 활용 ◯ 본 연구실에서 개발된 ‘사용후핵연료 저장조 장기 안전관리용 전산모사 코드’비교·검증자료로 활용 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 안상준
• 주관연구기관 : 울산과학기술원
• 발행년도 : 20250100
• Keyword : 1. 사용후핵연료 저장시설;중성자 흡수재;중성자 흡수능;조사가속부식;장기 안전성; 2. Storage of spent nuclear fuel;Neutron absorber;Neutron absorbing performance;Irradiation-accelerated corrosion;Long-term safety;

비공개항목입니다.

• 연구책임자 : 김광섭
• 주관연구기관 : 한국기계연구원
• 발행년도 : 20240200
• Keyword : 1. 나노구조체;그래핀;태양 복사에너지;능동제어;전기차; 2. Nanostructure;Graphene;Solar Radiative Energy;Active Control;Electric Vehicle;

□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 ○ SMR 핵안보 기술 및 규제 동향분석 ◼ 전체 내용 ○ 국내외 SMR 개발 동향분석 ○ SMR 설계단계 보안(Security By Design) 고려사항 조사 ○ SMR 핵안보(물리적방호, 사이버보안) 기술 동향분석 ○ 해외 SMR 핵안보(물리적방호, 사이버보안) 규제체제 동향분석 ◼ 1단계 ❏ 목표 ○ (정량)3개국 이상의 SMR 핵안보 기술 및 규제체제 동향분석 ○ (정성)국내외 SMR 개발 동향분석 ○ (정성)SMR 설계단계 보안(Security By Design) 고려사항 조사 ○ (정성)SMR 핵안보(물리적방호, 사이버보안) 기술 동향분석 ○ (정성)해외 SMR 핵안보(물리적방호, 사이버보안) 규제체제 동향분석 ❏ 내용 ○ 1차년도 : 국내외 SMR 개발 동향분석 - 국내외 SMR 개발 동향분석 - SMR 설계단계 보안(Security By Design) 고려사항 조사 ○ 2차년도 : SMR 물리적방호/사이버보안 기술 및 해외 SMR 규제체제 동향분석 - SMR 핵안보(물리적방호, 사이버보안) 기술 동향분석 - 해외 SMR 핵안보(물리적방호, 사이버보안) 규제체제 동향분석 □ 연구개발성과 ○ 1차년도 :　국내외 SMR 개발 동향 분석 안전기술 보고서 도출 ○ 2차년도 : SMR 물리적보안 기술 개발 및 규제체제 및 SMR 사이버보안 기술 개발 및 규제체제 분석보고서 도출 □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ○ 활용계획 - 중소형원자로(SMR) 인허가 심사 등을 위한 규제체계 정비 및 고유 규제기술 개발에 활용 ○ 기대효과 - SMR 등 신규 형태의 원자력시설에 대한 핵안보 규제 연구 전략 방안 도출 - SMR 설계단계보안(Security By Design) 고려사항 도출 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 송재구
• 주관연구기관 : 한국원자력연구원
• 발행년도 : 20240200
• Keyword : 1. 규제체제;SMR 핵안보기술;SMR 물리적보안 및 사이버보안;설계단계 보안;안전 및 보안 연계; 2. Framework for regulation;Technology for nuclear security for SMR;Physical security and Cyber security for SMR;Security by design;Safety and security interface;

□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 사고저항성핵연료 장전노심의 안전해석 규제검증기술 개발 - 사고저항성핵연료 전산해석코드 및 규제검증방법론 개발 및 검증 - 사고저항성핵연료를 장전한 원자로의 노심 핵설계 및 설계기준사고에 대한 규제검증방법론 개발 ◼ 전체 내용 노심 설계 및 설계기준사고 규제검증방법론 개발 분야 (1) 사고저항성핵연료를 장전한 원자로의 노심 핵설계에 대한 규제검증방법론 개발 (2) 사고저항성핵연료를 장전한 원자로의 설계기준사고에 대한 규제검증방법론 개발 핵연료 분야 (1) 현재 ATF 개발현황분석에 기반한 ATF 특화 핵연료 파괴메커니즘 및 기존핵연료 안전규제 인자 분석 (2) 이를 기반으로 핵연료코드의 필수 성능 요건 도출 (3) 이를 구현하는 핵연료 전산코드 개발 (4) 개발된 코드를 열수력 및 노심설계 코드와 연계하여 정상상태 및 설계기준사고에 적용하여 고정밀 규제검증방법론 제시 ◼ 1단계 ❏ 목표 - 사고저항성핵연료를 장전한 원자로의 노심 핵설계에 대한 규제검증방법론을 개발하고 이를 반영하여 설계기준사고에 대한 규제검증방법론을 개발함 - 사고저항성핵연료 전산해석코드 및 규제검증방법론을 개발하고 검증함 ❏ 내용 노심 설계 및 설계기준사고 규제검증방법론 개발 분야 Part A: 노심핵설계 A1-1. ATF 개발현황 분석 - ATF 개발(안)별 현황 조사 - ATF 개발(안)에 따른 노심핵설계 영향 분석 A1-2. 규제검증 전산코드체계 설계 - 사업자 노심핵설계 전산코드 체계 분석 - 현행 노심핵설계 규제검증 핵자료집 및 전산코드체계 분석 - ATF에 적합한 노심핵설계 규제검증 핵자료집 및 전산코드체계 수립 - 전산코드 개선을 위한 품질보증체계 보완 A1-3. 노심설계 평가방법론 설계 - 사업자 노심설계 평가방법론 검토 - 검토결과 반영 노심설계 평가 방법의 규제코드 적용성 분석 - ATF 장전 노심을 위한 노심설계 평가방법론 개발 A2-1. ATF 장전 사업자 노심해석 모델 평가 - ATF 장전 천이노심 연소계산 결과 분석 - ATF 장전 주요 핵설계 인자 분석 A2-2. 노심설계 규제검증 기본모델 개발 - SCALE-PARCS를 통한 LTR, LTA 특성 평가 입력 Deck 작성 (Pin 및 Assembly 단위 계산) - 몬텔칼로 방법을 통한 LTR, LTA 특성 평가 입력 Deck 작성 (Pin 및 Assembly 단위 계산) - 상위코드와의 결과 비교검토를 통한 노심설계 규제검증방법론 기본모델 검증 A3-1. ATF 장전 사업자 안전해석 입력자료 평가 - 첨두출력인자 분석 - 미임계 상태에서 제어되지 않은 제어봉인출사고 시 정지반응도 분석 - 주기말 영출력 제어봉이탈사고 시 첨두출력인자 분석 - 냉각재상실사고 평가를 위한 최대 집합체 평균출력 분석 A3-2. ATF 장전노심 노심설계 규제검증방법론 개발 및 검증 - SCALE-PARCS를 통한 Cycle – by –Cycle 입력 Deck 작성(Core 단위 계산) Part B: 노심열수력 및 안전해석 B1-1 ATF 개발 현황 검토 - ATF 원리별 특성 검토 - AFT 원리에 따른 열수력/사고해석 영향 분석 - PIRT 수행 필요성 검토 B1-2 열수력/사고해석 관련 규제검증 전산코드 체계 검토 - 임계열속 규제 검토 방법론 분석 - 원자로수력학 규제 검토 방법론 분석 - 출력분포 영향 규제 검토 방법론 분석 - 노심 열적 반응 규제 검토 방법론 분석 - 원자로냉각재계통 유량 결정 규제 검토 방법론 분석 - 열적여유도 규제 검토 방법론 및 전산코드 체계 분석 - 예상과도운전 규제 검증 방법론 및 전산코드 체계 분석 - 설계기준사고 규제 검증 방법론 및 전산코드 체계 분석 - 확장설계기준사고 규제 검증 방법론 및 전산코드 체계 분석 B1-3 ATF 장전 원자로에 대한 열수력/사고해석 관련 규제검증 전산코드 체계 수립 - 전산코드 개선을 위한 품질보증체계 보완 - 열수력/사고해석 규제검증코드에서 핵연료 및 노물리와의 상호 연계 사항 분석 - 핵연료 및 노물리와의 상호 연계 사항을 고려한 열수력/사고해석 규제 검증 체계 수립 B2-1 ATF 장전 원자로에 대한 설계기준사고 규제검증 기본 모델 개발 - ATF에 대한 열, 질량 및 운동량 전달 모델 자료 입수 및 검토 (설계기준사고 관련) - ATF에 대한 열, 질량 및 운동량 전달 모델의 규제검증 코드 반영 설계 - 기본 모델 예비적용 B2-2 ATF 장전 원자로에 대한 확장설계기준사고 규제검증 기본 모델 개발 - ATF에 대한 열, 질량 및 운동량 전달 모델 자료 입수 및 검토 (확장설계기준사고 관련) - ATF에 대한 열, 질량 및 운동량 전달 모델의 규제검증 코드 반영 설계 - 기본 모델 예비적용 B3-1 ATF 장전 원자로에 대한 설계기준사고 규제검증 방법론 및 전산 입력 개발 - 설계기준 사고 관련 노심 부분에 ATF 관련 핵연료자료 및 노물리 자료 도출 및 관련 입력 개발 - 설계기준사고에 대한 규제검증 방법론 개발 (시범 계산 포함) B3-2 ATF 장전 원자로에 대한 확장설계기준사고 규제검증 방법론 및 전산 입력 개발 - 확장설계기준사고 관련 노심 부분에 ATF 관련 핵연료자료 및 노물리 자료 도출 및 관련 입력 개발 - 확장설계기준사고에 대한 규제검증 방법론 개발 (시범 계산 포함) 핵연료 분야 추진 업무 1: 코팅피복관 핵심 안전규제인자 조사 및 도출 - 현재의 안전규제기준과 코팅피복관에 특화된 안전규제기준을 종합적으로 고려하여 핵연료코드 목표성능과 필요충실도를 결정. - 개발될 핵연료 코드의 품질보증체계 수립. 추진 업무 2: 코팅피복관 구조해석 모델개발 - 2차원 축대칭 코팅-모체 소성변형 모델 개발 및 수치해의 안정성 증진. 다층구조와 복합체화 단층모델의 비교 및 제안. 추진 업무 3: 코팅피복관의 산소 및 코팅물질 확산 및 상변화 모델 개발 - Zr-Cr-O 시스템상에서의 산소 및 크롬 확산 및 상변화를 종합적으로 모사할 수 있는 전산모델 개발 및 실험검증 추진 업무 4: 코팅피복관의 벌루닝 및 파열모델 조사 - 국내외 코팅피복관의 실험결과 조사와 분석에 기반하여 FRAPTRAN-2.0의 BALON-2 모델의 벌루닝 변형율과 파열조건 수정 추진업무 5: FRAPCON/FRAPTRAN 코드 수정 및 거동검증 - 추진업무 2,3,4에서 개발된 개별 모델들을 FRAPCON-4.0 및 FRAPTRAN-2.0에 소스코드 수정을 통하여 반영. 소결체-피복관 기계적 상호작용 모델 개선. 핵연료거동모사 통합검증. - 모델 통합 및 사고저항성핵연료 전산해석코드 개발 추진업무 6: 노심·열수력 코드연계해석 및 규제검증방법론 제안 - 정상운전 및 설계기준사고시 코팅피복관 사고저항성핵연료의 주요 안전규제 인자들을 모사하여 주요안전규제인자 모사성능 확인. 사고저항성핵연료 장전노심을 위한 핵연료 규제검증방법론 개발 □ 연구개발성과 ○ 사고저항성핵연료 전산해석체계 ○ 사고저항성핵연료 예비 안전규제 ○ 사고저항성핵연료 규제검증 방법론 수립 □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 규제적용 - 2022년 시범연료봉으로 장전 예정인 ATF 장전노심 안전성평가에 즉각적 활용 - ATF LTA 및 특정기술주제보고서 등 관련 인허가 심사시 활용 - 사고저항성핵연료 인허가 기술지원을 통한 도입 시기 단축 - 사고저항성핵연료 안전규제 관점에 부합하는 설계 방향 제시 - 가동원전 핵연료 안전성 평가에도 활용 가능 국제화 - ATF 개발자 및 규제자 워킹그룹에 참여하여 결과물 타당성 확보에 활용 기대효과 - ATF 장전노심에 대한 인허가 심사 기반자료로 활용되어 상용화에 조기 기여 - ATF 장전노심에 대한 안전규제검증 기술 국산화로 고유 검증체계 확보 및 기술 자립에 기여 - 신속한 의사결정 제공을 통한 ATF 적기 사용에 기여 - ATF에 대한 거동모사를 통한 설계기술 발전 촉진 - ATF 장전 원자로에 대한 안전해석 원천기술 선점 - 차세대 경수로 노형개발 및 안전규제 지원 - 관련분야 최고급 전문인력 양성 - 핵연료 코드국산화를 통한 미래원천기술을 확보 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 홍순준
• 주관연구기관 : 미래와도전
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 사고저항성핵연료;규제검증방법론;노심핵설계;코팅 피복관;규제검증코드; 2. Accident Tolerant Fuel;Regulatory Audit Methodology;Nuclear Design;Coated Cladding;Audit Computer Code;

□ 연구개요 재생의학에 있어서 줄기세포를 세포치료제로 이용하기 위해서는 면역 적합성의 극복이 필요함. 이를 위해 환자의 세포를 추출하여 체세포 핵치환 또는 유도만능줄기세포를 제작하여 다시 환자에게 이식하는 방법이 가장 보편적으로 알려져 있으나, 이는 자신의 세포를 이용해야하기 때문에 세포치료제로서 일부 제한점이 있음. 본 연구의 목표는 기존의 만능공여자 세포주 구축에 따르는 여러 약점을 보완하기 위해 체세포 핵치환 기술을 이용한 만능공여자 세포주를 구축하여, 분화된 면역세포의 면역회피 기전 및 세포치료제로서의 안전성 검증을 통해 체세포복제 만능공여자세포의 전임상 단계 연구적 가치를 입증하고자 함 □ 연구 목표대비 연구결과 본 연구에서는 B2M 유전자를 표적으로하여 HLA class I 분자의 넉아웃을 통해 동종 T세포의 반응을 유도하지 않는 ‘Off-the-shelf’개념의 면역거부회피를 통해 저면역세포치료제를 개발하고자 연구를 진행하였음. 본 연구는 저면역원성 체세포복제 배아줄기세포를 수립하여 NK세포와 γδ T 세포로 분화를 유도하여 B2M 유전자가 소실되어도 정상적인 면역세포로의 분화 가능성을 제시함. 나아가서, 저면역 만능공여자 체세포복제 배아줄기세포주 수립을 위해 B2M 유전자를 표적으로 하여 HLA class I 분자를 넉아웃하고, 이어서 CIITA유전자를 표적으로 하는 HLA class II transcription factor를 넉아웃 하여, 항생제 처리를 통한 세포주 선발을 진행하였음. 기존의 면역관련 유전자 편집세포주의 체세포복제 배아줄기세포주 수립의 가능성을 높이고자 NMN을 체세포복제배아에 처리하여 배아줄기세포주 수립을 위해 배반포 품질을 향상시키는 연구에 도입하였음. 체세포복제 후 난자에 NMN을 처리하여 각 그룹별로 배반포 갯수, 생성된 배반포의 전체 세포수 및 내부세포괴 갯수의 분석을 통해 체세포복제 배반포 품질을 향상시키는 결과를 획득하였음. 나아가서 기확립된 Class I/II 넉아웃 유전자 편집 세포주를 사용하여 체세포복제시 CD47을 주입하여 다중 유전자 편집 체세포복제 배아줄기세포주 수립을 목표로 연구를 진행하였음. 하지만 의외의 결과로 CD47을 overexpression 시킬 경우 체세포복제 배반포 생성이 높은 효율로 증가되는 것을 확인함. 또한 본 연구의 연장선으로 6주령의 human fetus skin fibroblast cells 분리하여 대량 배양하였으며, 공여자 적합성 평가 완료하였음. 목표대비 결과를 끌어내는 게 순조롭지 않았으나 연구과정 중 의도치 않은 여러 발견을 통해 특허출원을 하고 목표에 가까운 결과를 도출하였음. □ 연구발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 면역결핍 체세포복제 배아줄기세포주 수립 기술은 그동안 만능공여자 배아줄기세포주 구축에 따르는 여러약점들을 보완할 수 있으며, 그 외의 많은 유전자 편집 체세포 복제 배아줄기세포 치료제를 개발하는 데 있어 활용가능성을 기대할 수 있음. 기존의 체세포복제 배아줄기세포주 수립의 장애를 극복하기 위해 발굴한 고품질 체세포복제 배반포 생산 효율인자는 각종 체세포복제 배아줄기세포주 세포치료제 개발에 도입하여 낮은 복제배아 효율을 극복할 수 있는 원천기술 개발로의 활용 가능 (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이아름
• 주관연구기관 : 차의과학대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 체세포복제;만능공여자세포;배아줄기세포;면역세포분화;면역세포치료제; 2. Somatic Cell Nuclear Transfer;Universal Donor Cells;HLA class I;HLA class II;Immune Cells;

□ 연구 목표 및 내용 ○ 최종 목표 본 연구과제는 일본 KEK J-PARC 3 GeV의 1 MW 양성자 빔을 수은 표적에 입사하여 나온 중성미자 데이터 분석을 통해 비활성 중성미자가 존재하게 된다면 반뮤온 중성미자가 24m의 짧은 거리에서 반전자 중성미자로 진동변환 할 수 있고 이는 검출기 안에서 역베타 붕괴과정을 통해 검출하는 실험이다. 대략 20년 전부터 중성미자 결과 값들이 설명하기가 힘든 실험들이 등장했고 비활성 중성미자의 존재 가능성에 대한 첫 번째 실험적 결과는 1998년에 LSND 실험에 의해 보고되었다. 가속기 중성미자 실험인 JSNS^2 실험은 기존의 LSND 실험과 MiniBooNE 실험을 검증하고 더욱 정밀하고 향상된 빔을 이용하여 비활성 중성미자에 대한 탐색 영역을 측정하고자 한다. 또한 중성미자-원자핵 산란단면적 측정 관련 코어 붕괴 초신성 연구와 235.5 MeV 단일 중성미자 빔을 이용한 KDAR (kaon decay at rest) 연구를 통해 기존의 결과를 검증 및 향상시켜 암흑물질 탐색을 목표로 한다. ○ 전체 내용 암흑물질은 암흑에너지와 함께 우주의 잃어버린 질량과 관련된 수수께끼를 풀 수 있는 단서이지만 아직 실험을 통해 직접적으로 확인된 바는 없다. 중성미자 진동실험을 통해 중성미자가 중력과도 상호작용한다는 사실이 알려졌다. 여러 실험에서 세 종류의 중성미자만으로 설명할 수 없는 중성미자 진동 변칙(anomaly)이 보고되고 있다. 이는 암흑물질에서 중성미자의 역할이 중요하다는 것을 의미하고 있으며, 표준모형이 확장될 수밖에 없다는 숙제를 과학자들에게 준 것이다. 그중 JSNS^2 실험은 3 GeV의 1 MW 양성자 빔을 수은 표적에 입사하여 표적 안에서 생성된 파이온이 뮤온으로 붕괴하고 이 뮤온이 정지붕괴 하면서 반뮤온 중성미자를 방출하게 된다. 비활성 중성미자가 존재하게 된다면 반뮤온 중성미자가 24m의 짧은 거리에서 진동변환 할 수 있고 검출기 안에서 역베타 붕괴과정을 통해 검출하게 된다. (1)검출기 시뮬레이션 및 RAT & JADE를 활용한 분석 프로그램 개발 RAT은 보다 정확한 시뮬레이션을 수행할 수 있도록 사용자 지정 가능한 신틸레이터 물리 정보 및 사실적인 PMT 모델을 제공한다. JADE는 펄스 재구성, 이벤트 구축을 제공한다. (2) 중성미자 실험에서 배경사건 연구 JSNS^2 실험에서 IBD 상호작용의 측정된 배경사건은 cosmic-muon, Michel electron, fast neutron, cosmic-gamma가 있다. 각각의 배경사건은 특정한 조건을 통해 선별하여 구할 수 있다. (3) 비활성 중성미자 데이터 획득 및 연구 기존의 세 가지 활성 중성미자에 추가로 비활성 중성미자를 도입하여 질량 고유상태를 통해 PMNS 행렬계산을 한다. 확률 진동 및 중성미자의 이론적인 에너지 스펙트럼을 계산한다. 최종적으로 chi-square distribution을 계산하여 활성 중성미자 세 개와 비활성 중성미자가 한 개인 모델에서 비활성 중성미자가 존재 가능한 영역을 측정한다. (4)중성미자-원자핵 산란 단면적 연구 및 KDAR (kaon decay at rest) 연구 ○ 1단계 ◎ 연구 목표 JSNS^2 실험에서 사용되는 Reactor Analysis Tool (RAT) 또는 RAT-PAC (RAT, Plus 추가 코드)는 GLG4sim 시뮬레이션 패키지를 기반으로 하는 시뮬레이션 프레임이다. RAT은 보다 정확한 시뮬레이션을 수행할 수 있도록 사용자 지정 가능한 신틸레이터 물리 정보 및 사실적인 PMT 모델을 제공한다. RAT을 활용하여 JSNS^2의 검출기 시뮬레이션과 물리 물질 정보를 업데이트할 예정이다. 또한 JSNS^2 JADE를 이용하여 데이터 처리(data processing)를 하는데 여기에는 두 가지 주요 부분이 있다. ① 펄스 재구성(Pulse reconstruction) ② 이벤트 구축(Event building) 먼저 검출기 시뮬레이션 관련하여 작년에 테스트 데이터 획득 작업을 통해 신틸레이터 정보, PMT 정보, 온도 및 습도에 따른 변화 정보, 가속기 파워 및 트리거 관련 정보 등을 토대로 업데이트 중이며 RAT또한 보다 정확한 시뮬레이션을 수행할 수 있도록 사용자 지정 가능한 신틸레이터 물리 정보 및 사실적인 PMT 모델 및 환경에 따른 요인들을 업데이트를 목표로 한다. ◎ 연구 내용 본 연구의 1년차에 해당하는 올해는 검출기 시뮬레이션 및 RAT & JADE를 활용한 분석 프로그램 개발에 대해 연구를 진행하였다. RAT뿐만 아니라 이와 병행하여 JADE를 이용하여 데이터 처리(data processing)도 마찬가지로 펄스 재구성과 이벤트 구축에 영향을 주는 부분을 체크하며 실제 데이터와 비교하면서 업데이트를 진행하고 있다. KDAR 중성미자는 빔 타켓에서 생성되며 우리는 핵 또는 핵자와 중성미자 상호작용에 의해 생성된 뮤온을 검출하는 것을 목표로 한다. JSNS^2 검출기에서 위와 같이 prompt와 delayed의 coincidence로 KDAR 중성미자 상호작용 후보로 검출된다. 여기서 예상되는 백그라운드는 가장 지배적은 배경인 우주선이 포함된 백그라운드와 빔관련 백그라운드이다. 검출기 반응 효과를 이해하기 위해 KDAR 상호작용을 이용하여 시뮬레이션 하였다. KDAR visible energy spectrum은 여러 복잡하고 다양한 nuclear effects 로 인한 다양한 모델이 예측되고 있다. 이와 같은 이유로, 현재 어떠한 실험도 KDAR primary energy spectrum을 확인 하지 못 하였다. 이 연구의 목표 중 하나인 KDAR prompt event의 visible energy spectrum을 측정하여 많은 KDAR의 physics 모델을 비교 분석하였다. ○ 2단계 ◎ 연구 목표 LSND (Liquid Scintillator Neutrino Detector) 실험은 Los Alamos National Laboratory에서 가속기 중성미자 소스에서 생성되는 중성미자 수를 측정하는 신틸레이션 계수기(scintillation counter)이다. 본 연구인 JSNS^2 (J-PARC Sterile Neutrino Search at J-PARC Spallation Neutron Source)실험은 LSND 실험의 검증을 일차적인 목표로 하고 있으며, LSND 실험과 뮤온 붕괴에서 발생하는 중성미자 소스, 액체섬광검출용액을 사용한 타켓 물질, 역베타 붕괴 (IBD:Inverse Beta Decay)과정을 이용한 검출 방법, 선원으로부터 가까운 거리(24m)로 같지만 가돌리늄을 용해한 액체섬광검출용액을 사용하기 때문에 보다 향상된 signal/noise ratio 값을 기대한다. JSNS^2 검출기는 J-PARC MLF (Materials and Life science experimental Facility) 안에 중성미자 선원으로부터 24m의 가까운 거리에 설치되어 있으며 본 연구는 양성자 빔을 이용하여 큰 값의 Δm²영역에서 배경사건의 획기적인 감소를 통해(가돌리늄이 용해된 액체섬광검출용액을 사용 및 고성능의 빔 사용) 향상된 signal/noise ratio와 systematics를 이용하여 Δm² ~eV² 영역에서 비활성 중성미자를 탐색하고자 한다. ◎ 연구 내용 중성미자 실험에서 중성미자 데이터만큼이나 배경사건을 연구하는 것은 매우 중요하다. 실제로 중성미자 데이터를 받으면 얼마만큼 배경사건을 아는지에 따라 그 실험의 정확도가 올라가기 때문에 이를 연구하고자 한다. 가속기 중성미자 실험에서 역베타 붕괴과정을 통해 측정된 배경사건은 cosmic-muon, Michel electron, fast neutron, cosmic-gamma가 있다. cosmic-muon의 경우 검출기 외부 영역에서 charge를 이용한 muon cut 조건을 사용하여 선별할 수 있다. 이때 검출기 외부 영역에서 charge 스펙트럼을 확인하고 E > 200MeV보다 큰 부분을 선택하여 뮤온검출 효율을 계산할 수 있다. 이를 통해 외부 검출기의 윗부분과 아랫부분의 charge 분포에 각각 조건을 주어 cosmic-muon의 이벤트를 계산할 수 있다. 배경사건의 선별 조건은 다음과 같이 요약할 수 있다. ● multiple delayed cut ● external particle rejection ● michel rejection ● stopping muon rejection ● fiducial cut for PSD ● DIN likelihood cut 선별 조건은 빔이 작동할 때 샘플을 얻어 2.256 × 10⁸ beam spills에 적용되었으며, 이는 prompt 후보에 대한 총 비율의 26.8 ± 0.1이 도입되었으며 에너지 스펙트럼 과 vertex를 구하였다. 배경사건을 제대로 측정하기 위해서는 전체 비율을 물리적 요소로 분해해야 한다. 이를 위해 먼저 범 관련 성분이 있는지 확인해야 한다. 동일한 선별 조건에서 빔과 빔 오프 샘플 간의 스펙트럼 비교분석하여 스펙트럼은 에러 범위 내에서 일관되는 것을 확인하였다. 또한 prompt 후보에는 빔 유도 성분이 아닌 우주에서 온 유도 성분만 있는 것을 확인할 수 있다. □ 연구성과 검출기 및 검출기에 들어가는 신틸레이터 및 전자 장비 등에 대한 설치를 완료하고 J-PARC 양성자 가속기 빔을 이용한 테스트 데이터 획득을 실시하였다. 본 연구의 1년차에 해당하는 데이터 획득 분석 프로그램 개발은 JSNS^2 실험에서 검출기에서 RAT을 이용하여 데이터를 생성하고 JADE를 이용하여 이벤트를 재구성하는 프로그램 개발을 완료하였다. 또한 외부환경에 따른 변수 설정 및 검출기 장비의 노이즈 등을 제외한 데이터 획득 분석 프로그램의 업데이트를 주기적으로 하고 있다. 2년차에 해당하는 배경사건을 구하기 위해 beam-induced gamma 배경사건으로 floor gamma로 알려진 이 배경사건은 먼저 beam-induced 중성자는 검출기아래의 콘크리트 해치에서 포획할 수 있으며 여기서 gamma를 생성하는데 beam-induced gamma 배경사건의 비율은 ~160 ± 16Hz 추정된다. 다음으로 펄스 모양 판별(Pulse Shape Discrimination)은 IBD 신호와 fast neutron을 분리한다. fast neutron은 correlated 배경사건으로 PSD의 기능을 향상시키기 위해 검출기 타켓 안 17ton의 Gd-LS에 DIN (Diisopropylnaphthalene)을 용해하였다. Fast neutron과 michel electron을 구별하기 위해 Likelihood method, Convolutional Neural Network 등 여러 방법을 사용해 90%이상 효율을 얻었고 추가적인 개선을 통해 배경사건에 대한 이해도를 높일 수 있을 것으로 기대된다. □ 연구성과의 활용 계획 및 기대효과 가속기 중성미자 실험인 JSNS²는 기존의 LSND 실험과 MiniBooNE 실험을 검증하고 이를 더욱 향상해 비활성 중성미자에 대한 탐색 영역을 정밀하게 측정하고자 한다. 실험 특성상 반뮤온 중성미자가 반전자 중성미자가 변환되는 과정을 측정하기 때문에 통계량은 많지 않지만 배경사건의 비율이 상대적으로 정밀측정하게 되어 보다 향상된 결과를 구할 수 있을 것으로 기대한다. 또한 비활성 중성미자의 측정뿐만 아니라 양성자 빔을 활용하여 중성미자-원자핵 산란 단면적 측정 또한 중심핵 붕괴 초신성 연구에 많은 기여를 할 것이다. J-PARC 양성자 빔은 케이온을 생성할 수 있는 충분한 세기를 가지고 있어서 KDAR (kaon decay at rest) 연구에서 필요한 235.5MeV 단일 중성미자 빔을 만들어 낼 수 있다. 이를 통해 MiniBooNE 실험에서 나온 결과를 검증 및 향상할 수 있어 미래의 중성미자 산란 단면적 실험에 도움이 될 것으로 기대한다. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 여인성
• 주관연구기관 : 동신대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 비활성 중성미자;뮤온 붕괴;역베타 붕괴;액체섬광검출 물질; 2. sterile neutrino;muon decay;Inverse Beta Decay;Liquid scintillation;

□ 연구 목표 및 내용 ○ 최종 목표 본 연구는 은편모조류의 핵 유전체 정보를 이용한 비교유전체 연구 및 phycobilisome 관련 유전자 발굴을 통한 홍조기원 세포내공생 진화 연구를 수행하는데 그 목적이 있다. 최종목표에 도달하기 위해 1) 다양한 색소를 갖는 은편모조류의 무균 배양체 확보, 2) 은편모조류 4종의 전장 유전체 분석, 3) 발현 유전체 분석, 및 4) Phycobilisome 등 색소 관련 유전자를 발굴한다. 분석된 자료를 종합하여, 핵 유전체 해독, 세포내공생 기원 유전자와 외부기원 유전자 이동 등 진화적 근거를 도출하여 은편모조류의 홍조기원 세포내공생 가설을 증명한다. ○ 전체 내용 은편모조류는 단세포성 편모조류로 해양과 담수에 서식한다. 대부분의 은편모조류는 광합성을 하며, 매우 다양한 색소를 갖는다. 색소체는 붉은색, 녹색, 갈색을 띄며, 각 분류군에 따른 뚜렷한 차이를 보인다. 진핵생물에서 다양한 색의 색소체를 갖는 분류군은 은편모조류가 유일하다. 은편모조류는 endosymbiont 기원의 색소체와 핵양체 (nucleomoph) 유전체와 host 기원의 미토콘드리아, 핵 유전체에 유전정보를 가지고 있다. 은편모조류는 홍조류로부터 색소체를 획득하여 2차 세포 내공생 과정으로 기원하였다고 알려져 있다. 특히, 색소체의 4중막 구조와 핵양체의 존재는 2차 내공생 과정으로 색소체를 획득하였다는 확실한 세포 형태학적 증거를 보여주고 있으며, 이들의 색소체 유전정보는 홍조류로부터 기원하였다는 증거를 보여준다. 은편모조류는 진화적으로 광합성 능력을 획득한 이후에 다양한 색소를 갖는 분류군으로 분화하였다. 본 연구는 “은편모조류의 핵 유전체 정보를 비교 분석하여 홍조기원 세포내공생에 의한 진화 과정을 증명하고 다양한 색소 관련 유전자 발굴”하기 위해 기획되었다. 은편모조류의 핵 유전체와 공여자인 홍조류의 유전체 비교분석 연구는 홍조기원 세포내공생설을 유전적으로 증명할 수 있을 것이다. 아울러, 다양한 색소 조성을 갖는 은편모조류의 핵 유전체 비교분석 연구는 색소체 획득 이후 은편모조류의 종분화와 진화적 패턴을 해석 할 수 있을 것이다. 또한 기존에 잘 알려지지 않은 새롭고 다양한 색소관련 유전자 발굴 가능성을 제시하고 있다. 최근 빠르게 발전하는 유전체 분석 기술과 생물학적 정보들의 활용 및 도입은 본 연구를 수행하기에 최적의 시기로 사료되며, 기 확보된 연구 자료의 활용과 선행연구 결과는 본 연구의 최종목표 도달 가능성을 보여주고 있다. 가설 1: 은편모조류 핵 유전체에 홍조기원 유전자가 EGT 과정을 통해 이동하여 암호화 되어 있을 것이다. 방법 1: 은편모조류 핵 유전체와 단세포 홍조류 유전체 비교 분석 기대효과: 은편모조류의 기원과 색소체 획득 진화 과정-홍조기원 세포 내공생 증명 가설 2: 다양한 색소 조성을 갖는 은편모조류의 색소관련 유전자는 핵 유전체에 암호화 되어 있을 것이다. 방법 1: 다양한 색의 은편모조류 핵 유전체 비교 분석: 빨간색/녹색/갈색/무색 은편모조류 방법 2: 다양한 빛 조건 (red/yellow/green)에서 은편모조류의 색소 관련 발현 유전자 비교 분석 방법 3: 색소 관련 유전자, 빌린 유전자, phycobilisome 관련 유전자 탐색 기대효과: 색소체 획득 이후의 은편모조류의 각 다양한 색소조성 분류군으로 진화적 패턴 해석과 색소 관련 유전자 발굴 ○ 1단계 ● 연구 목표 목표 1: 은편모조류 4종의 전장 유전체 분석 목표 2: 은편모조류 4종의 발현 유전체 분석 ● 연구 내용 목표 1: 은편모조류 4종의 전장 유전체 분석 - 기반 유전체 정보 확보 - 무균 배양주 확보, 대량 배양 (4L 이상) - 붉은색 은편모조류 1종 전장 유전체 분석 - 녹색 은편모조류 1종 전장 유전체 분석 - 갈색 은편모조류 1종 전장 유전체 분석 - 무색 은편모조류 1종 전장 유전체 분석 목표 2: 은편모조류 4종의 발현 유전체 분석 - 파장에 따른 발현량 분석 - [빨간색/노랑색/녹색] 빛 조건에서 은편모 3종 (Red/Green/Brown) 배양 - 발현유전체 확보 - 기능 단백질 유전자 정보 구축 ○ 2단계 ● 연구 목표 목표 3: 색소 관련 빌린 유전자 발굴 목표 4: Phycobilisome 관련 유전자 발굴 목표 5: 비교 유전체 분석 및 홍조기원 세포내공생 검증 ● 연구 내용 목표 3: 색소 관련 빌린 유전자 발굴 - 색소 조성에 따른 발현 정도 DEG 분석 - 색소 관련 유전자 발굴 :phytochrome, carotenoids 관련 - 은편모조류 4종의 색소 관련 유전자 비교분석 목표 4: Phycobilisome 관련 유전자 발굴 - APC(Allophycocyanin), PE(Phycoerythrin), PC(Phycocyanin) 관련 유전자 발굴 - 홍조기원 Phycobilisome 관련 유전자를 통한 은편모류의 세포내공생 검증 목표 5: 비교 유전체 분석 및 홍조기원 세포내공생 검증 - 은편모조류의 핵으로 전이된 홍조기원 유전자 탐색 - 핵 유전체 자료를 이용한 홍조기원 생물의 계통 진화 추론 □ 연구성과 1) 은편모조류 4종의 전장 유전체 분석 - 기반 유전체 정보 확보 - 무균 배양주 확보, 대량 배양 (4L 이상) - 붉은색 은편모조류 1종 전장 유전체 분석 - 갈색 은편모조류 1종 전장 유전체 분석 - 녹색 은편모조류 1종 전장 유전체 분석 - 무색 은편모조류 1종 전장 유전체 분석 2) 은편모조류 4종의 발현 유전체 분석 - 파장에 따른 발현량 분석 - [빨간색/노랑색/녹색] 빛 조건에서 은편모조류 4종 배양 - 발현유전체 확보 - 기능 단백질 유전자 정보 수집 - SCI급 논문 출판 3편 (주저자), 2편 (공동저자) - 국내외 학술대회 발표 □ 연구성과의 활용 계획 및 기대효과 본 연구는 세포내공생에 의한 생물의 기원과 진화를 이해하기위한 적합한 연구주제로 순수기초분야 뿐만 아니라, 보다 신뢰할 수 있는 유전자 정보 기반 확보 및 다양한 응용 연구를 위한 생물 소재 자료를 제공 할 수 있는 계기가 될 것이다. 1) 기술적 측면 ● 미세조류에 적합한 생물정보학 분석 기술의 확립과 인프라 구축 ● 유전체 분석, 유전자 발굴 기술 인프라 구축 2) 경제, 산업적 측면 ● 미세조류 유전자원 확보 ● 새로운 자원 발굴 및 미세조류 자원 활용을 통한 생명공학적 신산업군 창출 ● 다양한 색소 생산 생물 소재 제공 ● 다양한 환경에 적응관련 유전자 정보 활용 관련 산업 분야에 기초자료로 제공 3) 환경/생태적 측면 ● 적조생물 저감 제어를 위한 유전 정보 활용 ● 친환경 자원 활용산업 및 바이오그린 에너지용 모델 활용 4) 학술적 측면 ● 유전체 정보 기반 유전자 서비스 제공 및 확보 ● 생물 유전체 정보 수집 및 유전자 정보 축적 ● 광합성 진화 모델 생물 구축 및 광합성 생물 진화 연구분야 선점 ● 새로운 물질 발굴 및 물질 대사 과정 정보 제공 5) 다양한 생물 맞춤 유전체 분석 프로그램 개발 ● 기존에 국한된 모델 생물 또는 박테리아 자료에서 벗어난 새롭고 다양한 진핵생물 유전체 자료를 활용한 생물 맞춤 분석 방법 개발 6) 국제 연구 네트워크 형성 및 국제 협력 ● 미세조류 유전체연구와 유전자 정보 활용은 국내외에서 도입 단계에 있음. ● 국내외 네트워크를 통해 미세조류 유전체 연구 선점 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김종임
• 주관연구기관 : 충남대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 은편모조류;진화;세포내공생;비교유전체;계통유전체; 2. Cryptophytes;Evolution;Endosymbiosis;Comparative genomics;Phylogenomics;

□ 연구개요 본 연구는 선행 연구로부터 입증된 플라즈마 쌍극자 진동 (PDO)의 전자기파 발생 기작이 랩-우주 플라즈마 분야 중 우주 플라즈마 환경의 라디오 폭발 발생 기작(SBR, FBR)과 매우 유사한 것을 확인하였다. 이를 바탕으로 PDO를 유력한 SBR, FBR등의 라디오 폭발 메커니즘으로 정립하고자 하였고 동시에 PDO의 전자기파 방출 효율 극대화 연구를 진행하여 차세대 테라헤르츠 광원으로서 개발하는 것을 목표로 한다. □ 연구 목표대비 연구결과 ● 새로운 편광 전자기파 발견 - 외부자기장이 걸리지 않은 경우는 평행 편광파만 발생하였으나, 외부자기장이 걸렸을 때 평행 편광 파뿐만 아니라 수직 편광파도 발생함. ● 새로운 배광곡선 패턴 발견 - 평행 편광 파의 경우 자기장이 걸리지 않은 경우와 같이 쌍극자 배광곡선 패턴을 나타내었으나, 수직 편광 파는 사중극자 배광곡선 패턴을 나타냄. ● 필드 이온화를 통한 PDO 생성을 2차원 전산모사로 수행하여 중성 기체에서도 PDO가 생성됨을 확인함. ● PDO가 약하게 자화되면 H-mode가, 강하게 자화되면 X-mode cut-off가 발생됨을 알 수 있었음. ● 강한 PDO와 약한 PDO 간의 라디에이션 트랜스포트가 발생함을 2차원 전산 모사를 통해 확인함. Double PDO 간의 커플링으로 인해 플라즈마 주파수의 기본 모드가 split 되는 것을 확인하였음. ● 1차년도에 구축한 고차 멀티플 이론과 전산 모사 결과를 비교하여 이론과 잘 일치함을 확인함. 이를 통해 우주 플라즈마 환경에서 상대론적인 세기의 PDO가 2^nd harmonics 및 3^rd harmonic이 충분히 결맞은 전자기파를 발생시킴을 알 수가 있었음. ● PDO의 방출 효율 극대화 연구를 수행하여 기존의 10^-3 에 머물러 있던 방출 효율을 2~3배 높인 0.26% 정도의 효율을 얻었다. 이는 보편적인 레이저-플라즈마 기반의 테라헤르츠 광원 대비 높은 효율이라고 할 수 있음. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 본 연구개발성과를 잘 활용한다면 앞으로 서서히 부상하고 있는 연구 분야인 랩-우주플라즈마 분야를 선점할 수 있을 것으로 보며, 특히 레이저 펄스 충돌을 이용한 랩 스페이스 연구는 기존에 없던 새로운 랩 스페이스 연구의 방법론으로 부각될 수 있다. 또한 기존 목표의 부산물로 PDO의 라디에이션의 효율을 극대화하는 연구가 같이 수반되어 높은 전환 효율을 얻어 낼 수 있다면 이를 활용하여 차세대 레이저-플라즈마 기반의 테라헤르츠 광원으로도 활용이 가능할 것으로 본다. 기존의 레이저-플라즈마 기반의 테라헤르츠 광원은 플라즈마 내부에서 빠져나오는 라디에이션 에너지가 낮고 광대역 스펙트럼이 대다수였으나, PDO의 경우는 협대역이면서 동시에 고출력의 테라헤르츠 펄스 에너지를 뿜어낼 수 있다. 이러한 PDO의 특성은 펌프-프로브 실험 및 테라헤르츠 가속기 분야에 매우 적합하며 활용도가 높을 것으로 전망한다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 허민섭
• 주관연구기관 : 울산과학기술원
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 플라즈마진동자;결맞은 전자기파;랩우주플라즈마 물리;라디오폭발;플라즈마; 2. Plasma dipole oscillator;Coherent radiation;lab space physics;Radio Burst;Plasma;

□ 연구개요 • 본 연구에서는 백내장의 진단 지표인 수정체의 이상 정도를 조기에 체크하고, 백내장 치료 시점을 정확하게 예측하기 위해 초음파의 음향 방사력을 이용해서 수정체의 혼탁 및 경화 정도를 정밀 진단 할 수 있는 핵심 기술을 개발함. 이를 위해 조직의 탄성을 측정할 수 있는 초음파를 이용해서 수정체의 혼탁 및 경화 정도를 측정 할 수 있는 새로운 메커니즘을 개발하고, 본 연구팀이 확보한 분할 초점 초음파 프로브 기술을 수정체 탄성 진단에 적용 시켜 개발된 메커니즘의 성능최적화를 통해 백내장 진단시 실시간으로 수정체 상태 정보를 제공 하는 것을 목표로 함. □ 연구 목표대비 연구결과 • 초음파 탄성 기반 수정체 혼탁 및 경도 측정 메커니즘 개발을 위해 초음파 기반수정체 혼탁 기전 연구를 수행한 결과, 수정체의 혼탁 및 경화에 의한 변화를 일반적인 초음파 B-mode (brightness mode)로 검출하기 어려움을 확인함. 이에 탄성 영상의 일종인 음향방사력 기반 임펄스 (impulse) 초음파 영상 (acoustic radiation force impulse, ARFI) 영상을 구현해서 수정체의 경도 변화를 성공적으로 측정 했으며, 성능 최적화를 위해 분할 초점 초음파 변화자 기반 위상 반전 기술 및 컴파운딩 기술을 사용해서 화질을 크게 개선시킴. • 위상 반전 및 컴파운딩 기술 기반 수정체 혼탁 및 경도 측정용 초음파 프로브 개발을 위해 5 MHz 및 10 MHz의 분할 초점 초음파 프로브를 설계하고, 시작품을 제작함. 제작된 초음파 프로브를 사용해서 수정체의 혼탁 및 경도 측정을 위한 ARFI 영상을 성공적으로 획득했으며, 초음파 B-mode 영상이 제공 할 수 없는 수정체의 biomechanial 한 특성을 제공함을 확인함. 특히, 특수 설계된 fixture를 사용해서 분할 초점 초음파 프로브의 제작 공정을 최적화시킴. • 초음파 탄성 신호 향상을 위한 펄스 압축 신호처리 알고리즘 및 모듈 개발을 위해 분할 초점 초음파 프로브에 적합한 Chirp신호 및 비정합필터를 사용한 알고리즘을 개발함. LabVIEW 프로그램 기반으로 안구의 전체 영상을 구현함으로써, 수정체의 혼탁 및 경도 측정이 가능한 모듈을 구현함. 개발된 메커니즘, 프로브, 신호처리 알고리즘, 모듈 통합 후 연동 시험을 수행하고 유의미한 결과를 획득함. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) • 초음파 음향 방사력 기반 탄성영상을 이용한 수정체 혼탁 및 경도 측정 핵심 기술들은 초음파 기반 백내장 진단 시스템 개발의 가능성을 크게 높였기 때문에 추후 추가적인 정량적 수치화 연구, 안정성 연구, 그리고 in-vivo 실험등을 통해서 보다 진단의 신뢰성을 높일 필요가 있음. 이후, 기술 이전을 통한 신제품이 출시되면 기존 안질환 측정 의료기기 시장을 잠식 할 수 있으며, 새로운 시장 개척도 가능 할 것으로 사료됨. 환자의 불편함을 최소화 하고, 진단 시간을 획기적으로 줄이며, 정확도를 향상 시킬 수 있는 본 기술은 병원용 벤치 타입 뿐만 아니라 휴대용 의료기기에 응용되어 제품화가 가능함. • 압전소자 분할 초점 기법을 이용한 고성능 프로브 제작 기술은 안과 외에 일반적인 진단용 고주파수 초음파 프로브 및 고강도 집속 초음파 치료용 프로브 등과 같이 다양한 초음파 응용 분야에 적용될 수 있으므로 관련 산업 성장 및 초음파 프로브 산업의 기술적인 경쟁력 확보가 가능함. • 초음파 탄성을 이용한 수정체 혼탁 및 경도 측정 기술은 환자에게 통증이나 긴장감 같은 불편함을 덜어주고 진단 시간을 크게 줄여주며, 정확도를 높일 수 있기 때문에 효율적인 백내장 진단을 가능하게 해주고, 적절한 치료 시기 선정에 기여가능 하므로 국민 건강 증진에 이바지 할 수 있음. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 정종섭
• 주관연구기관 : 동국대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 초음파;프로브;탄성;백내장;수정체; 2. Ultrasound;Probe;Elastography;Cataract;Lens;

□ 연구개요 ○ 중이온가속기에서 만들어지는 희귀한 동위 원소들은 자연계에 존재하는 원소들의 기원을 규명하고우주에서 발생하는 다양한 천체현상을 이해하는데 필요한 단서를 제공해 준다. ○ 하지만, 중이온가속기에서 만들어지는 희귀동위원소들의 생성단면적은 매우 작기 때문에 입사 빔과 표적간의 최적의 조합 및 입사에너지를 결정하는 것이 중요하다. ○ 따라서, 본 연구에서는 다중핵자 전송반응 (Multi-nucleon transfer reaction)을 잘 묘사하는 dinuclear system (DNS) 모델 및 Langevin equation을 기반으로 한 모델을 이용하여 다양한 희귀동위원소들의 생성단면적을 예측하고자 한다. □ 연구 목표대비 연구결과 ○ 당초 목표였던 N = 126 근처에 있는 희귀동위원소 생성 연구, 초중핵 생성 연구를 완료하지 못했지만, 그중 일부 희귀동위원소 생성 연구를 알파 전이 반응을 통해 수행하고 논문을 작성중이다. ○ Deformed relativistic Hartree–Bogoliubov theory in continuum (DRHBc) 모델을 활용하여 핵반응 연구에 필요한 핵구조 성질 (binding energy, nucleon separation energy, quadrupole deformation, neutron and proton Fermi surfaces energy, root-mean-square (rms) radii of neutron, proton, matter and charge, distributions of neutron and proton)과 관련된 연구를 수행하였다. ○ DRHBc 모델을 활용한 핵구조 연구를 통해 여러 편의 논문을 출판하였다. ○ 본 과제는 여러 편의 SCI 논문을 출판함으로써 충분한 연구성과를 이룬 것으로 생각되며, 본 과제의 성과로 이루어진 결과를 바탕으로 앞으로의 연구성과가 더욱 기대된다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ○ 본 연구를 통해 희귀동위원소 빔을 이용한 다양한 중이온 핵반응 뿐만 아니라 핵천제 반응 연구가 가능하며 국내에서 이루어지고 있는 중이온가속기 실험의 이론적 배경을 줄 수 있다. ○ 이론 및 실험데이터를 수집하는 과정에서 라온을 활용한 초기 실험 설계에 중요한 단초를 제공할 것이다. ○ 희귀동위원소들의 생성단면적은 매우 작기 때문에, 최적의 빔과 표적의 조합 및 입사에너지를 예측함으로써 효율적인 실험이 될 수 있도록 기여할 것으로 기대된다. ○ 무거운 원소들의 생성 기원을 규명하는데 중요한 역할을 하는 r-process 반응의 과정을 이해하는데 도움을 줄 것이다. ○ 초중핵 영역의 아직 밝혀지지 않은 새로운 원자핵을 합성할 경우, 어떤 과정을 통해 합성이 가능한지에 대한 중요한 열쇠를 제공할 것으로 본다. ○ 라온에서 앞으로 수행 될 다양한 저에너지 핵반응 실험, 불안정한 핵의 구조 연구 등 다양한 연구에 기여함으로써 라온 연구 시설의 과학적, 경제적 가치를 극대화 하는데 이바지할 수 있을 것으로 기대된다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 문명환
• 주관연구기관 : 숭실대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 중이온가속기;희귀동위원소;다중핵자전송반응;초중핵;쌍핵모델; 2. Heavy-ion accelerator;Rare isotopes;Multi-nucleon transfer reaction;Super heavy element;Di-nuclear system model;