□ 연구개요 수막종은 성인에서 가장 흔한 원발성 뇌종양이며 세계 보건기구 조직 병리학 적 기준 (WHO 1 등급) 에의해 대부분 양성으로 간주됩니다. 현재 의료 영상은 수막종을 포함한 CNS 종양의 감별 진단 및 치료 계획에서 근본적인 역할을 합니다. 작고 안정적이며 양성인 수막종으로 판단되면 긴 추적 기간 동안 관찰되는 대기 및 관찰 방법이 이상적이며 비용을 절약 할 수 있는 옵션이 될 수 있습니다. 반면, 크기가 작더라도 성장 속도가 빠르거나 유전형 검사에서 악성 종양이 의심되는 경우 조기 수술 절제를 적극 권장합니다. 수술의 대안으로 방사선 요법이 수막종의 1차 치료로 수행되기도 합니다. 방사선 요법은 종양이 시신경 수막종과 같은 중요한 신경이나 혈관에 너무 가까워서 일부 절제 할 수 없는 경우, 환자의 수술에 대한 걱정, 혹은 환자의 열악한 건강 상태에 대한 우려로 인해 수술을 받을 수 없는 경우에 종종 시행됩니다. 또한 수막종이 불완전하게 제거되었거나, 높은 등급 및 재발성 종양의 경우, 방사선 요법은 대부분 남아있는 종양 세포를 파괴하고 성장이 재발하는 것을 방지하기 위한 보조 요법으로 수행됩니다. 종양의 영상 특성은 정량적 및 정성적 측정을 사용하여 설명할 수 있습니다. 새롭게 떠오르는 분야 인 Radiomics는 고차원 이미지 정보를 여러 계산 알고리즘을 통해 풍부한 수학적 데이터로 변환합니다. Radiomics는 활발한 임상 사례에 대해서 자동적이며, 재현이 가능하고 및 오류가 없는 평가를 촉진하는 영상 지도를 만들기 위해 대규모 이미징 기능을 활용하는 데 초점을 맞춘 새로운 정량 이미징 분야입니다. 상대적으로 제한된 인간의 시각적 관찰에서 주관적이고 정성적인 해석보다는 영상 데이터를 해석하는 객관적이고 정량적 인 접근 방식을 제공합니다. 이에 비해 영상학적 특징은 영상의학과 전문의가 시각적으로 평가하는 종양 특성 (예: 신호 강도, 뼈 침습, 괴사)입니다. 실제로 영상 분석을 통해 생성되는 엄청난 양의 정보는 시각적으로 인식 할 수 없는 조직 병리학 적 종양 정보에 대한 영상학적 정보를 제공하며 진단, 치료 및 예후에 적용할 수는 기술적 기반을 제공합니다. 우리가 아는 한, 영상 또는 조직 특성 분석을 기반으로 뇌수막종에서 방사선 치료 후 변화를 평가한 연구는 지금까지 보고 된 바가 없습니다. 우리는 일반적인 조영 증강 MRI를 기반으로 방사선 치료 후 수막종의 영상학적 정보 및 영상 특성 변화를 조사하려고 합니다. □ 연구 목표대비 연구결과 관찰군과 방사선 치료군 두 그룹 사이의 수막종의 최대 면적과 직경의 방사선학적 차이는 통계적으로 유의했습니다. 방사선 치료군에서 종양이 감소했습니다. 훈련 세트에서 총 241개의 시리즈와 1691개의 라디오믹스 특징이 추출되었습니다. 단변량 분석에서 24개의 라디오믹스 특징이 두 그룹 간에 유의하게 달랐습니다(P<0.05). 최상의 하위 집합(subset)은 AUC가 0.87인 original-based feature 1개, fisr-order based feature 3개 및 wavelet based features 6개로 다변량 분석에서 유의미한 차이(P < 0.05)를 나타냅니다. 모델을 적용했을 때 AUC는 training set과 validation set에 대해 각각 0.76과 0.79였습니다. 수막종의 경우 방사선 치료 후 더 나은 크기 감소를 기대할 수 있다. MRI를 이용한 라디오믹스 모델은 방사선 치료 후 radiomic features에 상당한 변화를 보였습니다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 1) 기대효과 수막종에 대한 방사선 치료는 양성 수막종 (WHO grade 1)에 대한 크기억제에 효과가 있으나 anaplasticor malignant meningioma에 대해서는 크기 억제에 대한 효과는 크지 않을 확률이 놓으며 방사선 치료의 전후의 영상정보 특성은 wavelet-LLH, original shape, wavelet-LHL등의 변화 및 방사선학적 특징 변화는 대체로 크기 감소 및 조영 증강의 감소 등으로 예상됩니다. 2) 활용방안 방사선 치료 후 유의미한 차이를 보이는 방서선 정보 (Radiomics) 와 영상의학적 특징 (Radiologic appearance)을 확인함으로써 수막종의 치료효과를 예측하는 biomarker을 찾고자 합니다. 이 biomarker가 필요한 이유는 수막종의 치료전후의 조직검사가 용이하지 않기 때문이다. 추후에 biopsy결과가 있는 것과 방서선 정보(Radiomics) 와 영상의학적 특징을 비교하는 추가 연구가 필요할 것으로 사료됩니다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김은수
• 주관연구기관 : 한림대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 라디오믹스;수막종;방사선치료;영상의학;자기공명영상; 2. Radiomics;Meningioma;Radiation therapy;Radiology;MRI;

비공개항목입니다.

• 연구책임자 : 박인덕
• 주관연구기관 : 한국기계연구원
• 발행년도 : 20240200
• Keyword : 1. 수중 레이저 가공;레이저 유도 붕괴 분광 분석;수중 레이저 절단 헤드;레이저 광학 모듈;레이저 제염; 2. underwater laser processing;under water laser cutting head;laser induced breakdown spectroscopy;laser optical module;laser decontamination;

□ 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;

▣ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 □ 생체 방사선 피폭에 대한 정량적 피폭량올 기존의 방법이 아닌 새로운 분광학적 방법 중 라만 분광학올 활용하여 비침습적, 비파괴적으로 실시간 진단할 수 있는 생체 방사선 피폭 진단 센서를 개빌하고자 함 □ 본 센터가 보유하고 있는 방사선 조사기와 라만 분광기를 비롯한 공동활용기자재를 이용하여 방사선 노출 전·후의 생체 변화 감지가 가능한 새로운 분석법올 제시하고, 실용화하여 방사선 종사자들의 일상 점검 및 라돈올 비롯한 생활 방사선 피폭 유무를 조기에 진단할 수 있는 센서를 개발하고자 함 ◼ 전체 내용 본 연구에서는 분광학적 방법올 통하여 의료 전문가의 참여로 인한 생체 샘플 채취 과정이나 기존의 진단 장비를 통한 장시간의 결과 도출 과정이 없는 비침습적이고, 비파괴적으로 방사선 노출에 대한 생체 손상 실시간 진단올 위한 고감도 분석기술올 개빌하고자 함 □ 신속 정확한 방사선량 측정올 위한 지표 발굴: 방사선량 측정용 지표 발굴올 위해 방사선량 및 조사 빈도에 따른 정상 세포와 피폭 세포 간의 손상 정도를 라만 및 SERS 스펙트럼 측정하여 비교 분석 □ 새로운 피폭 방人버량 측정 지표 검출 방법 개발: 방사선 노출 시 생성되는 세포 별 활성산소종(Reactive Oxygen Species, ROS)의 라만 및 SERS 스펙트럼올 측정하여 분광학올 이용한 활성산소종 정량 표준화 시스템 구축 □ 동물 모델에서의 방사선량 진단 센서 개발: 방사선 노출에 따른 동물 모델 반음 평가 및 단백질 구조 변하를 분석. 라만 및 SERS 분석법올 적용하여 동물 모델에서의 방사선량 피폭 진단 센서 개발 ▣ 연구개발성과 □ 세포별로 방사선 조사에 따른 autophagy 유도 및 reactive oxygen species (R0S) 발현이 다르지만, 선량 증가에 따라 증가함올 확인함. 또한 라만 스펙트럼 올 통해 R0S 발현과 지질이 연관됨올 확인함 □ 방사선 조사 전·후의 생체 지표 표준화를 위해 방사선 조사로 인한 각질세포와 멜라닌세포의 지질 과산화 정도 비교 분석, 세포 노화 신호 전달 관련 단백질 검출, 각질 세포 구성 단백질의 라만 스펙트럼 분석하였음. 결과적으로 지질 변화를 생체 지표로 활용 가능함올 확인함 □ 동물 모델에서의 방사선량 진단 센서 개발올 위해, 방사선에 피폭된 쥐의 골수 세포와 피부 조직올 분석함. 라만 스펙트럼 분석 결과 생존율 감소가 DNA/RNA의 감소와 선형 관계로 나타남올 확인함. 또한 피부 조직의 변화를 외피와 내피로 나눠 분석하였으며, 5 Gy 이상에서 뚜렷한 징후가 나타남올 확인하였고, 콜라겐과 지질의 변화로 방사선량 피폭 진단의 마커로 사용할 수 있음올 확인함 ▣ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 □ 방사선 조사 전·후의 변화를 검출 할 수 있는 비파괴적·비침습적 새로운 방법에 대한 기초 지식 제공 □ 본 센터에 집적화된 방사선조사기와 분광분석장비/생물학적 분석장비/환경·에너지소재 연구 장비 등의 효율적·체계적 공동활용올 통해 수준 높은 연구성과 달성 □ 본 연구 과제의 성공적인 수행으로 바이오-나노 분석 화학 분야의 국제 연구 경쟁력 강화에 기여 □ 방사선조사기와 집적화된 분광분석/생물학적 분석 장비를 활용한 다학제간 공동 연구 활성화로 나노분광학 및 방사선의과학 연구성과 극대화 □ 본 연구의 성공적인 산학 공동 연구 수행으로 현장에서 바로 검출 가능한 이동식 라만 분광기용 진단 장비 개발에 기여 □ 세계적 수준의 방사선 융복합 연구 장비 활용 공동 연구 거점 역할올 통하여 방사선 연구 분야 역량 강화에 기여 □ 라만분광학 및 SERS 분광학올 이용한 새로운 유형의 방사선 검출 기술 개발에 따라 시장 점유율 증대 및 고부가가치 참출 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 박연주
• 주관연구기관 : 강원대학교
• 발행년도 : 20240500
• Keyword : 1. 라만분광학;방사선;진단센서;비침습적;실시간진단; 2. Raman spectroscopy;Radiation;Diagnostic sensor;Non-invasive;Real-time detection;

□ 연구개요 골격 발생 과정 동안 연골세포 및 뼈모세포분화를 조절하는 NFI-C 유전자를 이용하여 1) NFI-C 과발현생쥐의 골격 이형성증 표현형을 분석하고, 2) 골격 이형성증을 유발하는 NFI-C 과발현생쥐를 이용하여 골격 발달 과정동안 NFI-C 유전자와 다양한 골격 이형성증 유발 전사인자 및 성장인자 사이의 상호작용 기전을 밝히며, 3) 중간엽세포에서 시기 특이적으로 NFI-C 발현을 조절할 수 있는 생쥐를 제작하여 뼈 및 연골 발생 동안 NFI-C에 의한 골격 이형성증 유발 기전을 규명하여 궁극적으로이연구 결과를 골격 이형성증 진단 및 치료제 개발에 응용하고자 함. □ 연구 목표대비 연구결과 1. 연구목표 ● NFI-C 과발현생쥐의 골격 이형성증 표현형 변화 분석 ● NFI-C 과발현생쥐의 골격 이형성증 유발 기전 연구 ● 중간엽세포에서 시기 특이적으로 NFI-C 발현을 조절할 수 있는 생쥐 제작 및 분석 2. 연구결과 ● NFI-C 과발현 생쥐는 사지 발달과 머리뼈 형성에 이상을 초래한 것이 사람의 페인골드(Feingold, 팔다리의 길이가 짧고, 손가락과 발가락의 길이가 짧아지고, 소두증을 가지는 유전병)) 증후군과 유사한 표현형을 보여주었음. ● NFI-C 과발현 생쥐의 넙다리뼈와 머리뼈는 정상 생쥐와 비교하여 뼈 밀도가 감소 되어 있었음. ● 또한 성장판의 크기가 감소 되어 있었으며 이는 성장판의 proliferating zone이 현저히 감소 되어 있었음. ● NFI-C 과발현 생쥐의 연골모세포와 뼈모세포에서 이들 두 세포의 분화 마커 유전자들은 정상과 비교하여 현저히 감소된 것을 확인하였음. ● NFI-C가 과발현된 생쥐의 연골세포에서 페인골드 증후군을 유발하는 Mycn1 유전의 발현이 현저히 감소되어 있었으며, 또한 골격 이형성증 유발에 관여하는 TGF-β, Fgf family 유전자 발현 또한 감소된 것을 확인함. ● TertR/NFI-C 생쥐는 NFI-C 유전자가 발현되지 않은 상태로 태아기와 출생 후 정상 생쥐와 같은 표현형을 나타내었으며, 관련 유전자 또한 변화를 나타내지 않았음. ● 그러나 임신 중인 TertR/NFI-C 생쥐에 타목시펜을 새끼가 태어날 때까지 처리하였을 때 태어난 생쥐는 NFI-C 과발현 생쥐와 같은 표현형을 나타내었음. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ● 새로운 골격 이형성증 유발 유전자의 기전을 규명함으로써 임상, 기초, 및 중개 연구에 귀중한 리소스를 제공할 수 있음. ● 골격 이형성증 기전에 대한 의약학 관련 학문에 관련 지식을 제공 ● 골격 이형성증의 중요한 병태 생리 기전을 타겟으로 골격 이형성증 진단 방법 및 치료제의 타겟 개발에 활용 ● 골격 이형성증 진단 및 치료에 따른 개인적, 사회적 부담 절감 ● 환자와 그 가족에게 중대한 긍정적인 삶의 변화에 대한 진정한 희망을 제공 (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이동설
• 주관연구기관 : 서울대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 골격이형성증;엔에프원시;연골;뼈;과발현; 2. Skeletal dysplasia;NFI-C;Cartilage;Bone;Over expression;

□ 연구개요 - “망간 기반의 유-무기 하이브리드 신소재 ”를 사용하여 엑스선 에너지 영역에 대한 신틸레이터 특성과 메커니즘을 분석한다. - 망간 기반의 유무기 합성을 통한 균일한 필름을 제작하여, 엑스선 에너지에 따란 엑스선 이미지를 구현한다. -본 과제에서 제안하는 소재는 신소재로, 다양한 형태의 필름 제조를 가능하게 하며 고성능 신틸레이터 관련 기술을 확보한다. □ 연구 목표대비 연구결과 연구 목표(1차년도): 유무기 하이브리드 소재 합성 및 특성 연구 연구 내용 및 결과 : - 조성물을 조절함에 따라 다양한 발광 파장 역역대의 발광 특성 물질 확보 - 긴 노출시간이 필요하며 안정성 확보 - 반응 속도가 빠른 무기물 나노 소재, 발광 효율이 높은 유기물 접합을 통한 다양한 엑스선 에너지 영역에서의 우수한 발광 확인 연구 목표(2차년도): 하이브리드 신틸레이터 박막 공정 및 메커니즘 연구 연구 내용 및 결과 : - 균일한 신틸레이터 박막 제작 공정 연구 - 장시간 노출에 따른 성능 저하 특성 보안 연구를 통한 최적화 - 자외선 및 엑스레이 조사시 (irradiation), 발광 특성 분석 및 에너지 전달 메커니즘 연구 연구 목표(3차년도): 고성능 신틸레이터 응용 기술 확보 연구 내용 및 결과 : - 최적화된 유무기 하이브리드 소재와 공정 조건을 이용한 엑스레이 및 방사선 분야 활용이 가능성 확보 - 플렉시블한 고효율 신틸레이터 응용 연구 - 엑스선 에너지에 따른, 이미지 측정 및 특성 분석 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) -유무기 하이브리드에 사용되는 소재는 신물질로 구성되어있으며, 신틸레이터 합성 및 분석을 통한 기술 확보 및 응용이 가능 -본 연구를 통해 얻은 소재, 공정, 기술 등은 논문 게제 외에 국내외 특허 출원 및 등록을 진행할 계획 -현재 상용화 되어 있는 신틸레이터의 제한된 물질 및 구조를 보완함으로써 활용 분야의 경쟁력 향상에 도움이 될 것을 기대 -메커니즘을 확립함으로써 관련 분야의 연구에 발전에 활용될 것을 기대 -차세대 엑스레이 분야에 적용이 가능함으로써 국내외 경쟁력 발전이 될 것을 기대 (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 조상은
• 주관연구기관 : 동국대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 신틸레이터;고에너지 발광물질;물질 공정;다기능 박막; 2. scintillator;High energy luminescent material;Material process;Multifunctional film;

□ 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;

비공개항목입니다.

• 연구책임자 : 임평옥
• 주관연구기관 : 대구경북과학기술원
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 잎 발달;핵;엽록체;순방향 신호전달;역방향 신호전달; 2. Leaf development;Nucleus;Chloroplast;Anterograde signaling;Retrograde signaling;

□ 연구개요 1. 매우 높은 자기장 아래에서 QSL 상태의 변화 연구 2. 위치 희석에 의한 순수 키타에프 양자 스핀 액체 탐구 3. 3차원 스핀 그물 시스템 Cu₃TeO₆과 일차원 양자 자성 물질 NiTe₂O₅의 국소적 저온물성과 자성 측정을 위한 ¹²⁵Te NMR 연구 4. 이차원 층상물질, Transition metal dichalcogenide, 2H-TaSe₂의 저온 국소물성에 대한 ⁷⁷Se NMR 연구 5. p-형 반도체 물질, CuAlO₂에서 핵자기공명 (NMR) 및 핵사중극공명(NQR) 연구 □ 연구 목표대비 연구결과 1. 2020년 본 중견연구 1차년도에 맞이한 코로나 팬데믹의 직접적 영향으로 고자기장 연구소 (NHMFL, Tallahassee, FL) 를 방문할 수 없어 이 연구목표는 시도할 수 없었음. 연구계획서에 제시한 두 번째 세부목표로 이동하여 연구를 진행하기로 함. 2. 키타에프 양자 스핀 액체 물질의 자기 이온 Ru³⁺를 비자기 이온 Ir³⁺로 대체함으로써 위치 희석 효과가 물성에 어떤 영향을 주는지 관측하기 위해, 우리는 Ir³⁺가 10%와 20% 도핑된 두 단결정 시료를 준비하였고, ³⁵Cl NMR 측정을 함. 3. Cu₃TeO₆은 비전통적인 자기적, 위상론적 성질 때문에 주목을 받는 3차원 반강자성 스핀 그물(spin web) 물질로, 이 물질의 고유한 양자 자성을 탐구하기 위해 핵자기 공명 실험을 계획하였음. NiTe₂O₅은 새로 발견된 유사-일차원 스핀-1 체인 시스템으로, 하이젠베르크 시스템에서 흔하지 않은 독특한 AFM 스핀 구조의 물리적 원인을 이해하고 고유의 양자 상을 탐색하기 위해 핵자기공명 실험을 추진. 4. 2H-TaSe₂은 전하밀도파 (charge density wave, CDW)와 초전도 현상이 동시에 나타나는 보기 드문 물질로, 이차원에서 전하밀도파의 원인과 초전도 현상과의 관계를 규명해, 궁극적으로 고온 초전도체의 원리를 이해할 목적으로 NMR 연구를 계획하고 추진함. 5. CuAlO₂은 박막의 형태일 때 투명해지는 성질 등 응용 가능성이 높고 물리적으로도 흥미로운 성질들이 있어 오랫동안 연구되어 온 p-형 반도체 물질임. 하지만 현재까지 이 물질의 단결정에 대한 연구 및 저온 물성 연구는 매우 드물었음. 이에 우리는 단결정 시료의 NMR/ NQR 실험을 통해 저온에서 CuAlO₂의 국소적 물성을 탐구하고자 하였음. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 1. 우리는 α-RuCl₃에서 위치 희석이 임계 도핑에 이르면 틈없는 스핀 액체 상태인 무작위 단일항(random singlet) 상이 유도된다는 것을 직접적으로 증명했다. 이는 무질서(disorder)가 양자 스핀 액체 상에 끼치는 영향에 대한 중요한 통찰력을 제공하는 것이다. 따라서 양자 스핀 액체의 궁극적 이해에 크게 기여를 한 논문이라고 할 수 있다. 2. 우리 연구 결과는 강한 스핀 틈 행동이 3차원 시스템의 복잡한 교환 작용과 강한 스핀-격자 결합을 바탕으로 발현하는 비전통적인 스핀 동역학과 관련되어 있다는 것을 암시한다. 이러한 이례적으로 강한 스핀 들뜸의 존재는 Cu₃TeO₆이 별난 3차원 양자 자석이라는 국소적 증거이며, 따라서 우리 연구 결과는 양자 자성 연구의 저변을 크게 넓힌 것이다. 또한 상자성 상태에서 이징같은 강한 스핀 상관의 존재는 저차원 자성 연구에 있어 이례적인 놀라운 발견으로, 스핀-전하의 상호작용이 비전통적인 양자 현상을 유도할 수 있다는 것을 실증했으며 양자 자성 이해를 크게 진보시킨 연구이다. 3. 전하밀도파와 초전도 현상 사이의 관계에 대한 의문은 수십년간 물리학계의 화두였으며, 우리 연구 결과는 두 현상들이 단순히 공존하거나 경쟁하는 관계가 아니라, 전하밀도파의 이맞음 (commensurability)이 초전도와 경쟁한 다는 가설의 근거를 제시하고 있다. 따라서, 이 연구는 고온 초전도 연구에 있어 중요한 획을 긋는 연구 결과라고 할 수 있다. 4. 양자역학이 정립된 이후 고립된 스핀 해밀토니안 시스템에서 폰노이만-위그너 정리를 실험적으로 직접 증명한 첫 번째 논문이라는데 큰 의미가 있다. 이 논문은 잘 정의된 조절 변수의 함수로 중첩된 양자 상태를 자유롭게 조절할 수 있다는 것을 증명한 것으로, 양자 물리학의 근본적 원리에 대한 이해를 깊게 할 뿐만 아니라 양자 계산이나 양자 정보 과정의 진보를 이끌 커다란 잠재성을 갖고 있다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 백승호
• 주관연구기관 : 국립창원대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 핵자기공명;양자스핀액체;키타에프; 2. Nuclear Magnetic Resonanc;Quantum spin liquid;Kitaev;

□ 연구개요 우주탐사선 및 인공위성 전력시스템에서의 핵심부품인 전력반도체는 우주환경에서의 강건함을 보장하기 위해서 매우 높은 수준의 내방사선 신뢰성이 요구된다. 특히, 전력반도체는 우주환경에서의 발전, 에너지 저장, 전력 분산, 전력 제어 및 시스템 보호 역할을 하기 때문에 전력반도체의 우수한 내방사선 특성을 확보하고 수명을 정확히 예측하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 내방사선 특성이 우수한 SiC MOSFET을 활용하여 우주급 내방사선 검사와 함께 전기적특성의 열화현상을 모델링하고 신뢰성을 개선하기 위한 소자 구조 및 공정에 대한 연구를 수행하고자 한다. TCAD 시뮬레이션에서 우주환경을 전산 모사하여 SiC MOSFET의 TID (Total ionizing dose), SEE (Single event effects) 및 DDD (Displacement Damage Dose)를 분석하고 전기적 특성 열화 메커니즘을 해석한다. 또한, 실제 양성자 및 중이온 가속기를 활용하여 SiC MOSFET 개별소자에 조사하고 개발된 수명예측 모델을 검증 및 보완한다. 최종적으로는 규명된 열화 메커니즘을 완화할 수 있는 SiC MOSFET의 구조 및 공정을 연구·개발하는 것이 목표이다. □ 연구 목표대비 연구결과 실제 SiC MOSFET 소자에 감마선 및 양성자 등의 방사선을 조사하여, 전기적 특성을 측정하고 특성 변화에 관한 열화 메커니즘을 규명하였다. 실제 실험 결과를 TCAD 시뮬레이션에 대입하여 감마선 조사 전산 모사를 완료하였다. 감마선 조사 후 MOS capacitor를 통해 산화막 특성을 추출한 결과, ε_ox의 감소를 통해서 감마선 조사에 의한 물질의 결합구조 변화를 확인하였다. 감마선 조사 도즈에 따라 QF가 증가하는 것으로 총 이온화 선량 효과의 발생을 검증하였다. 또한, 감마선과 양성자를 조사하였을 때, BV가 6 % 정도 감소하였다. 이는 감마선 조사 영향으로 인해 Edge Termination에 위치한 두꺼운 field 산화막 내부 고정 전하량이 증가해 공핍 영역 의 곡률이 감소하게 되어 이 영역에 전계가 집중되면서 항복특성이 열화 된다. 이를 검증하기 위해 TCAD 시뮬레이션을 이용하여 SZ-JTE 구조 의 edge termination에 실험을 통해 추출한 산화막 내부 고정전하 값을 대입하였고, 전계 분포 분석으로 열화 메커니즘을 검증하였다. 아울러, 실제 우주환경과 유사하게 켜진 상태의 방사선 조사 영향을 분석하기 위해서 감마선 환경에서 SiC MOSFET에 인가된 게이트 바이어스에 따른 영향을 분석하고, 전기적 특성 측정 및 TCAD 시뮬레이션을 수행하여 열화 메커니즘을 검증했다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 전력반도체 감마선 및 양성자 조사 영향에 대한 분석과 내방사선 설계 및 검증 연구는 국내에서는 활발하게 진행되지 않은 부분이기 때문에 우주급 전력반도체 연구 활성화에 기여할 수 있을 것으로 판단된다. 이러한 연구결과는 향후 고신뢰성 전기자동차용 전력 반도체의 개발에도 적용 가능하여 활용분야가 확대될 것이라고 예상된다. 향후 위 연구결과를 기반으로 내방사선 SiC 전력반도체의 설계 및 공정에 대해서 후속 연구를 진행하고자 한다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 석오균
• 주관연구기관 : 국립금오공과대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 전력반도체;감마선;양성자;방사선;총 이온화 선량 효과; 2. Power Device;Gamma-Ray;Proton;Radiation;TID Effect (Total Ionizing Dose Effect);