□ 연구개요 본 연구의 목표는 자기권 내에서 흔히 발생하는 플라스마 파동의 한 종류인 자기음파 파동의 생성 및 전파를 이해하고, 이 파동이 방사선 대를 구성하는 고에너지 전자에 미치는 영향을 정량적으로 조사하는 것이다. 입자-파동 상호작용이 방사선대를 구성하는 고에너지 전자의 양과 에너지를 결정한다는 것은 최근 종료된 NASA의 Van Allen Probe 미션으로부터 확실시되었다. 자기권 내에서 흔히 발생하는 플라스마 파동의 한 종류인 magnetosonic 파동 또한 입자 -파동 상호작용으로 이들에게 영향을 끼칠 수 있다고 알려져 있다. 그러나, 다른 파동들과 다르게 magnetosonic 파동의 본질에 대해서 더 깊은 연구가 필요하며, 이를 바탕으로 이 파동이 방사선대를 구성하는 고에너지 전자에 미치는 영향을 정량화하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 particle-in-cell 코드를 이용하여, 현실적인 다차원 공간에서 이 파동을 구현하고, 이로부터 관측적 제한으로 얻기 힘든 파동의 특성을 유추하며, 구현된 파동 내에서 운동하는 고에너지 전자들의 궤적을 추적 함으로써 전자에 미치는 영향을 정량적으로 알아보고자 한다. □ 연구 목표대비 연구결과 첫째, 관측적 사실들을 최대한 반영한 particle-in-cell 시뮬레이션을 수행하여 얻은 결과를 분석한 결과, 링 형태의 양성자 분포가 넓은 위도상에 분포함에도 불구하고, 관측에서 나타나는 것과 같이 발생한 자기음파의 세기가 자기 적도 근처에서 피크를 이루고 적도에서 벗어날수록 그 세기가 지수함수적으로 감소함을 보였다. 우리는 적도에서 벗어날수록 자기장 세기 변화에 기인해 파동이 자기 적도를 향하는 굴절(refraction)을 겪어 파동의 지속적 증폭이 방해받지만, 적도 근처에선 자기력선의 곡률 변화가 미약해 한 장소에서 상대적으로 오래 머물면서 연속적으로 증폭될 수 있음을 밝혔다. 둘째, 자기음파의 수직 방향 전파 특성을 고려한 양성자 산란을 결정짓는 확산계수 계산 방법을 제시하였다. 기존의 확산계수 계산 방법은 수식의 발산을 피하고자 수직 방향의 파워를 인위적으로 제한해 왔다. 우리는 준 수직 방향의 파동 성분만큼(또는 그보다 더 큰) 수직 방향이 파동 성분도 환전류대 양성자 산란에 기여함을 보여주었다. 셋째, 자기음파와 상호작용에 의한 양성자 산란이 기존 믿음과 다르게 낮은 에너지 영역에서는 비효율적임을 이론적으로, 관측적으로 보여주었다. 따라서, 우리는 기존에 제시된 자기음파-저온 양성자-EMIC 파동의 에너지 전달 과정의 첫 번째 연결 고리를 재고해야 함을 제시하였다. 넷째, 산소 이온 자기음파의 발생빈도와 특성을 처음으로 통계적으로 조사하였다. 우리는 이 파동의 공간적, 시간적 분포와 파동의 편극 특성을 통계적으로 보여주었고, Ion Bernstein 불안정성을 일으킬 수 있는 ring-like 분포함수가 동반되는 것을 확인하였으며, 이 파동에 의해 가열됐을 저온의 이온 분포함수의 특징도 발견하였다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 지구 방사선대의 고에너지 입자들은 인공위성에 작게는 single event upset과 위성 내부 대전, 크게 는 위성 통신두절 및 내부 시스템 손상 등을 유발하여 군사적, 사회적, 경제적 피해를 줄 수 있다. 따라서 방사선대 양의 정확한 예·경보는 인공위성에 줄 수 있는 피해를 미리 예방하는 데 중요하다. 자기권에서 입자-파동 상호작용이 고에너지 입자의 운동을 결정하는 것은 이미 잘 알려져 있다. 이 연구에서 얻어진 향상된 자기음파의 물리적 이해가 정확한 방사선대 예측에 큰 역할을 할 것이다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 민경국
• 주관연구기관 : 충남대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 플라스마 파동 및 불안정성;입자-파동 상호작용;수치 모델링;방사선대;자기권 자기음파; 2. Plasma waves and kinetic instability;Wave-particle interactions;Particle-in-cell simulation;Radiation belts;Magnetosonic waves;

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• 연구책임자 : 이수정
• 주관연구기관 : (주)메디픽
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 핵수용체 조절제;에스트로겐 수용체;광학 이성질체 약물;구조적 견고화;전구약물; 2. nuclear receptor modulator;estrogen receptor / ER;enantiopure drug;structural rigidification;prodrug;

□ 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 ○ 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;

□ 연구 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 본 연구과제의 최종 목표는 인간 활동에 따른 북극 증폭 및 연관된 기후 시스템의 과거 변화 및 미래 전망을 종합적으로 이해하는 것이다. 지속적인 온실가스 배출에 따른 관측된 과거 수십 년간의 북극 증폭 및 기후시스템 변화를 이해한다. 또한, 다양한 미래 온실가스 배출 경로/전 지구 온난화 강도에 따른 북극 증폭 및 관련된 기후 시스템의 미래 변화를 전망하고, 동반되는 불확실성의 원인을 이해하고 감소시킨다. 기후 대응 시나리오 (대기중 온실가스 제거, 태양복사 강제력 감소 등)을 고려한 기후 모델 실험에서 나타나는 미래 북극 증폭 및 연관된 기후 시스템의 변화를 전망하고 특성을 이해한다. ◼ 전체 내용 본 연구과제는 과거에 나타난, 또한 미래에 나타날 북극 증폭 및 연관된 북극 기후 시스템의 변화 및 메커니즘을 통합적으로 이해하는 것을 목표로 한다. 먼저 관측 및 재분석 자료를 활용해 과거 (20세기 중반부터 현재까지) 북극 증폭의 장기 변동을 분석한다. 관측된 변화에 대한 Coupled Model Intercomparison Project Phase 6 (CMIP6) 다중 기후 모델의 성능을 분석하고 기후 모델에서 나타나는 변화를 연구한다. 또한 개별 외부 강제력(온실가스, 화산 활동 등)이 북극 증폭 및 연관된 기후 시스템 변화에 미치는 영향을 연구한다. 기후 모델 실험 자료를 활용하여 미래 전망에서 나타나는 북극 증폭 및 관련 물리 과정의 변화를 연구한다. 공통사회경제경로 시나리오에서 나타나는 미래 변화를 이해한다. 또한, 파리기후변화협약에 따른 목표 전지구 온난화 달성 시 나타나는 북극 증폭을 이해한다. 더욱이, 기후 모델 실험에서 나타나는 북극 기후 미래 전망의 불확실성 원인을 이해하고 emergent constraint와 같은 최신 통계 기법을 활용하여 이를 감소시킨다. 더 나아가, 대기 중 온실가스 제거, 태양 복사 강제력 감소 등 다양한 기후 변화 대응(기후공학) 전략을 도입한 기후 모델 실험에서 나타나는 북극 증폭 및 관련 기후 시스템의 변화를 전망하고 이의 물리 과정을 이해한다. ◼ 1단계 ❏ 연구 목표 본 연구과제의 1단계 연구 목표는 과거 및 미래 북극 증폭 및 관련된 기후 시스템의 변화 이해하는 것이다. 과거 나타난 북극 증폭을 연구하고, 기후 모델 실험의 모의 성능을 평가한다. 이와 함게, 과거 나타난 북극 증폭 현상에 대한 온실가스 등 각 외부강제력의 영향을 파악한다. 더 나아가, 기후 모델 시뮬레이션의 미래 전망을 활용하여 미래 나타날 북극 증폭 및 관련된 기후 시스템 변화, 그리고 물리 과정을 이해한다. 미래 전망에 동반되는 불확실성의 원인을 이해하고 이를 감소시킨다. 21세기 공통사회경제경로 시나리오에서 나타나는 미래 전망을 위주로 연구하며, 파리기후변화협약에 따른 목표 전 지구 온난화 수준 달성 시 나타나는 북극 증폭을 함께 연구한다. Emergent constraint와 같은 통계 기법을 통해 미래 전망이 갖는 기후 전망 불확실성을 감소시켜 보다 신뢰도 높은 미래 기후 전망 결과를 제시한다. ❏ 연구 내용 과거 수십 년간 관측에서 나타난 북극 증폭 현상을 이해하고 장기 변동을 연구하였다. 장기 추세를 위주로 연구했으며, 이에 대한 Coupled Model Intercomparison Project Phase 6 (CMIP6) 다중 기후 모델 실험의 성능을 평가했다. 또한, 기후 모델 실험 결과를 활용하여 온실가스, 에어로졸과 같은 개별 외부 강제력의 과거 관측된 북극 증폭 현상에 대한 영향을 이해했다. 또한, 과거 대형 화산 폭발이 북극 기후 시스템에 미친 영향을 연구하였다. 다양한 사회적 기후변화 적응 및 완화 경로를 고려한 공통사회경제 경로 시나리오 실험에서 나타나는 북극 증폭을 전망했으며, 관련된 물리 과정(대기-해양-빙권 상호작용)을 이해했다. 또한, 파리기후변화협약에 따른 목표 온난화 (1.5°C, 2.0°C) 달성 시 나타나는 미래 북극 증폭 및 관련 기후 시스템 변화를 이해했다. 기후 모델 실험 결과를 통해 얻은 미래 전망의 불확실성 요인을 이해하는 연구를 수행했다. 특히, Emergent constraint와 같은 보다 최신 통계 기법을 활용해, 불확실성을 감소시키는 연구를 수행하여 보다 신뢰도 높은 미래 전망 결과를 생산하였다. 특히, 다변수를 통한 emergent constraint 분석 방법론을 개선 및 활용하여 보다 신뢰도 높은 결과를 제시했다. 이러한 통계적 방법론을 개발하고, 기후 대응 시나리오 실험에 대한 공동연구를 위해 University of Melbourne에 2,3차년도에 총 5개월 정도 방문 연구를 했으며, 이를 통해 공동 및 협력 연구들을 수행하였다. 2단계 연구 계획인 기후대응 시나리오에 따른 북극 증폭 현상 및 연관된 기후 시스템 변화에 대해 일부 1단계에서 연구하였다. ◼ 2단계 ❏ 연구 목표 본 연구과제의 2단계 연구 목표는 기후위기를 완화시키기 위한 기후대응 시나리오를 고려한 미래 북극 증폭 및 관련된 기후 시스템 변화를 전망하는 것이다. 특히 (1) 대기 중 온실가스 제거 (carbon dioxide removal), (2) 태양복사 강제력 감소 (solar radiation management) 방법론을 기반으로 한 기후대응 실현 시 북극 증폭 및 북극 지역에서 나타나는 기후변화를 이해한다. ❏ 연구 내용 기후 대응 시나리오 (net-zero 배출 탄소 배출량 감소, 태양 복사 강제력 감소)을 고려한 기후 모델 실험에서 나타나는 북극 증폭 및 관련된 기후 시스템 변화를 연구한다. 첫 번째로, 온실가스의 급격한 증가 후 급진적 감소를 보이는 시나리오 실험에서 나타나는 변화를 연구한다. 이는 Community Earth System Model version 1 기후 모델의 다중 앙상블 실험 결과를 활용하여 연구한다. 또한, Carbon Dioxide Removal Model Intercomparison Project에서 제공하는 다중 기후 모델 결과를 활용한다. 또한, 온실가스의 급격한 증가 후 탄소 중립을 달성하는 시나리오에서 나타나는 미래 변화를 연구한다. 두 번째로, 태양복사 강제력 감소를 통한 지구 공학 수행에 따른 북극 증폭/기후 시스템 변화를 연구한다. Geoengineering Model Intercomparison Project의 기후 모델 자료를 활용하여 연구를 수행한다. 특히 기후 대응 방법론에 따른 북극 증폭 및 기후 시스템에서 나타나는 부작용 및 비선형적 반응을 연구한다. □ 연구성과 본 연구자는 1단계 기간 동안 연구과제의 계획 및 목표에 따른 연구를 수행하였다. 북극 증폭 및 기후 시스템의 과거 변화를 이해하고, 미래 전망을 연구했으며, 미래 전망에서 동반되는 불확실성의 원인을 밝혔다. 개선된 최신 통계 분석 방법론을 활용해 미래 전망 불확실성을 감소시켰다. 또한 온실가스, 화산 폭발 등 외부 강제력에 따른 북극 증폭/기후 시스템의 변화를 연구하였다. 더 나아가, 2단계에서 계획된 탄소 배출량을 감소시키는 기후 대응 시나리오 모델 실험을 활용해 북극 증폭을 연구하였다. 북극 증폭의 시간에 따른 변화를 연구하였으며, 또한, 북극 증폭을 일으키는 주요 원인 중 하나인 atmospheric river의 탄소 배출량 감소에 따른 변화를 연구하였다. 이러한 연구 활동들을 통해 1단계 기간에 총 3편의 연구 논문을 해당 연구과제 사사를 포함하여 출판하였다. 향후 2단계 기간 동안 탄소중립 등을 고려한 탄소 배출량 감소, 태양복사 강제력 감소 등 기후위기 대응 시나리오를 고려한 기후 모델 실험에서 나타나는 북극 증폭 및 관련된 기후 시스템 변화의 미래 전망을 연구할 것이며 3편의 연구 논문을 해외 상위 저널에 추가로 출판하고자 한다. □ 연구성과의 활용 계획 및 기대 효과 본 연구과제 수행을 통해 북극 전망 및 연관된 기후 시스템의 변화에 대한 이해를 한층 더 도약시킬 것이다. 특히 체계적인 과거 및 미래 전망, 그리고 동반되는 미래 불확실성에 대한 연구는 통합적인 통찰력을 증진시키고, 미래 기후 시스템 변화 전망에 대한 중요 지표로 쓰일 것이다. 미래 전망의 불확실성을 감소시킴으로써 미래 전망 신뢰도를 증가시키며, 향후 기후변화 적응 및 완화를 위한 정책 수립에 큰 기여를 할 것이다. 이와 함께 다양한 기후 대응 시나리오에 따른 북극 기후 시스템 변화에 대한 종합적 이해를 기반으로 미래 기후변화 전망에 대한 다양한 지표를 제공하고 중요 정책 수립에 활용할 수 있다. 2단계 연구를 통해 기후위기를 극복하기 위한 기후 대응 시나리오에 따른 미래 전망을 분석함으로써 북극 증폭/기후 시스템의 미래 변화를 종합적으로 이해할 수 있을 것으로 기대한다. 다양한 시나리오에 따른 변화를 연구하여 기후 대응 시나리오(탄소 배출량 감소, 지구공학 등) 정책 수립의 기초 자료로 사용될 수 있을 것으로 기대한다. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 백승목
• 주관연구기관 : 연세대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 북극 증폭;북극 온난화;지구 온난화;기후변화;미래 전망; 2. Arctic amplification;Arctic warming;Global warming;Climate change;Future projection;

□ 연구개요 본 연구는 최근의 태양 관측결과를 근거로 하여, 태양 대기중에 널리 분포된 자기 플럭스 루프 (magnetic loop)의 동적 형성과 그에 수반하는 가열이라는 새로운 관점에서 태양 물리학의 중요 과제인 태양 대기 가열 문제를 해명하고자 한다. 즉 루프 내에서의 하강류 생성과정, 이 하강류와 저층 대기와의 충돌에 의한 열화 과정, 발생한 열에너지의 루프 상부를 향한 수송 과정을 포괄하는, 루프의 동역학적, 열역학적 진화를 관측을 근거로 한 이론적 고찰를 통해 규명하려고 한다. 이를 통하여, 종래의 연구에서처럼 태양활동영역을 단순히 그 형태에 따라서 분류하는 수준에서 벗어나, 그 구조와 진화에 따라 정량적으로 분류하는 방법을 제시하려고 한다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : Tetsuya Magara
• 주관연구기관 : 경희대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : solar atmospheric heating;solar dynamics and magnetism;magnetic flux emergence;solar active region;shock wave;nonlinear force-free field;numerical simulation;magnetohydrodynamics;

□ 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);

□ 연구개요 진공 내 플라즈마 전자빔 가속장치를 활용하여 상대론적인 전자빔 소용돌이 발생 기반 체렌코프 방사 조건에서 각운동량(OAM) 특성을 가지는 꼬인 광자 편광 현상을 실험을 통하여 확인하고, 플라즈마상태의 진공소자내부에서 판드로모티브 힘(Ponderomotive force)으로 인하여 발생한 항적장에서 포획된 전자-양전자 쌍의 준안정의 원자상태인 포지트로늄(Positronium; Ps)의 전자기 공명 조건을 유도할 수 있는 테라헤르츠(THz) 전자기파 발생 기술을 연구하여 분자 영상 원천기술 확보를 통한 의료 영상시스템에 적용 □ 연구 목표대비 연구결과 ● 1차년도 (2021년6월~2022년2월) 진공소자기반의 플라즈마 전자빔 가속장치를 통한 광자발생 연구 - CCD 카메라를 이용하여 상대론적인 전자빔 소용돌이 발생 확인 - Heterodyne 방법을 이용하여 주파수 및 출력 측정 - 동축빔 회전 렌즈의 Cold test, 진공소자의 Hot test, 편광된 광자 패턴 분석 ● 2차년도 (2022년3월~2023년2월) 플라즈마 항적장 가속기 기반 고출력 테라헤르츠파 발생원 구축 - Double Heterodyne 방법을 이용하여 공진주파수 및 출력 측정 - 액시콘(Axicon) 렌즈를 통한 편광된 베셀빔의 표적화 실험연구 - 포지트로늄의 초미세 에너지 준위 갈라짐을 위한 테라헤르츠파 전자기 공명 조건 최적화 실험 연구 ● 3차년도 (2023년3월~2024년2월) 영상화 구현을 위한 위한 포지트로늄 검출 시스템의 성능 시험 - 포지트로늄의 수명 시간은 양전자 소멸 수명 분광법을 이용을 통한 영상화 실험 기법 확립 - 테라헤르츠파-광변환된 포지트로늄 기술 확보를 통한 분자정밀 영상화시스템 구축 - 양전자단층촬영과 융합하여 THz-PET 영상화 시스템 가능성 연구 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 본 과제를 수행하여 테라헤르츠파-광변환된 포지트로늄 발생 기술 확보를 통한 분자정밀 영상화 시스템 구축과 포지트로늄의 수명 시간 측정 양전자 소멸 수명 분광법을 이용을 통한 영상화 실험 기법 확립을 이루어 낸다. 포지트로늄 상태의 분광학적 정보를 영상화 하는 PET-THz 융합 연구는, 양전자 방출 단층촬영에서 발생하는 감마선에 따른 방사선 노출 영향에 대한 것과 테라헤르츠 이미징 기법에서의 수분 흡수율이 높고 투과성이 상대적으로 떨어질 수 있는 기존의 문제점을 포지트로늄 상태의 생체 분자의 영상화를 통하여 보다 정밀하고 비침습의 개량형 연구를 수행할 수 있다. 생체 분자영상 연계연구 원천기술 확보를 하여, 비임상 실험을 수행하여 질병을 조기에 진단하고 동시에 치료를 수행하는 테라그노시스(Theragnosis) 연구에 활용할 수 있도록 향후 연계연구에 적용할 계획이다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 민선홍
• 주관연구기관 : 서울대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 체렌코프방사;궤도각운동량;스핀각운동량;테라헤르츠파;생체분자영상; 2. Cherenkov Radiation;Orbital Angular Momentum;Spin Angular Momentum;Terahertz Wave;Biomolecule Imaging;

□ 연구개요 본 연구의 목표는 다중 우주위성을 이용한 과거 40년간 (1982-2021) 동아시아 에너지/복사/이산화탄소 지면 플럭스의 연간변동 및 경향성 정량화이다. 이산화탄소-에너지-복사는 생지물리 및 생지화학 과정에서 밀접하게 연관되어 있으며, 육상 생태계의 생산성에도 영향을 준다. 현존하는 위성 기반 산출물들이 상호 간 연관성을 고려하지 않고 개별적으로 모듈을 개발한 것과 달리, 연구책임자가 개발한 BESS(Breathing Earth System Simulator)는 대기 복사, 광합성, 증발산, 에너지 수지 평형 등이 연관 지어 만들어진 모델이다. 생태계 호흡량 모듈 개발 등을 통해 향상된 BESS (BESSv2.0)를 기반으로 동아시아에서의 이산화탄소/에너지/복사 지면 플럭스를 관측하며, 1982-2021년 기간의 연간변동 및 경향성을 정량화한다. □ 연구 목표대비 연구결과 다음은 본 과제의 연차별 연구목표의 세부사항이다. ○ 1차년도 (2019년): 100% - 모형 입력자료 다운로드 - 입력자료 전처리 - 현장 관측 자료 구축 ○ 2차년도 (2020년): 100% - 시공간적으로 연속적인 입력자료 구축 - BESSv2.0 모델 내 이산화탄소 플럭스 알고리즘 개발 및 향상 - BESSv2.0 모델 내 에너지 및 복사 플럭스 알고리즘 향상 - 현장 관측 자료 구축 ○ 3차년도 (2021년): 100% - BESSv2.0 내 이산화탄소 플럭스 평가 - BESSv2.0 내 에너지 및 복사 플럭스 평가 - 현장 관측 자료 구축 ○ 4차년도 (2022년): 100% - 지면 플럭스 연간 변동 지도 제작 - 지면 플럭스 경향성 지도 제작 - 현장 관측 자료 구축 ○ 5차년도 (2023년): 100% - 지면 플럭스 연간 변동 분석 - 지면 플럭스 경향성 분석 - 현장 관측 자료 구축 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 본 연구에서 개발한 지면 이산화탄소/에너지/복사 플럭스 산출물과 알고리즘 코드는 기후변화, 원격탐사 등 관련 분야의 연구에 활용성이 높으며, 다양한 국제공동연구진과의 협력을 통해 후속 연구를 진행중이다. 본 연구개발 성과를 통해 1) 지면 플럭스 경향성과 연간변동 및 시공간 패턴에 대한 이해를 높임으로써 신기후체제에 선도적으로 대응, 2) 장기간의 지면 플럭스 분석 결과를 통해 기후모형을 평가하고 불확실성을 줄이는데 활용, 3) 우주위성을 활용한 지면 플럭스 모니터링을 통해 향후 부가가치가 큰 작황, 수자원 모니터링 등 우주위성 활용산업 성장에 기여할 수 있을 것이라 기대한다. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 류영렬
• 주관연구기관 : 서울대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 우주위성;지면 플럭스;기후변화;연간 변동;경향성; 2. Satellite;Land flux;Climate change;Interannual variability;Trend;

□ 연구개요 수계 전해질 기반의 금속공기전지는 기존 상용화된 리튬이온전지와 달리 안정적이고 높은 에너지밀도를 갖고 있어 주목을 받고 있음. 특히 아연공기전지는 아연 금속의 높은 안정성 및 가격 경쟁력을 바탕으로 많은 기업이 아연공기전지기반의 전기자동차 개발에 박차를 가하고 있음. 하지만 아연공기전지의 주요 문제점인 충⸱방전 시 일어나는 산소 환원 및 발생 반응의 느린 속도로 인하여 상용화에 많은 어려움을 겪고 있음. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 두 가지 반응을 활성화할 수 있는 전기화학촉매는 필수요소임. 본 연구를 통하여 차세대 전기화학촉매 개발과 더불어 수계 전해질 기반의 금속공기전지 개발 및 시스템 최적화를 진행하였음. 더 나아가 방사광 X-선 기반 분석 기술을 이용하여 차세대 전기화학촉매의 반응 메커니즘을 규명하였음. 특히 금속 산화물 기반의 전기화학촉매는 전이금속과 산소 등으로 이루어진 결정구조로 X-선 회절 분석법을 통해 구조 분석이 가능함. 또한 차세대 전기화학촉매의 이해도를 높이기 위해서는 결정구조뿐만 아니라 물리 화학적 구조분석이 동시에 이루어져야함. 특히 방사광 X-선 기반 분석 기술 중 물질의 전자구조와 원자들의 거리에 따른 정보 등을 파악할 수 있는 X-선 흡수 분광법을 통하여 연구를 진행하였음. □ 연구 목표대비 연구결과 본 연구를 통하여 최종 목표였던 피로클로르 산화물 (pyrochlore, A₂B₂O₇) 기반의 차세대 금속공기전지용 전기화학촉매를 개발하였음. 특히 비스무트 (Bi) 및 이트륨(Y) 등의 다양한 A-site 금속들과 4d 오비탈 기반의 루테늄 (Ru) 및 5d 오비탈 기반의 이리듐 (Ir) 등의 B-site 전이금속들을 이용하여 우수한 산소 환원 및 발생 반응 (ORR/OER)을 나타내는 차세대 전기화학촉매를 개발하였음. 더 나아가 선정된 피로클로르 산화물 기반의 전기화학촉매 후보 물질에 대하여 방사광 X-선 기반 분석기술을 이용하여 구조적 이해도 향상을 통한 디자인 전략을 수립하였음. 이를 위하여 경 X-선 기반의 흡수 분광법을 이용하여 금속 산화물 기반의 차세대 전기화학촉매 내에 존재하는 다양한 금속 및 전이금속의 전자 및 국부 구조를 분석하였음. 특히 피로클로르 산화물내의 A-A, A-B, B-B, A-O 및 B-O 등의 다양한 결합에 대한 길이와 각각의 원자에 대한 배위수 분석을 통하여 국부 구조 파악이 가능하였음. 또한 in situ X-선 흡수 분광 분석용 삼전극 전지 개발을 통하여 산소 환원 및 발생 반응 시 발생하는 전기화학촉매의 물리 화학적 변화를 분석함으로써 반응 및 열화 메커니즘을 규명하였음. 더 나아가 본 연구를 통해 개발한 피로클로르 산화물 기반의 공기 양극을 이용하여 아연공기전지의 충⸱방전 성능을 향상시켰으며 친환경적인 차세대 전지 기술로 제시하였음. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 본 연구를 통하여 개발된 전기화학촉매는 금속공기전지 뿐만 아니라 동일한 산소 환원 및 발생 반응을 활용하는 수소연료전지의 성능 향상에도 기여할 것으로 기대함. 더 나아가 차세대 전지 및 에너지 소재 연구와 방사광 X-선 기반 분석 기술의 융합을 통해 시너지 효과를 기대함. 특히 금속공기전지는 친환경적인 차세대에너지원으로써 리튬이온전지, 태양전지 및 수소연료전지와 함께 전기자동차와 다양한 전자기기 등에 활용되어 녹색 기술 구현이 가능함. 또한 최적화된 방사광 X-선 기반 분석 기술의 활용 범위를 전지 산업 및 타 연구 분야로 확대함으로써 융합 연구를 선도하고 산업화에 이바지할 것으로 기대함. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 박주혁
• 주관연구기관 : 계명대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 전기화학촉매;피로클로르 산화물;아연공기전지;X-선 흡수 분광법;방사광; 2. Electrocatalyst;Pyrochlore oxide;Zinc-air batteries;X-ray absorption spectroscopy;Synchrotron radiation;