□ 연구개요 ○ 다양한 응용분야 (의료, 국방, 보건, 및 보안 산업)에 사용될 수 있는 고감도 방사선 센서 확보 필요 ○ 기존 방사선 센싱 소재 및 소자의 한계점 및 문제점을 극복하는 새로운 방사선 소재/소자 도입 필요 ○ 고감도 방사선 센서 제작 및 고해상도 방사선 영상 실용화를 위한 기술 확보 □ 연구 목표대비 연구결과 연구 목표 1. 방사선 검출용 하이브리드 나노 소재 신틸레이터 합성 기술 및 최적화 조건 확보 달성내용 : - 하이브리드 나노 소재 반도체 성장, 구조 제어 및 표면 제어를 통한 안정성 확보 - 신틸레이터 photo-diode 제작 및 방사선 특성 평가 완료 - 하이브리드 신틸레이터 합성 및 물성 자료 확보 연구 목표 2. 고감도 방사선 센서 제작, 소자 물성 이해 및 고감도 센싱 특성 확보 달성내용 : - 나노 소재 반도체 하이브리드 구조를 이용한 방사선 센서 제작 및 특성 평가 완료 (방사선 특성 평가는 협동기관과 공동 진행) - 방사선 검출 메카니즘 규명 연구 목표 3. 센서 성능 최적화 및 메카니즘 정량적 이해 달성내용 : - 나노 소재 신틸레이터 기반 센서 제작 및 공정 기반 확보 (방사선 센싱 특성 평가) - 센서 array 제작 연구 (패터닝 기술을 이용한 array 제작) □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) (1) 기술적 측면 ○ 방사선 검출용 나노 재료 합성/분석에 따른 기초 원천 기술 확보 및 응용. ○ 나노 기술 및 새로운 방사선 센싱 원리를 이용한 소자 제작을 통해 고-에너지 센싱 소자 기술의 관련 산업체 이전 및 국제 경쟁력 강화. ○ 고-분해능 및 획기적인 방사선 검출 효율 향상을 통해 의료 및 비파괴 검사 산업체 기술 이전. ○ 나노 스케일 재료 합성 및 방사선 소자의 동작 메카니즘 이해를 통해 차세대 방사선 기기 산업 분야의 선도적 기술 창출에 활용하고 관련 분야의 학문적인 발전에도 활용. (2) 경제적․산업적 측면 ○ 고분해능 및 높은 검출 효율을 필요로 하는 의료용 및 보안용 방사선 센서에 적용하고 고부가가치 경제 창출 기여. ○ 직접 검출형에 의한 방사선 기기의 부피 축소 및 사용 효율성 증가로 인해 원가 절감 및 국제 경쟁력 확보를 통한 방사선 기기 수출 증대에 기여. ○ 새로운 방사선 센싱 및 영상 처리 기술 확보를 통해 관련된 NT 및 IT 산업에 기술 이전이 가능하고 새로운 산업 및 시장 창출 효과를 기대. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 임현식
• 주관연구기관 : 동국대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 방사선 센서;신틸레이터;나노소재;고감도;하이브리드; 2. radiation sensor;scintillator;nanomaterials;sensitivity;hybrid;

□ 연구개요 • 전략적 전극 소재 개발: 액체금속이 갖는 고유 속성, 상온에서 쉽게 접근할 수 있는 가융성(Fusibility)에 따른 자가 치유(Self-healing)적 특성을 리튬금속전지(Lithium Metal Battery, LMB)의 전극 소재에 활용하여 리튬의 수지상결정(Dendrite) 생성을 억제하고 충/방전시 유발되는 전극의 큰 부피팽창에 유리하도록 전극 소재를 디자인 • 전극제조의 새로운 개념 제시: 기존 선 소재합성 후 전극제조와 같은 전지의 전극개발 과정에서 벗어나 전극 안에서 발생하는 전기화학 반응을 소재합성법으로 활용하여 설계함으로써 전극제조의 추가 공정 없이 전기화학 반응을 거친 소재가 연속적으로 전극으로 활용될 수 있도록 고안한 실시간(In-situ) 전극제조의 개념 제시 • 수지상결정(Dendrite)의 생성 메커니즘 이해: 방사광 가속기(Synchrotron radiation)의 다양한 X-선(X-ray) 고도장비를 이용하고 실시간 분석으로 진행함으로써 리튬 전극 표면과 계면에서 일어나는 변화를 관찰하여 덴드라이트의 생성 및 성장 메커니즘 규명 □ 연구 목표대비 연구결과 • Ga의 용융화를 통한 액체 Ga의 분말화 공정개발과 이를 통해 얻어진 수 마이크론 단위의 사이즈로 분말화된 갈륨과 리튬 박막과의 [복합체 Ga/Li 전극] 개발 및 전기화학 반응을 통한 실시간 합성된 [Ga-Li 복합체 전극] 개발 후 리튬 대칭 셀(Symmetric cell)과 비대칭 셀(Asymmetric cell) 조건에서 복합체 갈륨의 효과 평가 • Ga을 시드로 디자인함으로써 상온에서 쉽게 용융될 수 있게 하여 Ga-Li과 함께 제 3의 시드 도입 및 3상 합금 형성[Ga-Zn-Li, Ga-Mg-Li]을 기상이 아닌 액상 조건으로 설계함으로써 보다 용이하고 비용 효율적으로 소재개발 • 전지 내에서 일어나는 전기화학 반응[전해질에 녹아 있는 금속 이온(M²⁺; M= Zn, Mg)의 직접 환원(Direct reduction)을 통한 금속 증착(M⁰) 및 리튬과의 합금반응(Li_xM)]을 소재 합성을 위한 공정으로 설계함으로써, 소재합성이 곧 전극제조로 이어지도록 하는 실시간 전극제조에 대한 개념을 제시함 • 고성능 Li-In-Bi 및 Ga-Mg-Li 3상 합금 전극을 개발하고, 해당 전극을 실시간 광학 현미경 및 삼전극 전지를 활용하여 분석을 진행 • X-선 고도장비 및 광학 현미경 분석을 이용하여 전극 표면에서 일어나는 다양한 특성을 분석하고, 전압 변화와 동기화하여 실시간 반응 과정을 밝힘 • 이러한 연구들을 통해 신개념 소재 및 전극을 개발하고, 리튬금속의 생성 및 성장에 영향을 미치는 주요 요인들의 상호작용에 대한 해석을 제시함 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) • 신개념 소재 및 전극 개발: 액체금속의 본질적 특성을 리튬금속 전극의 고질절인 문제점을 해결하는 방안으로 적극 도입하여 소재를 디자인하였고, 전지 내부에서 일어나는 초기 전기화학 반응을 소재합성법으로 설계하여 실시간 전극제조 공정을 제시함으로써 기존 선 소재합성 후 전극제조와 같은 전지의 전극개발 프레임에서 벗어나 소재 및 전극 개발에 대한 새로운 전략 제시 • 리튬금속전지 연구에 대한 원천기술 확보: 리튬금속을 음극으로 사용하고자 하는 많은 연구가 진행되어 오고 있으나 현재까지도 리튬의 높은 반응성에 따른 분석의 어려움으로 인하여 덴드라이트 형성에 관한 정립된 이론은 부재. 본 연구 과제를 통하여 방사광 가속기 X-선 분석을 활용한 실시간 전극 분석을 진행함으로써 리튬금속의 생성 및 성장에 영향을 미치는 주요 인자들에 대한 데이터베이스 구축 및 기초과학기술 경쟁력 제고에 큰 역할을 할 것으로 기대 • 전문성을 지닌 수준 높은 연구인력 양성: 본 연구는 액체금속 기반 음극 소재라는 새롭고 도전적인 과제를 통하여 창의적인 연구인력 양성에 기여하고, 고도분석을 통한 소재의 기초원리 및 메커니즘 규명은 관련분야의 높은 지식 및 전문성이 요구됨에 따라 본 연구과제의 성공적인 목표 달성을 통해 수준 높은 전문인력 양성이 가능 (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 유승호
• 주관연구기관 : 고려대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 리튬금속전지;액체금속;핵생성;수지상결정;실시간 분석; 2. Lithium Metal Battery;Liquid Metal;Nucleation;Dendrite;In-situ analysis;

□ 연구개요 본 연구과제는 DNA 손상 반응의 새로운 메커니즘 규명 및 개인별 질병 위험도 예측 및 맞춤형 치료에 활용이 가능한 DNA 복구 활성 측정기술을 개발하는 것을 목표로 함. 이를 위해 NER 시스템에 의해 발생하는 sedDNA의 안정성에 관한 생물학적 메커니즘을 규명하고, sedDNA의 분리정제 및 분석기술을 확립하여 인간의 피부조직을 대상으로 개인별 DNA 복구 활성을 정량적으로 측정하고자 함. □ 연구 목표대비 연구결과 ∎ sedDNA 안정성을 조절하는 핵산 분해 효소 규명 - 자외선 조사에 의한 세포 내 sedDNA 생성물 안정성 변화 확인 - 시간별 sedDNA 안정성 및 금속 보조인자에 의한 sedDNA 안정성 변화 확인 - siRNA 기반 스크리닝을 통한 sedDNA 분해에 기여하는 효소 선별 - 선별한 유전자 검증을 위한 단일 Trex1-siRNA 기반 sedDNA 변화 확인 - Trex1 과발현에 의한 sedDNA 변화 확인 - Trex1 발현억제 및 과발현에 의한 NER 활성 확인 ∎ sedDNA 생성물 고효율 분리기술 개발 - sedDNA 손실 최소화를 위한 세포 용해 및 sedDNA 추출 조건 구축 - 원심분리법과 광생성물 특이적 DNA 면역침전 조건 비교 확인 - 신규 sedDNA 분리정제법으로 TFIIH 및 RPA 단백질 면역침전법 구축 - 원심분리, 광생성물 및 단백질 면역침전에 의한 sedDNA 분리 비교 평가 - 국제협력을 통해 NER 관련 신규 단백질 발현저해로 인한 sedDNA 변화 확인 ∎ sedDNA 정량적 측정 플랫폼 개발 - protamine sulfate 기반 sedDNA 고정 기술 구축 - protamine sulfate 기반 광생성물 특이적 항체를 활용한 sedDNA 분석 - streptavidin 및 DNA labeling 기법을 활용한 sedDNA 확인 - 분석기법 상호비교 및 평가 - TREX1에 의한 sedDNA 분해 메커니즘 규명을 위한 시험관 분석 수행 - 국제협력을 통해 sedDNA 검출기술 기반 RNA-DNA 혼성체 분리 기술 확립 ∎ 피부조직 대상 sedDNA 정량분석을 통한 개인별 NER 활성 측정 - 국제협력을 통해 피부조직에서 epidermis 분리 조건 및 조직 용해법 최적화 - 크기별 조직 생검을 대상으로 sedDNA 검출한계 분석 - 피부조직 기반 sedDNA 검출 변동성 감소를 위한 보정 확인 - UV 조사 시 발생하는 변동성을 최소화하기 위한 UV 정밀조사 챔버 개발 - 피부조직 기반 CPD 함유 sedDNA 검출 가능성 탐색 - 피부조직 기반 sedDNA 분석을 통한 개인별 NER 활성 차이 확인 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ∎ 세포 및 조직 항상성을 보장하기 위해 sedDNA는 효율적으로 분해되어야 하지만 이와 관련된 메커니즘은 현재까지 알려진 바가 없기에, TREX1이 sedDNA 분해에 기여한다는 사실을 발견한 것은 과학적으로 매우 중요함. ∎ 인간의 종양 세포에서 발견되는 다양한 형태의 세포질 DNA 조각들이 항암제 내성에 기여하기에, 본 연구를 통해 규명된 sedDNA의 분해작용은 추후 종양 세포의 항암제 내성을 극복하는 효과적인 항암치료 개발에 유용한 정보를 제공함. ∎ 본 연구에서 핵심이 되는 sedDNA 분석기술을 보다 고도화한다면 개인별 DNA 손상복구 활성도를 직접적으로 상호비교할 수 있어, 추후 개인 맞춤형 암 치료법을 개발하는 데 큰 도움이 될 것으로 기대함. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 최준혁
• 주관연구기관 : 한국표준과학연구원
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. DNA 복구;뉴클레오티드 절단 복구;자외선;DNA 손상;암; 2. DNA repair;NER;UV radiation;DNA damage;Cancer;

□ 연구개요 총 3년에 걸쳐 진행된 본 연구를 통해 전 세계에 분포하는 둥굴레속 식물을 대상으로 명명법 연구, 형태와 유전변이 양상 분석, 계통유연관계 분석을 진행하여 속 내 종의 한계를 설정하고 실체가 확인된 종 목록을 새롭게 작성하였음. 국가별 분포 식물을 대상으로 순차적으로 250개 이상의 학명을 검증하였고, 14,000여점의표본을 유형화하며, 주요 표본관과 야외채집 샘플을 수집하여 형태적변이 양상과, 분자계통분석을 수행하였음. 연구결과 3개의 학명에 대해 lectotypication을 진행하였고, 일부 분류군에 대해 새롭게 분류학적 처리를 수행하였으며 둥굴레속 분류군들의종다양성 기원지를 특정하고 분화시점을 파악하였음. □ 연구 목표대비 연구결과 본 연구의 목표는 크게 다음과 같이 네 가지로 정리하여 연구를 수행하였음: 1) 지역별로 표본 및 식물종 샘플을 1차적으로 수집하고, 2) 이 후 연관 학명 명명 관계 확인 및 정정하여 목록화, 3) 3차적으로 표본 및 수집 샘플의형태적, 분자적 분석을 통해 형태 및 유전변이 양상을 파악하고, 4) 마지막으로 분석된 변이양상을 바탕으로 계통유연관계와 그룹 별 분화시기를 분석하여 종의 한계를 설정. 본 연구를 통하여, 속에서 기존에 발표된 256개의 학명을 목록화하여 총 93개의 정명을 정리하였고, 계통연구에 기반하여 기존 인석된 정명 중 일부를 이명처리하여 분류학적 처리를 수행하였음. 분자계통 연구와 형태관찰을 통해 P. verticillatum 지역집단 중 신종후보를 발굴하였으며, 총 둥굴레속 70분류군 352개체를 수집하여 엽록체 유전체 데이터와 200개의 유전자 데이터를 수집하였음. 수집된 데이터를 바탕으로 계통수를 작성하여 기존에 보고된 분류군 사이의 계통유연관계를 수정 보완하였고, 추가적으로 둥굴레속 70분류군의 분화시점 및 기원을 파악한 결과 분석 결과 둥굴레속 분류군들의 분화시점과 기원지를 특정하여 당초 연구목표한 내용을 100퍼센트 이상 초과 수행하였음. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 연구개발 성과의 활용: 본 연구는 둥굴레속 식물 전체를 아우르는 광범위한 샘플수집을 포함하며 유전체 전체에 걸쳐 수백개의 유전자를 타깃하여 염기서열 분석이 가능한 target capture 분석법을 단자엽 식물에 성공적으로 적용한 예로서 단자엽식물 나아가 피자식물 전체의 계통연구에 활용이 가능할 것임. 본 연구 결과 둥굴레속의 일부 분류군의 분류학적 처리가 새롭게 수정되어 해당속의 생태, 생리연구 등 기초연구와 활용연구 모두에 새로운 분류체계로 제공될 것이며 GSPC 전략1에서 명시하는 전지구식물의 온라인 목록화 작업의 한 예로서 위협의 강도가 높은 타 분류군의 연구모델로 활용이 가능할 것임. 연구개발 성과의 기대효과: 본 연구 결과는 아시아 전역에서 약용, 식용으로 활발하게 이용되고 있는 자연 자원인 둥굴레속에 대한 속 수준의 통합적 분류연구로 상업적 이용시 동정오류로 인한 혼동을 방지하는데 기초 자료를 제공할 것임. 상업적 이용가치가 큰 둥굴레속 식물의 종의 한계설정이나 종간의 계통학적 유연관계 연구를 통해 둥굴레속 식물 중 자원가치가 높은 식물과 유연관계가 높은 새로운 자원식물의 발굴을 기대할 수 있음 (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이수랑
• 주관연구기관 : 조선대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 둥굴레;계통분석;형태변이;분화시기; 2. Polygonatum;Phylogenomic;Morphological variation;Divergence time;

□ 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;

□ 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;

□ 연구개요 식물면역 단백질인 NPR1은 전사공활성인자로 많이 연구되었지만 우리 연구진은 NPR1이 엽록체에도 존재함을 밝힘으로써 dual localization (핵, 엽록체), dual role(전사인자, redox에 따른 역행신호분자)의 단백질임을 증명하였다. 엽록체에 oligomer 형태로 유입되어 다량으로 존재하다가 스트레스 등 외부 환경변화와 Circadian Rhythm에 따른 redox 변화에 따라 엽록체에서 나와서 세포질을 경유한 후 Importin 복합체를 형성하여 핵공을 통해 핵으로 유입됨을 확인하였다. 이로써 NPR1이 실제 엽록체에서 핵으로 이동하는 역행신호단백질임을 증명하였다. □ 연구 목표대비 연구결과 ■ 연구 목표: NPR1의 역행신호분자 작용, 한 개의 단백질이 다른 위치, 다른 기능 o 고염분 스트레스에서 NPR1은 엽록체에 축적되며 chaperone과 antioxidant로서 작용하여 protein homeostasis를 유지함으로써 광합성능을 제고하고 스트레스 저항성을 높여주는데 엽록체에서의 NPR1의 이러한 기능은 핵에서의 전사활성인자 외에 새로운 분자적, 생리적 기능이 확인된 것임 o RbcL의 chloroplast transit peptide (cTP) 유전자 절편을 NPR1의 5’에 결합하여 제조한 엽록체 표적 NPR1-GFP 단백질 (p35S::cTP-NPR1-GFP)이 엽록체에서 다량의 oligomer로 존재하였지만 고염분 스트레스 이후 핵에서 monomer로 확인됨 o pNPR1::NPR1-GFP의 형질전환식물체를 이용하여 핵 NPR1의 존재가 Circadian Rhythm 양상을 나타내었으며 NPR1에 의해 조절되는 PR 전사체가 유도됨 o 엽록체에서 cTP를 제거하는 stromal processing peptidase의 돌연변이체 애기장대(spp)에 vaccum filtration된 cTP-NPR1-GFP에서는 고염분 스트레스 처리에서도 핵NPR1이 존재하지 않았는데 이는 스트로마에서 cTP가 제거되지 않았기 때문에 핵으로의 이동도 일어나지 않은 것임 ➔ NPR1은 엽록체에서 핵으로 이동하는 역행신호분자, dual localization, dual role o 엽록체→핵으로의 역행이동은 암상태에서 더 뚜렷하게 나타나며, 빛에 노출되면 엽록체 NPR1과 핵 NPR1의 반감기가 짧아지며, 단백질 분해는 proteasome에 의해 이루어지므로 NPR1의 light-induced proteasome degradation을 나타내었음 o 기능유전체 분석을 위해 NPR1의 역행이동이 활발한 시기와 역행이동이 일어나지 않는 시기를 구별하여 RNA-sequence를 수행한 결과 Nuclear Localization Signal (NLS)에 결합하여 표적 단백질의 핵 유입에 관여하는 Importin factors를 구성하는 단백질의 전사체인 Importin a-1b, Importin B, Nuclear Transport Factor, Ran-Binding Protein 7을 확인하였음, 역행이동단백질의 새로운 핵유입기작 제시 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) o NPR1은 스트레스 및 병저항성을 유도하는 역행신호전달인자이며, 엽록체에서는 항산화기능을 갖는 단백질로서, 세포내 위치 및 형태에 따라 서로 다른 기능을 확인 ➔ 특정 단백질이 세포내에서 두 개 이상의 서로 다른 위치에 존재함으로써 세포가 환경변화에 효율적으로 대응하고 세포내 다양한 과정을 조절할 수 있는 중요한 조절기작임을 확인하여 단백질 기능의 새로운 기초 이론 창출에 기여 o 병원균 감염에 의해 SA의 증가로 인해 환원적 상태가 되면 NPR1의 oligomeric 형태에서 이황화다리가 깨어져 monomer로 전환되어 핵으로 유입된다는 이론 ➔ 엽록체에서 세포의 분자적 조절을 위해 세포질로 이동 후 Importin factor가 NPR1의 NLS에 부착, 핵공을 통해 핵안으로 유입 ➔ 신호단백질의 새로운 핵유입기작 이론 제공 o 엽록체 역행신호단백질의 실질적 이동을 증명 ➔ Abiotic/Biotic 스트레스 저항성 유도에 활용하여 저항성 작물 선발 및 작물 제작, 엽록체 광합성능 제고에 활용 (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 박기영
• 주관연구기관 : 순천대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 역행신호전달;엽록체;활성산소;스트로마 프로세싱 분해효소; 2. Retrograde signaling;NPR1;chloroplast;reactive oxygen species;Stromal Processing Peptidase;

□ 연구개요 본 연구에서는 전도전자가 매개하는 간접교환 상호작용에 의해 복잡하고 다양하게 전자구조의 변화를 보이는 4f 전자 근간의 희토류 란탄-보라이드 강상관 자성전도체 시료에 대해 펄스 ¹¹B 핵자기공명을 측정하고 그중 특히 스핀-스핀 완화과정의 진동적 감쇠 과정을 정밀하게 분석하여, 전자스핀 간의 간접교환 상호작용의 변화를 미시적으로 규명하고자 한다. □ 연구 목표대비 연구결과 희토류 란탄-보라이드계 강상관 자성전도체중 GdB₄와 DyB₄, EuB₆ 및 YbAlB₄에 대하여 스펙트럼, 공명선 이동 및 선폭, 스핀-스핀 및 스핀-격자 완화과정 등 기본적인 핵자기공명 측정을 온도, 자기장 방향 및 주파수에 따라 측정하였고 흥미로운 결과를 축적하였다. 다음 단계로 스핀-스핀 완화과정을 시료의 결정축에 대한 자기장의 방향 및 온도에 따라 심층적으로 정밀하게 측정하였다. 상기 시료에 대해 액체헬륨을 흘려가며 4K 까지 온도, 자기장 방향 및 공명 주파수(측정 핵 자리)를 바꿔가며 광범위하게 스핀-스핀 완화과정의 진동을 측정하였고, 이것을 후리에 변환하여 정밀한 자료를 풍부하게 측정하였다. EuB₆에서 자기장 방향 및 공명 주파수에 따라 T₂ 진동의 진폭 및 주파수가 달라짐을 측정하였고, 강자성 상전이와 결부되어 T₂ 진동이 변화함도 관측하였다. GdB₄ 및 DyB₄에서는 4f의 자기모멘트에 의한 선폭 넓어지기가 대단히 심각하여 공명선을 분리해 내는 것이 매우 어려웠고, T₂ 진동의 진폭, 주기 및 감쇠를 정밀하게 측정하는 데 한계가 있었다. 이들의 T₂ 감쇠는 4f 전자스핀 때문에 EuB₆와 매우 다르게 측정되었다. YbAlB₄에서는 다른 시료들과 대비되는 또 다른 T₂ 진동을 측정하여 상당한 실험자료를 획득하였다. 이러한 차이는 4f 전자스핀 모멘트의 크기와 구조, 인접한 보론 핵 자리의 개수 등에 기인한다. 여러 시료의 측정결과를 비교하고 체계적으로 분석 중이며 이론계산을 수행하여 간접교환상호작용의 국소적 변화를 미시적으로 규명할 것이다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) T₂ 진동은 그동안 별로 보고되지 않았는바, 그 이유는 여러 조건이 충족되어야 하기 때문이다. 따라서 본연구에서 측정된 다양한 실험자료들은 전도전자에 의해 매개되는 4f 스핀 간의 간접상호작용에 대한 심층적인 정보를 제공할 것이고, 나아가 란탄-희토류 기반의 강상관 자성전도체에서 국소전자구조를 미시적으로 이해하는 데 크게 기여할 것이다. 이것이 본연구의 중요성이다. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이무희
• 주관연구기관 : 건국대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 희토류-보라이드 강상관계;11B 핵자기공명;스핀-스핀 완화과정 T2;T2의 진동적 감쇄;간접교환 상호작용; 2. Rare-earth Borides;11B NMR;Spin-spin relaxation T2;Slow-beat of T2 decay;Indirect exchange interaction;

비공개항목입니다.

• 연구책임자 : 구민희
• 주관연구기관 : 연세대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 삼중음성유방암;단세포 BioPhysical 분석;방사선치료 저항성;바이오마커 표적 나노프로브;방사선 감응성; 2. triple negative breast cancer;single cell clone biophysical analysis;radiation therapy resistance;biomarker-targeted nanoprobe;radiosensitivity;

□ 연구개요 본 연구과제는 양자플라즈마(quantum plasma)에서의 파동-플라즈마 및 플라즈마-플라즈마 상호작용 연구를 위하여 양자플라즈마의 경계면에서 전파되는 표면파의 감쇄 및 성장과 원자충돌 현상에 의한 산란단면적에 작용하는 양자효과와 비선형 플라즈마 차폐효과를 연구하여 양자플라즈마의 물리적 특성을 밝히고 이를 양자플라즈마, 고밀도 천체플라즈마 등에 응용할 수 있는 양자 플라즈마 현상을 탐구하는 과제이다. □ 연구 목표대비 연구결과 모든 연차별 목표를 100% 달성하였다. 특히 최초 선정시 계획에 없었던 추가연구를 수행하여 2차년도에는 강하게 결합된 플라즈마에서 Wigner time-delay, lower-hybrid surface wave, space charge wave in a self-gravitating plasma, 3차년도에는 충돌 플라즈마에서의 이온 온도 효과, 난류가 란다우 감쇄에 미치는 영향 등을 연구하였다. 당초 계획한 연차별 목표는 다음과 같으며 이를 모두 달성하였다. (1) 1차년도 연구목표: 양자플라즈마 표면파 및 전자산란 연구 - 양자플라즈마 및 비평형 (r, q) 표면파의 분산식 및 성장률 계산 - 양자플라즈마에서의 Compton 산란 계산 (2) 2차년도 연구목표: 양자이온음파 표면파 및 Shannon Entropy 연구 및 추가연구 - 양자이온음파, 난류플라즈마 등의 표면파의 분산식 유도 및 성장률 계산 - 강하게 결합된 플라즈마에서의 원자 Shannon Entropy 계산 (3) 3차년도 연구목표: 강하게 결합된 양자 플라즈마에서 불안정성과 제동복사 연구 및 추가연구 - Two-stream 불안정성의 양자적 효과 계산 - 원통형 플라즈마에 대한 TG mode 연구 - 양자플라즈마에서의 전자-이온 제동복사 계산 (4) 4차년도 연구목표: 양자더스트 표면파 및 양자플라즈마 OST 연구 - 더스트 플라즈마에서의 양자적 효과 및 표면파 계산 - 양자 streaming 플라즈마에서의 표면파의 불안정성 계산 - 양자플라즈마에서의 occurrence scattering time (OST) 계산 (5) 5차년도 연구목표: 양자플라즈마 파동의 비선형 효과 및 이온화 연구 - 비선형 효과가 양자플라즈마 표면파에 미치는 영향 계산 - 전하포획 계산, Photoionization 계산 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 양자플라즈마 내에서 표면파의 불안정성과 여러 원자 층돌현상에 대한 본 연구를 통하여 이상적 플라즈마 또는 약하게 결합된 플라즈마를 나타내는 고전적인 Debye 가림 모델로는 여태껏 설명하지 못하였던 양자효과, 비선형 가림효과, 중성충돌 효과등의 변화에 따른 양자플라즈마 표면파의 불안정성과 여러 충돌 과정에 대한 산란 단면적 및 반응률의 변화를 조사할 수 있을 것으로 기대하며 이를 통하여 보다 정확한 원자 천이율(atomic transition rate)을 알아내고, 또한 이로 인하여 방출되는 연속 혹은 불연속 방사 스펙트럼을 보다 명확히 이해 할 수 있을 것으로 판단된다. 그리고 이러한 연구결과를 바탕으로 향후 양자플라즈마 내에서 전자분포 형태와 결합 파라미터(coupling parameter), 축퇴파라미터(degeneracy parameter) 등 여러 플라즈마 파라미터들을 규명할 수 있을 것으로 생각하며, 이들 양자플라즈마로부터 방출되는 스펙트럼을 조사, 분석하는데 많은 도움이 될 것으로 보인다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이명재
• 주관연구기관 : 한양대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 양자플라즈마;표면파;란다우감쇄;제동복사;횡적 축약 방법; 2. quantum plasma;surface wave;Landau damping;bremsstrahlung radiation;transverse truncation method;