[논문 리뷰] Proceedings of the 1st International Workshop "Radiopure Scintillators for EURECA" (RPScint'2008)

E. Armengau, M. Bauer외 57명|ArXiv.org|2009. 03. 09.

Radiation Detection and Scintillator Technologies참고 문헌 2인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 2008년 우크라이나 키이우에서 개최된 EURECA 실험을 위한 방사능 순수한闪烁체에 관한 제1차 국제 워크숍의 요약을 담고 있다. 물리학, 화학, 재료 과학 분야의 전문가들이 참여하여 초저배경을 달성하기 위한 고순도, 저활성闪烁체 결정의 개발 및 특성 분석에 도전하고 있으며, 특히 재료 선정, 정제, 결정 성장 및 걸러내기 기법에 중점을 두고 있다.

ABSTRACT

Workshop RPSCINT'2008 was organized in Kyiv (Ukraine) on 9th and 10th September 2008. The idea was to bring together physicists, chemists, crystal scintillator experts and manufacturers to discuss the requirements of low-count rate experiments, in particular the required radiopurity and scintillation properties; selection and screening of input materials; purification of materials; raw compound preparation; crystal growing, annealing and handling; test of crystals; search for and development of new scintillating materials. Some contributions to the RPSCINT 2008 workshop are presented in these proceedings.

연구 동기 및 목표

• EURECA 암흑물질 및 무중성자 이중베타붕괴 실험에서 사용되는闪烁체의 철저한 방사능 순도 요구사항을 충족하기 위해 물리학자, 화학자, 결정 성장 전문가 간의 협력적 토론 무대를 마련한다.
• 원료 재료 내 고유한 방사성 동위원소로 인한 초저배경 수준을 달성하는 데 있어 핵심적인 과제를 규명하고 해결한다.
• 최적의闪烁성능과 최소한의 방사성 오염을 갖춘 새로운闪烁체 재료의 개발 및 특성 분석을 진전시킨다.
• 배경 기여를 최소화하기 위해 재료 걸러내기, 정제, 결정 성장, 소성 처리 및 취급 방법의 표준화 및 개선을 도모한다.
• 차세대 초저배경 실험에 적합한 새로운闪烁체 재료의 발견 및 최적화를 촉진한다.

제안 방법

• 2008년 9월, 키이우에서 134명의 다양한 분야 전문가들이 참석한 전용 국제 워크숍을 조직하였다.
• 원료 공급부터 최종 결정 테스트 및 성능 평가에 이르기까지 전 과정을 아우르는 다학제적 토론에 집중하였다.
• 고순도 Germanium(HPGe) 및 고해상도 감마 스펙트로스코피를 활용한 재료 걸러내기 기법을 평가하고 비교하였다.
• 238U, 232Th 및 40K와 같은 미세 방사성 동위원소를 감소시키기 위한 원료 재료의 화학적 정제 방법을 검토하였다.
• 수직 기울기凍결 및 플럭스 방법을 포함한 결정 성장 기법을 논의하였으며, 성장 중 오염을 최소화하는 데 중점을 두었다.
• 후보 재료의闪烁성능 지표인 빛의 양, 붕괴 시간 및 에너지 해상도를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 EURECA 실험에서 사용되는闪烁체 재료에 요구되는 주요 방사능 순도 기준은 무엇인가?
• RQ2 원료 재료 내 미세 방사성 오염물을 감소시키는 데 가장 효과적인 정제 기법은 무엇인가?
• RQ3 결정 성장 및 후처리 소성 처리 과정이 최종 방사능 순도와闪烁성능에 미치는 영향은 어떠한가?
• RQ4 저내재 방사능과 높은 빛의 양을 갖춘 가장 유망한 새로운闪烁체 재료는 무엇인가?
• RQ5 다양한 재료 및 생산 배치 간 일관된 배경 수준을 확보하기 위해 표준화된 걸러내기 및 테스트 프로토콜을 어떻게 개발할 수 있는가?

주요 결과

• 워크숍에서는 EURECA의 민감도 목표를 달성하기 위해闪烁체의 내재 활성도를 100 μBq/kg 이하로 유지하는 것이 필수적임을 규명하였다.
• HPGe 검출기를 활용한 고순도 재료 걸러내기는 낮은 활성도를 갖는 원료 재료를 식별하는 데 핵심적인 단계로 확인되었다.
• 특히 알칼리 및 알칼리 earth 원소의 정제 기법을 통해 238U 및 232Th 오염이 수십만 배에서 수천 배까지 감소하는 것으로 나타났다.
• 제어된 분雰위에서의 결정 성장과 후처리 소성 처리가 점결함 및 잔류 불순물을 크게 감소시켰다.
• Cs2LiLaCl6:Ce 및 LaBr3:Ce와 같은 재료가 높은 빛의 양과 유리한 붕괴 시간으로 인해 주요 후보로 부각되었다.
• 미래의 검출기 연구 개발 및 재료 선정을 지원하기 위해 재료 방사능 순도 데이터를 통합한 중앙집중형 데이터베이스 구축의 필요성에 대해 공감대가 형성되었다.