□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 연소도 효과를 고려한 통합전산코드의 검증, 평가모델 및 방법론 개발/개선 등을 통한 설계기준사고 규제검증기술의 고도화 ◼ 전체 내용 ㅇ 핵연료/열수력 통합전산코드 검증 및 핵연료모델 개발 ㅇ 노심 냉각유로변형 영향평가 규제기술 개발 ㅇ 통합코드기반 LOCA 최적계산 및 불확실도 평가방법론 개선 ㅇ 고연소 핵연료 신안전기준 개발 ㅇ 노심비대칭 과도사고 안전여유도 평가방법론 개발 ◼ 1단계(‘18-’20) ❏ 목표 ㅇ 핵연료/열수력 통합코드 검증과 핵연료모델(핵연료재배치, 크러드 열저항) 개발 ㅇ 설계기준사고의 노심냉각성능 규제검증방법론 및 기준 개발 ❏ 내용 1. 1차년도(2018) - 핵연료/열수력 통합코드용 핵연료모델 기반기술 개발 - 노심 냉각유로변형 영향평가를 위한 열수력 현상 규명 - 통합코드 적용을 위한 LBLOCA 최적평가방법론 개선사항 도출 - 고연소도 핵연료 신안전기준 개발항목 도출 및 비대칭사고 핵심현상 도출 2. 2차년도(2019) - 핵연료/열수력 통합코드용 핵연료모델 개발 - 노심 냉각유로변형 영향평가를 위한 열수력 모델 개발 - 통합코드를 활용한 LBLOCA 최적평가방법론 개발 - 전노심 핵연료 연소이력 생산 및 연소성능 분석 - 고연소도 핵연료 신안전기준 개발 및 비대칭사고 분석방법론 개발 3. 3차년도(2020) - 핵연료/열수력 통합코드용 핵연료모델 평가 - 노심 냉각유로변형 영향평가를 위한 열수력 모델 적용성 평가 - 통합코드 LBLOCA 최적평가방법론의 발전소 적용성 평가 - LOCA시 핵연료 형상변형 분석을 위한 원전 모델링 - 고연소도 핵연료 신안전기준 개발 및 비대칭사고 분석방법론 정립 ◼ 2단계(‘21-’22) ❏ 목표 ㅇ 핵연료/열수력 통합코드 및 핵연료모델(핵연료재배치, 크러드 열저항) 개선/검증 ㅇ 설계기준사고의 노심냉각성능 규제검증방법론 및 기준 개발 ❏ 내용 1. 4차년도(2021) - 핵연료/열수력 통합코드용 핵연료모델 개선 - 노심 냉각유로변형 영향평가를 위한 수력학 모델 개선 - 고연소도 핵연료 신안전기준 적용성 평가 - 연소도 효과를 고려한 최적평가 지침서 초안 개발 - LOCA시 연소도별 핵연료 형상변형을 고려한 노심냉각성능 평가 - 비대칭사고 안전여유도 평가 2. 5차년도(2022) - 핵연료/열수력 통합코드용 핵연료모델 검증 - 노심 냉각유로변형 영향평가를 위한 열전달 모델 개선 및 평가 - 고연소도 핵연료 신안전기준 적용성 평가 - 연소도 효과를 고려한 최적평가 지침서 최종안 개발 - LOCA시 핵연료 형상변경을 고려한 노심냉각성능 평가 - 비대칭사고 현안별 규제입장 정립 □ 연구개발성과 ⦁ 핵연료/열수력 통합전산코드 검증 및 핵연료모델 개발 FRAPTRAN과 MARS-KS 안전해석 코드를 통합하여 FAMILY 전산코드를 개발 및 검증하였음. FAMILY 코드 검증을 위해 ① 신연료 및 고연소 핵연료 LOCA 실험 자료를 활용한 FAMILY 코드 예측성능 검증과 ② Halden 및 SCIP IV 국제공동연구 가입을 통한 검증 DB 구축을 수행하였음. FAMILY 코드의 핵연료 모델 개발을 위해 ① QT 핵연료재배치 모델 검증 및 개선, 재배치 핵연료 출력모델 개선을 수행. ② 냉각재 환경을 고려한 크러드 열저항 모델 개발 및 안전해석 영향평가를 수행. 추가적으로 분산 핵연료의 잠재적 안전현안 규제검증방법론 개발과 재임계 안전성 규제검증 예시 계산을 수행하였음. ⦁ 노심 냉각유로변형 영향평가 규제검증기술 개발 LOCA 시 노심 냉각유로 변형 관련 규제검증기술 개발을 위해 ① 냉각유로 변형의 열수력 영향평가 및 LOCA 시 핵연료거동 평가 방법론 개발, ② LOCA 시 노심 변형 심각도 평가 및 전(全) 노심 핵연료 파열율평가 방법론 개발을 수행. 통합전산코드의 최신화와 성능 확장을 위해 ① 산화층 및 크러드 열저항 모사가 가능한 핵연료 다층 열전달 모델 및 핵연료 다차원 열전달모델 개념 개발, 피복재 고온변형 모델 개발과 ② 통합전산코드의 계통열수력코드 최신화 및 유로변형을 반영한 체적변화모델 개발 연구를 수행하였음. ⦁ 고연소도 핵연료 신안전기준 및 규제검증기술 개발 비상노심냉각계통(ECCS) 허용기준 법제화 분야에서는 ECCS 허용기준 개정을 위해 고시 제2017-23호 개정(안)과 2종의 규제지침서 개발 및 심사지침서 개선 연구를 수행하였음. 반응도사고에 대한 규제검증 분야에서는 ① 제어봉 이탈사고 규제지침 개발과 ② 최신 연구로 실험자료 평가 및 평가방법론 개발 연구를 수행하였음. ⦁ 통합코드기반 LOCA 최적계산 및 불확실도 평가방법론 개선 냉각재상실사고 규제검증방법론(KINS-REM) 개선을 위해 최적평가 핵연료 불확실도 변수의 선정, 통합코드 활용 LBLOCA 최적평가방법론 개선사항 도출 및 연소도 효과를 고려한 최적평가지침서 개선 연구를 수행하였음. 노심 핵연료 연소이력 생산 및 연료봉 연소성능 분석, 통합코드 발전소 모델링 및 예시계산과 LOCA 시 연료봉 파손분율 평가 및 핵연료형상변형을 고려한 노심냉각성능 평가 연구를 수행하였음. ⦁ 노심비대칭 과도사고 안전여유도 평가방법론 개발 노심 비대칭 과도사고 평가방법론 개발을 위해 비냉각재상실사고 해석 기술 현황 분석, 노심 열수력 비대칭 사고 해석 기술 개발 및 적용성 평가, 부수로 해석코드를 이용한 전노심 DNBR 평가기술 및 온도/붕소/유량 비대칭 현안해결을 위한 규제기술 개선 연구를 수행하였음. 이상의 연구 수행으로, - 전산 소프트웨어 등록 3건, - 정책제안 6건(고시 1건, 규제지침 3건, 심사지침 1건, 인허가 예비해석 1건) - 안전기술보고서(N-Star) 23건, - 연구논문 게재/발표 89편 (SCI 13편, 국외학회 26편, 국내학회 50편), - 기술보고서 등 38건, - 핵연료 성능 DB 구축 3건, - 규제검증방법론 4건(계획하지 않은 성과 1건 포함), - 다수의 FAMILY 통합전산코드, MARS-KS, FRAPCON/FRPTRAN 입력자료 생산 등의 성과를 도출하였음 □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ㅇ 본 연구는 핵연료/열수력 통합전산코드의 개발 및 검증과 설계기준사고 시의 노심냉각성능 규제검증방법론 및 기준 개발을 목표로 수행하였음. ㅇ 본 연구를 통해 개발한 정책제안과 FAMILY 전산코드, 검증방법론 등은 고연소 핵연료 특성을 반영한 비상노심냉각계통 및 제어봉이탈사고 국내 허용기준 재설정과 규제 검증방법론으로 적용이 가능함. ㅇ 특히 ‘23년 특정기술주제보고서 및 ‘25년 운영변경허가 심사로 예정된 OPR1000 및 WH형 원전의 냉각재상실사고 및 비냉각재상실사고 신규 안전해석 인허가에 규제검증 계산 도구로서 직접 활용할 수 있음. ㅇ 본 과제는 신규 허용기준에 대응하는 냉각재상실사고 및 반응도사고 등의 규제검증기술을 선도적으로 개발하여 적절한 규제방향을 정립하는데 기여하고, 비상노심냉각계통 허용기준 고시 개정(안)의 이행을 위한 산업체의 기술개발(전산코드, 방법론 개발 등)을 적극적으로 유도함으로써 국민들의 원전 수용성 제고에도 기여함. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이주석
• 주관연구기관 : 한국원자력안전기술원
• 발행년도 : 20230400
• Keyword : 1. 통합전산코드;설계기준사고;고연소도;신안전기준;노심냉각성능; 2. Integrated Computer Code;Design basis accidents;High fuel burnup;New safety criteria;Core coolability;

□ 연구의 목적 및 내용 ○ 연구개발과제의 최종 목표 DXA 2차원 골밀도 영상 기반 3차원 대퇴부 유한요소 생체정확도 모델을 구축하고 CT 기반 모델과 비교, 지역사회 노인 코호트 및 병원자료 기반 골절위험도 평가를 통해 검증함 ○ (주관연구개발과제): DXA 2차원 골밀도영상 기반 3차원 대퇴부 유한요소 생체 정확도 모델을 구축, CT 기반 모델과 비교 및 지역사회 노인코호트 및 병원자료 기반 골절위험도 평가 검증 수행 - 연구개발 내용 1: 지역사회노인코호트 및 병원자료 기반 DXA-CT paired dataset 확보 - 연구개발 내용 2: CT 영상 기반 생체정확도 유한요소모델 (biofidelic FEM) 구축 및 골절 연관 주요 파라미터 추출 - 연구개발 내용 3: DXA 영상 2D-to-3D 변환 수행 및 품질 검증 - 연구개발 내용 4: 3D 변환 DXA 템플레이트 기반 biofidelic FEM 구축 후 CT FEM과 비교 - 연구개발 내용 5: 지역사회 노인코호트 및 병원자료 3D DXA biofidelic FEM 적용 및 임상적 연관성 검증 □ 연구개발성과 ○ 한-스위스 3D DXA 기반 biofidelic FEM 구축 연구 네트워크 확보 - 임상전문가와 공학전문가의 임상적 미충족 수요 해결 위한 지속 협업 가능 연구 토대 - 추후 인적 자원 교류 및 학습 가능한 네트워크 구성 - 과제 목적에 적합한 한-스위스 간 학술적 교류 및 발표 촉진 효과 ○ 3D DXA 기반 biofidelic FEM 모델 구축 및 검증 - 한국인에서 3D DXA 영상 구축 및 biofidelic FEM 모델 구축 최초 시도 - 골절예측력 개선 가능성 및 DXA 기반 기술로 임상현장 활용 가능성 높음 □ 연구개발성과의 활용계획(기대효과) ○ 과학기술적 측면 - DXA 2D-to-3D 영상 변환 및 이를 통핸 FEM 모델 구축하는 새로운 시도로, 근골격계 연구에서 중요한 기술적 발전 계기를 마련할 가능성 - 풍부한 임상자료와 cutting-edge technique 이 만나 상승효과 기대 - 성공적으로 개발될 시 대퇴부를 넘어서 척추 등 타 주요골절부위에도 확대 적용 가능성 높음 - 대퇴골절 기전에 대한 깊이 있는 기계공학적-의학적 이해로 새로운 치료 방법 탐색 가능성 ○ 경제산업적 측면 - 새로운 검진 사업화, 인공지능 의료 상용화 소프트웨어 모델을 탐색할 수 있는 기반자료 가능 - 연구과정에서 새로운 지적재산권 확보 가능 ○ 사회적 측면 - 추가적인 방사선 노출 없이, 기존 표준진료절차에서 얻어지는 DXA 영상의 이차 분석을 활용한 골절예측력 향상 연구로 성공적으로 수행시 보건의료 질 향상에 이득이 기대됨 - 조기 진단 및 예방이 필요한 골절 분야에 있어 진단 및 치료율 개선 기대 (출처 : 국문 요약문 7p)

• 연구책임자 : 홍남기
• 주관연구기관 : 연세대학교
• 발행년도 : 20230500
• Keyword : 1. 골밀도;유한요소 생체정확도 모델;지역사회 노인코호트;골절위험도;골다공증; 2. Bone mineral density;Biofidelic finite element model;community cohort;Fracture risk;Osteoporosis;finite element model;Dual energy X-ray absorptiometry;Fracture;

□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 히스톤 H3의 네 번째 라이신(H3K4)의 메틸화와 메틸전이효소 복합체의 유전자 발현 조절 메커니즘 규명 - 출아효모(Saccharomyces cerevisiae)를 모델로 이용하여 H3K4 메틸전이효소인 Set1복합체와 H3K4 methylation이 유전자 발현에 미치는 영향을 생화학 및 분자생물학적 방법으로 규명 ◼ 전체 내용 출아효모(Saccharomyces cerevisiae) 모델을 이용한 히스톤 H3의 네 번째 라이신의 메틸화(H3K4 methylation)와 메틸전이 효소 복합체의 작용 및 전사 조절 메커니즘 규명 - 1)transcription termination defect, non-coding RNA의 전사 등을 관찰, 2) total mRNA들의 localization 측정(mRNA 의 nuclear export defect 관찰), 3)Ribosome component들을 이용한 RNA IP를 통해 실제로 translation이 가능한 RNA양의 측정을 통해, 일차적으로 유전자 발현의 어느 과정에 영향을 주는가를 규명하고자 한다. 이후에는 Set1의 유무에서 변화가 보이는 pathway에 집중하여 생화학적, 분자생물학적 연구를 진행할 것이다. 궁극적으로, 우리는 전사의 전 과정 중 Set1의 유무에 특별히 영향을 받는 과정을 찾을 것이고, Set1과 H3K4me3이 전사에 어떤 영향을 주는 지 그 메커니즘을 찾을 것이다. □ 연구개발성과 1.Rad6가 Swd2/Cps35와 H3K4 메틸화효소 Set1의 chromatin recruitment를 조절하는 factor임을 확인 2. Rad6가 Swd2 complex 형성과 H3K4 trimethylation에 미치는 영향 확인 3. Set1 complex가 non-coding RNA를 포함한 전체 전사체에 미치는 영향 분석을 통한 Set1 complex 또는 H3K4 메틸화가 전사 및 번역에 미치는 영향 규명 4. Swd2가 자신의 농도를 조절하면서 Set1의 단백질 안정성 및 H3k4 메틸화에 미치는 영향 규명 5. Swd2가 Set1 complex (COMPASS)와 CPF (cleavage-polyadenylation factor) complex에서의 기능 규명 6. H3K4 methylation을 조절하는 새로운 기전인 Set1 complex 자체의 PTM을 규명 □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 학문적 기대효과 - 히스톤 H3K4 메틸화에 대한 연구는 유전자 발현에서 매우 중요하며 여러 질병과도 직접적인 관련이 있지만, 유전자 발현을 조절하는 메커니즘에 대해서는 명확한 연구가 필요한 상황임. - 본 연구과제를 통하여 히스톤 H3K4 메틸화가 mRNA를 합성하는 단계 뿐 아니라 합성 이후(mRNA export를 포함)에도 중요한 기능을 하는 것으로 결과를 얻었고, 이러한 결과는 H3K4 메틸화의 기능에 대한 관점을 변화시키는 학문적으로 매우 중요한 결과임. 연구개발 성과의 활용방안 - 본 연구과제의 결과는 기초학문을 바탕으로 출아효모라는 모델 생체를 이용하여 도출하였지만, 주요 단백질인 Set1과 Swd2는 모든 진핵생물에 보존이 되어 있는 단백질이므로, 약물의 타겟으로 개발할 가능성을 보임. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이정신
• 주관연구기관 : 강원대학교
• 발행년도 : 20230600
• Keyword : 1. 출아효모;히스톤 H3K4 메틸화;유전자 발현;H3K4 메틸전이효소(COMPASS);Swd2 복합체; 2. Saccharomyces cerevisiae;histone H3K4 methylation;gene expression;H3K4 methyltransferase(COMPASS);Swd2 complex;

비공개항목입니다.

• 연구책임자 : 윤종원
• 주관연구기관 : 한국재료연구원
• 발행년도 : 20231100
• Keyword : 1. 무전원;열복사 스위칭;에너지 절감;이산화바나듐;Fabry-Perot 간섭계; 2. thermal radiation switching;energy saving;vanadium dixoide;Fabry-Perort interferometer;

□ 연구개요 희토류 원소를 구성하는 원자핵의 구조에 대한 이론적 기반을 구축하는 것이 매우 중요하다. 특히 희토류 원소의 에너지 스펙트럼 및 전자기전이율에 관한 실험데이터는 부족한 실정이므로 이러한 이론을 바탕으로 실험데이터의 이론적 예측 및 실험 방안의 가이드라인을 제시할 수 있을 것이다. 본 연구는 IBM을 바탕으로 희토류 영역에 속하며 회전적인 성질과 진동 스펙트럼을 동시에 가지는 변형핵의 에너지스펙트럼 및 낮은 에너지준위 사이에서 일어나는 전자 기전이와 같은 핵의 성질을 analytic하게 계산하는 것이 목적이다. □ 연구 목표대비 연구결과 중간 및 무거운 짝수-짝수 변형핵의 집단운동의 성질은 핵물리학에서 중요한 과제 중의 하나로 IBM을 이용하여 다양하게 연구되어 왔다. 집단적 성질을 가진 핵의 에너지준위와 여러 가지 전자기적 성질에 대한 IBM의 성공에도 불구하고 자기쌍극자(M1) 전이에 관한 연구는 상대적으로 미흡하였다. 희토류 영역의 변형핵에 3MeV 근처의 K=1 띠에 속한 1+ 준위의 발견으로 IBM-2에 의한 집단핵의 자기적 성질의 이론 연구가 활발하게 이루어져왔다. 가위모드라 불리는 1+ 상태는 아이소벡터 궤도 M1 들뜸상태로 설명되고, 주로 희토류 영역에 속하는 강하게 변형된 핵에서 일반적인 현상으로 알려져 있는 기본 들뜸모드이다. 본 연구에서는 이를 해석학적 기술방법으로 수학적 formalism을 통해 실험적 현상을 설명하고자 한다. 최근 변형핵(deformed nuclei)과 입자의 산란 및 변형핵에 의한 방사포획반응이론 등 희토류 영역의 변형핵에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이러한 연구는 변형핵의 구조와 같은 기초적인 이론 즉 핵구조(nuclear structure)이론을 필요로 한다. 핵구조이론에 관한 연구는 현재 국내외의 많은 대학 및 연구소에서 활발히 진행되고 있다. 그러나 이론적으로 풀리지 않는 몇 가지 문제점으로 인해 거의 대부분의 연구가 수치계산(numerical calculation) 위주로 이루어지고 있다. 핵의 구조 연구에서 수치적 방법은 실험결과를 비교적 정확히 설명할 수 있는 장점이 있으나 계산과정을 파악하기 힘들어 물리적 의미를 찾기가 어렵다. 우주에서 핵합성 등의 측정 또는 실험 불가능한 상황은 이러한 이론적 모형에 의해 설명될 수 있다. 중성자 포획 후 방출 감마선을 측정한 실험결과를 이론적인 핵모형에 의하여 잔류핵의 물리적 성질(에너지준위와 전자기전이 등)이 다양하게 연구되고 있다. 그러나 많은 핵자료는 여전히 가공되지 않은 채로 있으며 이의 정밀하고 합리적인 해석을 위해 핵물리학에서 이론의 활발한 연구가 필요하다. 본 연구에서 짝수-짝수 변형핵 뿐 아니라 홀수-A 변형핵의 구조 연구를 통해 에너지스펙트럼을 포함한 전자기전이의 analytic expression이 완성되면 수치계산 결과에 대한 통찰력과 transfer reaction 및 중성자 포획반응에 관련된 실험에 이론적 기초(base)를 제공할 수 있을 것이다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 본 연구에서는 IBM과 IBFM을 바탕으로 동역학적 대칭인 Hamiltonian에 phase transition에 관련된 1차 섭동항을 첨가하여 비교적 넓은 범위에 해당하는 변형핵의 에너지스펙트럼 및 전자기적 성질을 analytic expression으로 나타내고자 한다. 이 결과는 물리적 통찰력을 제공할 뿐만 아니라 기하학적 모형과의 대응·비교를 통해 집단모형(collective model)내의 상호관계 정립에 기여할 수 있을 것이다. 우주에서 핵합성 등의 측정 또는 실험 불가능한 상황은 이러한 이론적 모형에 의해 설명될 수 있다. 중성자 포획 후 방출 감마선을 측정한 실험결과를 이론적인 핵모형에 의하여 잔류핵의 물리적 성질이 다양하게 연구되고 있다. 그러나 많은 핵자료는 여전히 가공되지 않은 채로 있으며 이의 정밀하고 합리적인 해석을 위해 핵물리학에서 이론의 활발한 연구가 필요하다. 본 연구에서 짝수-짝수 변형핵 뿐 아니라 홀수-A 변형핵의 구조 연구를 통해 에너지스펙트럼을 포함한 전자기전이의 analytic expression이 완성되면 수치계산 결과에 대한 통찰력과 transfer reaction 및 중성자 포획반응에 관련된 실험에 이론적 기초(base)를 제공할 수 있을 것이다. 특히 희토류 원소의 에너지 스펙트럼 및 전자기전이율에 관한 실험데이터는 부족한 실정이므로 이러한 이론을 바탕으로 실험데이터의 이론적 예측 및 실험 방안의 가이드라인을 제시할 수 있을 것이다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이수연
• 주관연구기관 : 동의대학교
• 발행년도 : 20230900
• Keyword : 1. 희토류 원소;변형핵;보오존 상호작용 모형;보오존-페르미온 상호작용 모형;중성자 포획반응; 2. rare-earth nuclei;deformed-nuclei;IBM;IBFM;neutron-capture reaction;

□ 연구개발 목표 및 내용 ㆍ 최종 목표 본 연구는 그래핀(graphene)을 사용하여 우수한 테라헤르츠파 검출기(terahertz wave detector)를 구현하는 것이 목표다. 그래핀은 일반 금속에 비해 큰 열전기력(thermoelectric power) 특성을 갖고 조절가능한데, 이것을 이용하면 테라헤르츠파(terahertz wave)를 간단하면서 정밀하게 측정할 수 있다. 본 연구를 통하여 현재 테라헤르츠파 검출 기술의 한계를 극복하고, 상온에서도 작동 가능한 테라헤르츠파 이미징(imaging) 기술로 발전시킬 계획이다. 특히 그래핀으로 수백 개의 검출기 배열(array)을 만든 후 그래핀의 유연성(flexibility)을 이용하여 반구 모양의 유연한 절연체 기판위에 배열해 놓으면 사람의 눈과 같은 형태가 되는데, 이는 테라헤르츠파 검출 성능을 더욱 향상시켜 이미지화할 수 있는 효과적인 “눈(eye)”이 될 것이다. ㆍ 전체 내용 테라헤르츠 기술은 그 발생기와 검출기 개발의 어려움으로 인해서 마이크로웨이브나 적외선 기술에 비하여 상대적으로 발달되지 못했다. 하지만 테라헤르츠파는 잠재적으로 보안, 의학, 천문학 및 재료검사 등 다양한 응용 분야에서 사용될 수 있다. 예를 들어 테라헤르츠파는 사람에게 은폐 된 무기를 원격으로 탐지하는 보안 검사에 사용될 수 있는데 이는 테라헤르츠파가 직물이나 플라스틱은 침투할 수 있지만 금속은 침투할 수 없는 특성 때문이다. 또한 물은 테라헤르츠파를 흡수하므로 인체의 일부도 테라헤르츠파를 이용해 이미징할 수 있다. 그리고 테라헤르츠파는 인체에 무해하기 때문에 살아있는 조직과 DNA에 대해 안전하여, 의약분야에서 폭넓게 사용 가능하며 이는 기존의 엑스레이(X-ray)를 사용하는 것보다 더 정확한 인체 내부 이미징을 가능하게 할 것이다. 그래핀은 탄소 원자의 한층으로 벌집 격자를 갖는 이차원 물질이다. 즉 부피가 없고 이차원의 표면만 있어 매우 작은 열질량 (thermal mass)을 갖고 있다. 그래핀을 이용하면 테라헤르츠타 검출기에 매우 빠른 응답속도를 주게 된다. 또한, 그래핀은 매우 낮은 전자-포논 결합성(electron-phonon coupling)을 갖기 때문에 포논 (격자) 온도에 비해 전자의 온도만 선택적으로 증가시킬 수 있어 검출기의 성능을 떨어뜨리지 않으면서 높은 측정 감도를 유지하게 된다. 테라헤르츠파를 입사하게 되면 그래핀의 온도가 올라가게 되는데, 그래핀의 저항은 온도 의존성이 약하기 때문에 테라헤르츠파 신호 검출을 위해 사용하기 어렵다. 대신에 우리는 그래핀의 크고 조절 가능한 열전기력(thermoleelctric power)을 이용하여 전자의 온도증가를 미세하게 감지할수 있다. 국제공동연구의 스웨덴 Chalmers University of Technology 측 연구책임자인 Prof. August Yurgens 그룹은 이미 실험을 통해 그래핀의 열전기력을 이용한 검출기 아이디어가 “기가헤르츠(Gigahertz, GHz)와 온도 100 K 영역”에서 성공적으로 작동함을 보여주었다. 구체적으로 94 GHz에서 광학 감도 400-700 V/W 와 잡음 등가 파워 NEP = 20 pW/Hz 로 반도체 다이오드에서 얻은 최신 결과와 비슷하거나 더 우수함을 보여주었다. 따라서 본 과제에서는 테라헤르츠파와 검출기 소자 사이의 임피던스 매칭(impedance-matching)과 대용량 검출기 소자의 디자인 최적화 등의 단계를 거쳐 새로운 테라헤르츠파 검출기 소자를 구현하려고 한다. ㆍ 1년차 ∘ 목표 그래핀을 이용한 테라헤르츠파 검출기 개발 ∘ 내용 · 테라헤르츠파와 검출기 사이의 임피던스 매칭 (impedance-matching) 해결 · 다양한 절연 기판을 사용한 검출기 작동 실험 · 그래핀의 도핑농도 및 케리어 타입의 최적화 · 포스포린(phosphorene)을 이용한 테라헤르츠파 검출기 시험 ㆍ 2년차 ∘ 목표 대면적 그래핀을 이용해서 대량으로 제작 배열된 테라헤르츠파 검출기 연구 ∘ 내용 · 대면적 그래핀의 열전기력 1/f 잡음 측정 · 실리콘 기판 위에 대면적 그래핀을 이용한 대량의 테라헤르츠파 검출기 배열 제작 · 유연한 기판 위에 대면적 그래핀을 이용한 대량의 테라헤르츠파 검출기 배열 제작 □ 연구개발성과 본 한-스웨덴 과학기술 공동 연구사업을 통해 2개의 연구 결과가 국제저널 Sensors, Journal of the Korean Physical Society 에 출판되었고, 향후 2~3개의 추가 논문이 투고를 위해 준비중이다. □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 테라헤르츠 기술은 그 발생기와 검출기 개발의 어려움으로 인해서 마이크로웨이브나 적외선 기술에 비하여 상대적으로 발달되지 못했다. 하지만 테라헤르츠파는 잠재적으로 보안, 의학, 천문학 및 재료 검사 등 다양한 응용 분야에서 사용될 수 있다. 예를 들어 테라헤르츠파는 사람에게 은폐 된 무기를 원격으로 탐지하는 보안검사에 사용될 수 있는데 이는 테라헤르츠파가 직물이나 플라스틱은 침투할 수 있지만 금속은 침투할 수 없는 특성 때문이다. 또한 물은 테라헤르츠파를 흡수하므로 인체의 일부도 테라헤르츠파를 이용해 이미징할 수 있다. 그리고 테라헤르츠파는 인체에 무해하기 때문에 살아있는 조직과 DNA에 대해 안전하여, 의약분야에서 폭 넓게 사용 가능하며 이는 기존의 엑스레이(X-ray)를 사용하는 것보다 더 정확한 인체 내부 이미징을 가능하게 할 것이다. (출처 : 요약문 3p)

• 연구책임자 : 남영우
• 주관연구기관 : 경상국립대학교
• 발행년도 : 20230500
• Keyword : 1. 그래핀;테라헤르츠파;열전기력; 2. graphene;terahertz waves;thermoelectric power;

□ 연구개요 자연계를 구성하는 물질은 강한 상호작용으로 인하여 결합되어 있는 형태로 존재하며 이를 하나의 커다란 이론적 틀에서 이해하는 것은 핵물리학 이론의 주요 연구 목표라 할 수 있다. 이는 전자기력과 약력 그리고 강한 상호작용을 통합하여 이해하려는 시도의 중요한 단계이며 이 목표를 달성하기 위해서는 강한 상호작용에 대한 많은 실험적/이론적 정보가 필요하고 또 여러 계에서 다양한 방법으로 강입자와 원자핵의 구조와 반응을 연구해야 한다. 우선 자유상태에서 각 강입자의 구조와 특성을 이해하는 것이 우선되어야 하며 이는 핵물질 연구를 위한 기본적인 정보를 제공한다. 또한 실제 원자핵 혹은 핵물질 안에서의 입자의 성질과 구조가 자유상태에서의 성질 및 구조와는 달라서 핵력에 대한 올바른 이해를 위해서는 핵물질 안에서 입자의 성질이 변화하는 현상을 고려해야 한다. 이런 연구를 통하여 중성자별과 같은 거시적 계의 구조와 성질 연구에 필요한 정보를 알 수 있다. 본 연구에서는 이를 위하여 강입자 하나로부터 핵자로 이루어진 계 그리고 중성자별까지 포함한 다양한 계에서 강한 상호작용의 변화에 관한 폭넓은 이론 연구를 수행 하여 하나의 통일된 이론을 정립하기 위한 노력에 기여하고자 한다. □ 연구 목표대비 연구결과 본 연구과제를 통하여 모두 세 분야의 연구를 진행하였다. (i) 핵자 구조 연구와 관련하여 (1+1) 차원에서의 toy model 계산을 수행하여 핵자 구조 함수가 정의 가능한 영역을 연구하였고 차세대 시설에서 수행할 수 있는 연구과제를 제시하였다. (ii) 강입자의 구조와 반응에서는 기묘도가 –2 또는 –3인 중입자의 붕괴를 쿼크 모형에서 상대론적인 보정을 고려하여 계산하였으며, 중간자의 성질을 더욱 자세히 연구하기 위해 상대론적인 모형인 light-front 쿼크 모형을 이용하여 계산하였다. (iii) 마지막으로 원자핵의 구조와 반응에 관해서는 최근 많은 관심을 끌고 있는 기계 학습을 무거운 원자핵의 알파 붕괴에 작용하여 만족할 만한 결과를 얻었으며, 별의 에너지원인 열핵반응에 기존의 R-matrix 모형보다 진일보한 이론 도구인 유효장이론을 처음으로 적용하여 유효장이론이 이 분야의 연구에 적용될 수 있음을 입증하였다. 이렇게 원래 목표하였던 연구를 수행하였다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성) 본 연구의 수행을 통하여 다양한 시스템에서 여러 경우에 대하여 강한 핵력의 변화와 입자 및 핵의 구조에 관한 정보를 제공하고자 하였다. 또한 현재 우리나라를 포함한 선진 제국의 세계적인 가속기 연구소에서 실험연구로 계획 중인 연구 주제의 선행 연구가 되어 이들 실험에 대한 이론적 배경과 당위성 그리고 그 실험 결과에 대한 이론적 예측을 제공하고자 하였다. 이와 함께 중요한 물리적 가정 혹은 구조에 민감한 물리량을 찾아 그에 대한 이론적 예측을 제공하여 실험연구와 분석을 선도하는 효과를 기대하며 이 분야에 관한 연구성과를 생산하였다. 이런 연구를 위해서는 국제 협동연구가 필수적이므로 정기적으로 소규모의 집중적인 학술 행사를 매년 개최하여 차세대 연구 인력인 대학원 학생들에게 세계적인 석학과 교류할 기회를 제공하였다. 본 연구를 통하여 핵자의 구조에서 중성자별의 중요한 에너지원인 열핵반응에 이르기까지 다양한 형태의 강한 상호작용을 연구하였으며, 이는 후속 연구로 이어질 것이다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 오용석
• 주관연구기관 : 경북대학교
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 강입자구조와 핵구조;강입자반응과 핵반응;원자핵의 붕괴 반응;중성자별과 핵물질;QCD 유효이론; 2. Hadron structure and nuclear structure;Hadron reactions and nuclear reactions;Nuclear decays;Neutron star and nuclear matter;Effective theories of QCD;

연구개요 본 연구에서는 핵포화밀도를 기준으로 이 보다 낮은 밀도에서부터 훨씬 높은 밀도에 이르는 폭 넓은 밀도 영역에 대해 핵대칭에너지를 정확하게 결정하는 방법을 모색한다. 이같은 탐색으로부터 정한 방법을 통해 핵대칭에너지의 밀도에 대한 변화가 가지는 불확실성의 범위를 제시한다. 새롭게 결정한 핵대칭에너지를 다양한 현상에 적용하여 앞서 결정된 핵대칭에너지의 적합성을 검증하고 이로부터 불확실성의 추가 제한 가능성을 모색한다. 연구 목표대비 연구결과 · 핵대칭에너지의 불확실 범위 결정 1. Korea-IBS-Daegu-SKKU (KIDS) 밀도범함수이론을 이용하여 핵대칭에너지의 밀도에 대한 변화를 결정하는 J, L, Ksym 등의 상수 범위 결정 2. 기존의 문헌에서 제시되는 J, L, Ksym의 범위는 30-35 MeV, 40-76 MeV, -760 ~ -170 MeV였으나 KIDS에 원자핵 데이터와 중성자별 관측 자료를 이용하여 결정한 범위는 J=30.0-31.5 MeV, L=44-55 MeV, Ksym=-130 ~ -50 MeV로서 기존의 불확실성을 대폭 줄이는 성과를 얻음. · 핵자의 핵물질 내 유효질량과 핵대칭에너지의 불확실성이 다양한 현상에 미치는 영향에 대한 조사 1. 중성자별과 J, L, Ksym의 상관 관계를 조사하여 중성자별의 정밀 관측이 핵대칭 에너지의 불확실성 축소에 미치는 영향에 대한 체계적인 이해 수립 2. 양성자 방울선에서 중성자 방울선에 이르는 원자핵의 주요 특성 (결합 에너지, 반경, 변형도 등)을 계산하여 중성자 초과잉 핵의 변형도, 중성자 방울선의 위치 등이 핵대칭에너지의 J, L, Ksym 값에 따라 뚜렷하게 달라지는 결과를 얻음. 3. KIDS 모형을 기반으로 하여 람다 하이퍼론의 핵물질 내 상호작용을 결정하고 핵대칭에너지가 상호작용의 형태에 미치는 영향을 분석 4. 경입자-원자핵 준탄성산란 문제에 KIDS 모형을 적용하여 핵자의 유효질량과 핵대칭에너지가 산란단면적에 미치는 영향을 연구: 유효질량의 값에 따라 산란단면적이 현저한 차이가 나타남을 보였고 전자 산란, 중성미자 산란 모두에서 자유 상태 핵자의 질량과 유사한 유효질량일 때 실험과 잘 일치함을 보임 5. KIDS 모형을 이용하여 중성자별 내부에서 중성미자와 핵자의 산란단면적과 평균 자유거리(mean free path)를 계산하여 핵자의 유효질량과 핵대칭에너지의 효과를 연구함. 유효질량, 핵대칭에너지의 밀도 의존성 모두 평균자유거리에 매우 중요한 역할을 하는 결과를 얻었으며 이 결과는 중성자별의 냉각 속도, 초신성 폭발에서 중성미자의 역할을 다시 조사해야 할 필요성을 제기함. 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성) · KIDS 모형을 이용한 국내 독자 개발 질량 모형 구축 · 중성자 과잉핵의 특성 측정과 핵반응 실험에 적용: 중이온가속기 RAON을 활용하는 연구 주제 발굴 · 기묘도를 포함하는 SU(3) flavor 공간에 대한 이론적 체계 구축: J-PARC 등의 시설에서 계획하는 hypernuclear physics experiment에 신속하게 대응 · 중성미자-원자핵 결맞음 탄성산란 (coherent elastic neutrion-nucleus scattering)의 이론적 접근: 국내에서 추진 중인 NEON 실험에 활용 · 유효질량, 핵대칭에너지의 불확실성이 초신성 폭발에 미치는 영향을 면밀하게 고찰하는 문제에 적용 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 현창호
• 주관연구기관 : 대구대학교
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 핵대칭에너지;밀도범함수 이론;중성자 과잉 희귀 동위원소;중이온 충돌; 2. Nuclear symmetry energy;Energy density functional theory;Neutron-rich rare isotope;Heavy ion collsion;

□ 연구개요 ○ [Aryl hydrocarbon receptor (AHR)-ligand binding domain 구조 규명] AHR은 dioxin과 같은 다양한 환경 독성 물질 및 내인성 리간드에 의하여 활성화되는 전사인자로 전사 파트너인 ARNT (AHR nuclear translocator)와 결합하여 생체 내에서 adaptive metabolism, dioxin toxicity와 같은 생체내 대사 뿐 아니라 세포의 항상성 유지, 세포 분화 및 interleukin, T cell 등의 면역 세포 분화에 작용하여 다양한 생리적, 면역적 발달과 기능에 중요한 역할을 함. - AHR의 ligand 결합과 DNA 결합에 의한 구조적 연구를 진행하였지만 ligand 결합과 DNA 결합이 서로에게 주고받는 구조적 allostery 기전은 아직 밝혀져 있지 않았기에 본 연구과제를 통해 이를 수행하고자 하였음. ○ [AHR의 ligand 선택성 연구] 최근 연구를 통해 tryptophan 대사물질인 kynurenine과 그 파생물질들이 AHR의 내인성 리간드로 작용하여 면역계, 암세포를 비롯하여 다양한 생리적 영향을 한다고 연구되고 있음. 하지만 ligand의 다양성이 AHR의 기능에 어떠한 선택성을 주는가 대한 구조적 allostery에 관한 연구는 미흡한 실정임. 따라서 본 연구를 통하여 AHR의 다양성과 선택성이 AHR의 기능에 어떠한 선택성을 주는가 대하여 구조적으로 접근하는 연구를 수행하고자 하며, 최종적으로 AHR의 ligand 선택성에 영향을 미치는 구조적 allostery 메커니즘에 관한 연구를 수행하고자 하였음. □ 연구 목표대비 연구결과 ◯ AHR-ligand binding domain(LBD) 과발현, 정제 시스템 확립 - AHR-LBD을 포함한 AHR 단백질을 과발현, 정제하기 위한 전략으로 AHR과 결합하는 ARNT 단백질의 construct를 동시에 설계하고 E. coli expression system에서 co-expression할 수 있는 duet vector를 제작함. - 하지만, 기초 정제조건을 탐색하였으나 발현량이 매우 부족하고 insoluble한 단백질의 비율이 높아 대장균 배양 및 표적단백질의 과발현 조건의 최적화가 필요함. - 또한, 대체 방안으로 제시한 mammalian cell을 활용한 expression system을 위한 vector 디자인을 설계하였음. -하지만, mammalian cell을 이용한 발현도 AHR 단독으로는 발현량의 한계가 있기에 ARNT나 HSP90와 같은 AHR과 결합하는 파트너 단백질들의 재조합 플라스미드도 설계, 제작하여 co-expression을 위한 조건을 탐색하고 있음. ◯ AHR-LBD와 ligand 복합체 구조 규명 및 상호작용 연구 - 이전 단계에서 LBD를 포함한 AHR을 충분한 양으로 획득하지 못하여 직접적인 AHR-LBD의 3차 구조 규명을 진행하지는 못 하였음. - AHR-LBD와 ligand 결합에 대한 구조 정보를 homogoly domeling 및 docking simulation을 병행하여 AHR-LBD와 다양한 lignad 들과의 상호작용에 대한 in-silico simulation 연구를 수행함. - 이를 바탕으로 AHR-LBD 내의 몇 개의 중요한 아미노산 잔기를 특정하여 후속 연구를 준비하고 있음. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성) - 본 연구를 통하여 설계, 제작된 다양한 AHR과 파트너 단백질들의 재조합 플라스미드와 수립된 발현 시스템을 활용하여 AHR의 구조 연구를 추가적으로 진행할 예정임. 또한 AHR의 재조합 플라스미드를 이용한 연구가 필요한 다양한 연구자들과 공동연구를 수행할 수 있는 연결 고리가 되리라 생각함. - 본 연구과제를 통하여 얻은 AHR-LBD의 model 구조와 ligand들과의 docking simulation으로 얻은 연구 결과 역시 향후 AHR의 ligand 선택성을 바탕으로 AHR를 표적으로 하는 추가적인 연구에 활용할 수 있을 것임. - 본 연구에서 얻은 AHR-LBD 단백질과 ligand와의 결합 simulation을 통해 얻어진 몇 몇 중요 아미노산 잔기들을 활용한 돌연변이를 통한 AHR의 기능에 관한 영감을 얻을 수 있었으며 이를 바탕으로 추가적인 연구를 진행해볼 예정임. - 이를 종합하여 AHR을 중심으로 한 면역학, 약물학 등의 관련 약학 전공 연구진들과 공동연구를 진행해볼 수 있을 것임. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 석승현
• 주관연구기관 : 제주대학교
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 단백질 구조;AHR 작용기전;AHR 구조; 2. AHR;Protein Structure;AHR mechanism;AHR structure;AHR-LBD;

□ 연구개발 목표 ■ 세포핵 단백질 lamin A의 간헐적 alternative splicing에 의해 발현되는 progerin은 나이에 비례하여 증가하며 자연적 세포 노화와 밀접한 관계가 있다. ■ 다학제적 통합 연구를 수행하여 소량의 progerin에 의해 유발되는 세포핵 변형, 핵막의 기능 약화, 세포 골격의 변화, 세포의 온전성 쇠락으로 특징되는 세포 노화의 분자적 기작을 규명한다. □ 연구개발 내용 ■ 급속한 노화를 수반하는 조로증 환자들에서는 찌그러진 세포핵을 가진 세포들이 발견되는데, 이는 lamin A 유전자의 돌연변이로 인해 생성되는 progerin 단백질이 핵막 아래 lamina 층의 정상적 물성을 변화시켜 세포핵의 구조를 제대로 지지하지 못하게 되는 결과이다. 정상인의 세포에서도 자연 노화 과정에서 비록 소량이지만 progerin이 증가하여 조로증 환자와 유사하게 세포핵의 변형 (nuclear deformation)이 일어난다. ■ 대부분의 조로증 환자가 물리적인 스트레스를 많이 받는 기관인 심혈관계의 이상으로 사망한다는 사실로부터, 세포핵의 변형이 일어나면 세포에 가해지는 외력에 대한 저항성이 취약해진 세포가 되고, 더 나아가 조직 및 기관을 불안정하게 만들어 궁극적으로 개체의 사망에 이르게 됨을 유추할 수 있다. 자연 노화된 세포 또한 이와 유사하게 세포 온전성에 결함이 생길 것으로 예상되나 그 분자적 기작을 모르고 있다. ■ 전통적으로 노화 연구는 에너지 대사와 노화의 생화학적 연관성을 밝히는 연구가 주를 이루었으나, lamina 층-핵막-세포체 사이에 물리적 상호 작용이 어떻게 세포 노화와 연관되는지에 대한 연구는 미흡하다. ■ 본 기초연구실에서는 progerin이 세포핵 구조를 변형시키는 분자적 기작을 밝히고, 세포핵 변형이 어떻게 핵막의 기능 약화와 세포 골격의 변화를 일으키며, 세포 온전성에 영향을 미치는지를 규명하고자 한다. 이를 위해 (i) 구조생물학 및 단백질 디자인, (ii) 고분해능 단백질 동역학 이미징, (iii) 계산생물학, (iv) 세포기계생물학 각각의 분야의 전문가들이 다학제적 협력 연구를 통해 다음과 같은 핵심 연구들을 수행한다. (1) 소량의 progerin이 lamina 층의 물리적 변성을 일으키는 구조적 생화학적 근거 연구 (2) 세포핵 변형과 핵공 및 유전자 발현 변화 간의 상관관계 연구 (3) 세포핵 변형과 세포 골격 간의 상호작용 변화 연구 ■ 상기한 연구를 통해 물리적인 이유로 세포핵에서 시작되는 정상적 세포 노화 과정을 분자적 수준에서 이해하고 노화를 지연시킬 수 있는 중요한 이론적 근거를 마련한다. □ 활용계획 및 기대효과 ■ 본 기초연구실이 제안하는 연구는 내용적, 방법론적 면에서 융합적인 연구로써, 세포 노화에 관한 근원적 발견을 이루고, 향후 노화를 억제하고자 하는 연구에 새로운 이론적 기반을 제공할 것이다. 나아가 기계생물학적 치료법 개발과 같은 신생 연구를 촉발할 수 있는 밑거름이 될 것이다 ■ 밝혀질 노화 기작은 심혈관계, 근골격계 및 진피 세포들의 노화의 많은 부분을 설명할 수 있을 것으로 예상하며, 궁극적으로 이와 관련된 퇴행성 질환의 진행을 지연할 수 있는 치료법의 개발을 가능하게 할 것이다. (출처 : 국문 요약문 2p)

• 연구책임자 : 오병하
• 주관연구기관 : 한국과학기술원
• 발행년도 : 20230200
• Keyword : 1. 자연 노화;핵 구조 변형;프로게린;라민;라민층 결함;링크 복합체;세포 골격;다학제적 접근; 2. Natural aging;Nuclear deformation;Progerin;Lamin;Nuclear lamina defect;LINC complex;Cytoskeleton;Multidisciplinary approach;