나노기술 및 정책 정보

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본 문서는 로렌스 버클리 국립 연구소가 향후 3년 간의 검출기 R&D와 관련해 제안하였던 프로그램들을 요약한 것이다. 제일 먼저 센서와 전자공학 분야부터 소개하고, 이어 검출기 시스템을 소개하는 순으로 서술하였다. 본 문서에는 데이터 획득 및 연산 분야의 R&D 활동은 포함하지 않았다.

그리고 본 문서는 연구소가 HEP(High Energy Physics) 검출기 R&D 프로그램의 대(大) 목표를 프로그램을 통해 어떻게 달성하면 좋을지 논하는 것으로 마무리 된다.

독자는 아래의 내용을 읽기 전, LBNL(로렌스 버클리 국립 연구소)의 업적과 주요 역량 등에 관하여 작은 부속 문서를 먼저 읽는 것이 바람직하다.

센서와 전자 공학

동 분야에서 본 연구소가 기획한 프로그램은 다음과 같다:
1) 암흑 에너지 과학과 기타 관측 천문학/천체 물리학 응용 등에 사용될 전하 결합 소자(CCD)
2) CCD 제어와 정보 판독에 필요한 IC
3) 단일 결정 활성 픽셀 센서
4) 미래의 입자 추적기 전력 분배에 필요한 IC
5) 미래의 실리콘 픽셀 검출기(혹은 다른 센서)의 정보 판독에 필요한 IC

이 중, 1) 전하 결합 소자(CCD)에 관한 내용은 다음과 같다:

MSL(MicroSystems Laboratory)  CCD를 제조하기 위하여 단기 암흑 에너지 실험 2개와, 암흑 에너지 연구(DES: Dark Energy Survey), 바이론 오실레이션 분광 분석 연구(BOSS) 등을 프로젝트 기금으로 직접 지원하고 있다. 본 연구소의 일반 검출기 R&D 프로그램에서는 보다 빠른 정보 판독(readout), 저 소음, 단일 광자 감지 능력, 저 비용 등을 타겟으로 CCD를 개발 중에 있다. 본 작업에 대한 미 에너지부(DOE)의 재정 지원은 LBNL LDRD(Laboratory Directed Research and Development)의 지원과 NNSA(National Nuclear Security Administration, 국가 핵안보국)의 보조금 등으로 확대되었다.

검출기 시스템

동 분야와 관련해 현재 연구소에서 운영하는 프로그램은 다음과 같다: 
1) 미래의 대(大) 실리콘 추적기에 필요한 신 재료와 집적 구조 
2) 미래의 0-ν ββ 실험 또는 WIMP 검출기에 필요한 고압 제논 TPC 
3) 나노기술(나노와이어)을 사용해 미래의 픽셀 센서 비용 낮추기
4) 픽셀 IC를 활용해 비 실리콘 정보 판독

이 외에도, 0-ν ββ 실험 또는 WIMP 검출에 필요한 게르마늄 검출기 관련 R&D와, 암흑 물질 실험에 액상 제논 이용에 관한 R&D 등이 조만간 발달할 것으로 예상된다. 상세한 R&D 계획을 제시하는 것은 시기상조이지만, 이와 관련한 R&D 분야 한 두 곳에선 상세한 계획이 산출될 가능성이 있다.

일반 검출기 R&D 프로그램

미래의 유망한 일반 R&D 프로그램에 대한 가이드라인을 아래와 같이 제시한다:

1. 동 분야에서 검출기와 관련해 도드라진 문제점을 파악하는 데 있어 좀 더 적극적이다.
2. 연구계에서 이러한 문제점을 다룰 수 있게 도와 주어, 합치된 노력을 통해 미래의 검출기 소요 비용을 상당히 줄이거나 개선할 수 있게끔 물리학이 발달할 수 있게 한다.

목차
센서와 전자 공학
1. 전하 결합 소자(CCD)
2. CCD와 IC 전자 공학
3. 단일 결정 활성 픽셀 센서
4. DC-DC 변환
5. 미래의 추적 검출기에 필요한 IC
검출기 시스템
일반 검출기 R&D 프로그램