Grating-based neutron phase-contrast and dark-field imaging techniques based on phase shift and amplitude effects have been developed over the past few years which were used for some scientific applications such as bulk magnetic material and microstructure studies. Neutron dark-field imaging has been demonstrated to be able to visualize the magnetic domains of magnetic materials owing to a strong dark-field signal from magnetic domain walls. Moreover, a three-dimensional image of magnetic domain structures within the bulk of FeSi crystals can be obtained using neutron dark-field tomography. Although neutron darkfield imaging shows a great potential in investigating internal magnetic domain structures, improved image quality is demanded for more detailed information. The established neutron grating interferometers at some research facilities were designed for neutrons having wavelengths above 4.0Å , and are usually tested with monochromatic or quasi-monochromatic neutrons. The reason why monochromatic or quasi-monochromatic neutrons are used is because they provide better contrast sensitivity and thus make it easier to model the interference effect of the system. Monochromatic or quasi-monochromatic neutrons, however, do not provide not only enough number of neutrons for imaging with a high spatial resolution but also give fast data acquisition time. This limitation is mainly due to the large number of neutrons lost during the monochromatization process. Limited neutron flux and detector resolution are one of the main challenges in making a neutron grating interferometer as an efficient measurement technique. To achieve high resolution neutron image with a short data acquisition time, it is natural to adopt polychromatic neutron beam without monochromatization. It is important to find the neutron grating interferometer with a maximum visibility to effectively use a polychromatic thermal neutron beam. To maximize the visibility performance, a gratingbased interferometry has been implemented at a polychromatic thermal neutron beam-line of HANARO to perform phase-contrast and dark-field imaging with applications in material science.
중성자 격자 간섭계를 이용하는 중성자 미분 위상차 영상과 다크필드 영상 기법은 최근 십년사이에 개발된 최신 영상 기법이다. 중성자 미분 위상차 영상과 다크필드 영상은 물체를 영상화하는 메카니즘이 중성자 투과 영상과는 다르기 때문에 투과 영상에서는 얻을 수 없는 정보를 제공할 수 있다. 특히 중성자 다크필드 영상 기법은 중성자의 간섭효과를 이용하여 마이크로미터 이하의 구조를 가시화하게 해주는 신 영상 기법으로서 범람강 및 전기강판 등의 산업 응용이 기대됨과 동시에 이전에는 볼 수 없었던 물질 구조 정보 획득이 가능하다. 중성자 다크필드 영상은 자구벽에 의해 생기는 강한 다크필드 신호를 이용해 자성재료의 자구 가시화가 가능하다는 것을 보여주었다. 또한, 다크필드 토모그래피를 이용하여 FeSi 재료 내부의 자구 구조를 3 차원으로 가시화 할 수 있었다. 중성자 다크필드 영상이 자성재료 내부의 자구 구조를 연구하는데 있어서 엄청난 잠재력을 가지고 있는 것을 확인하였지만 보다 정확한 정보를 제공하기 위해서는 고해상도 중성자 다크필드 영상이 필요하다. 몇몇 연구기관에 설치된 중성자 격자 간섭계는 중성자 파장 4.0Å 이상에 맞춰 설계되었으며 격자 간섭계 실험을 위해 베릴륨 필터나 단색기를 사용하고 있다. 단색 또는 준단색 중성자빔을 사용하는 이유는 중성자 다크필드 영상에서 보다 나은 대조도를 제공하고 격자 간섭계 시스템의 간섭효과를 모델링 하기 수월하기 때문이다. 하지만 단색 또는 준단색 중성자빔을 사용할 경우 데이터 획득시간과 신호 대 잡음비 등을 고려했을 때 고해상도 중성자 영상을 획득하기 위한 충분한 중성자를 제공하기 어렵다. 그 이유는 다색 중성자빔을 단색 또는 준단색 중성자빔으로 만드는 과정에서 많은 양의 중성자가 사라지기 때문인데 중성자 격자 간섭계를 보다 유용한 측정 기술로 사용하기 위해서는 사용 가능한 중성자의 양을 증가시키고 중성자 검출기의 해상도 향상이 요구되고 있다. 데이터 획득 시간을 줄이면서 고해상도 중성자 영상을 획득하기 위해서 단색 또는 준단색 중성자빔을 만드는 과정 없이 다색 중성자빔을 그대로 사용하여 중성자 다크필드 영상을 획득하기 위한 연구를 수행하였다. 이 연구에서 다색 중성자빔을 효과적으로 사용하기 위해서 연구용 원자로인 하나로의 노외중성자 조사시설(ENF)의 다색 중성자빔 스펙트럼을 측정하여 그 스펙트럼에 적합한 4 종류의 중성자 격자 세트를 제작하였으며 시뮬레이션 결과와 실험결과를 비교 분석하여 그 중 최적의 성능을 가지는 격자 세트를 찾기 위한 연구를 수행하였다. 4 종류의 중성자 격자 세트를 이용하여 각각의 격자 간섭계의 성능을 측정하였으며 설계된 중성자 파장의 양과 간섭성 정도에 따라 격자 간섭계의 가시도가
달라지는 것을 확인할 수 있었으며 최대 가시도는 9.7%으로 2.7Å 중성자 파장에 맞춰 설계된 격자 세트를 이용한 격자 간섭계에서 측정되었다. 다색 중성자빔을 이용하였을 때 중성자 파장이 중성자 다크필드 영상에 미치는 영향을 확인하기 위해 2.7Å 와 4.4Å 중성자 격자 세트를 이용하여 중성자 다크필드 영상을 획득하여 비교 분석하였으며 다색 중성자빔을 이용하여 획득한 중성자 다크필드 영상은 재료 과학과 비파괴 검사 분야에 적용되어 활용이 가능할 것이다.
