This thesis is concerned with theoretical estimation of the nuclear resonance fluorescence (NRF) cross-section, its Doppler broadening, and corresponding reaction rate using a semi-analytic method to facilitate NRF-based applications such as non-destructive material assay and nuclear transmutation. For the theoretical cross-section prediction, a modified single particle estimate (SPE) approach is introduced for more accurate estimation of the NRF reaction. Key point of this approach is to utilize experimental NRF cross-sections to correct the SPE model-based transition strength. The SPE model is used to analyze de-excitation process, which is categorized by a type and multipolarity of the NRF transition. Then, the reference data are divided into several subsets by certain criteria to correct the previous results. In each subset, scale down parameters are determined by the least-squares fitting method. In addition, the Doppler broadening of NRF cross sections has been analyzed for U-238 and its possible impact on cascade NRF reactions is also discussed in this work. Finally, the modified SPE approach is applied to estimate the production rate of $^{99m}Tc$ by irradiating a $^{99}Tc$ target with an LCS (laser Compton scattering) photon beam.
본 학위논문은 핵공명형광(NRF) 반응단면적이 알려져 있지 않은 핵종에 대하여 NRF 연구 및 개발에 활용하기 위하여 NRF 반응단면적의 특성을 이론적인 관점에서 평가한 후 준-해석적인 방법에 기반하여 NRF 반응률을 예비적으로 평가하였다. 반응단면적을 이론적으로 평가하기 위하여 Modified SPE 방법론을 제안하였고 이는 SPE(Single Particle estimate) 모델을 사용하여 계산한 전이 세기를 보정하기 위하여 실험으로 얻어진 NRF 반응단면적 자료를 이용한다. 먼저 SPE 모델을 이용하여 NRF 반응을 통해 여기된 핵이 다시 낮은 상태로 전이되는 현상을 해석하기 위하여 전이 시 방출하는 광자를 전이 종류와 다극성(Multipolarity)에 따라서 이론적으로 구분한다. 이어서 SPE 모델을 통해서 얻어진 결과에 대한 보정 인자들을 특정 기준에 따라서 실험 반응단면적을 구분 후 해당하는 데이터에 대하여 최소자승법을 사용하여 구하였다. 또한 도플러효과에 의해서 NRF 공명반응단면적의 변화를 평가하였을 때 NRF 반응 후 다시 기저 상태로 방출되는 광자가 다시 NRF 반응을 일으킬 가능성이 존재함을 확인하였다. 마지막으로 제안된 Modified SPE 모델을 이용하여 NRF 반응을 이용한 $^{99m}Tc$의 생산량을 예비적으로 평가하였는데, LCS (laser-Compton scattering) 광자 스펙트럼을 NRF 반응단면적에 맞게 최적화하고 표적 내의 자기 차폐 효과를 고려할 때 신뢰성 있는 결과를 얻을 수 있었다.
