중성미자가 없는 이중베타붕괴, 암흑물질 탐색 등과 같이 매우 희귀한 이벤트를 검출해내기 위한 연구에서는 검출기 주변과 검출기 자체에 있는 방사성 불순물로부터 방출되는 배경잡음을 극도로 낮추는 것이 매우 중요하다. 따라서 검출기에 사용되는 원료를 정제하여 극도로 적은 방사성 불순물을 가진 재료로 만들기 위한 정제 연구는 CUP의 R&D 프로그램의 중요한 연구 중 하나이다.
현재 우리가 정제 연구를 통해 방사성 불순물을 줄이려고 하는 주 원료는 AMoRE 검출기에 사용하는 100MoO3 파우더와 COSINE 검출기에 사용하는 NaI 파우더이다. 이처럼 연구 목적에 따른 다양한 원료에 존재하는 방사성 오염을 줄이고자 다양한 정제기술을 사용한다.
100MoO3 (Molybdenum tri-oxide)를 효과적으로 정제하기 위해 우리는 승화정제와 공동침전법, 침전법 등을 결합하여 정제한다. 정제 후 얻어진 물질은 다양한 화학적 구조를 가진 Mo화합물로, 이것을 다시 MoO3 형태로 만들기 위해 산화열처리로 파우더를 산화시키면 방사성 불순물이 제거된 순수한 MoO3를 얻어낼 수 있다.
NaI(Sodium Iodide)는 암흑물질 검출 배경에 크게 영향을 미치는 K(Potassium)을 포함한 방사성 불순물들을 NaI로부터 효과적으로 제거할 수 있는 방법인 재결정법을 이용하여 정제한다. 우리는 검출기에 들어갈 수백 kg 사이즈의 크리스탈을 만들기 위하여 대량의 NaI 파우더를 정제하고자 NaI 정제 시스템을 개발하였다. 이 정제시스템은 물을 이용한 분별결정법을 바탕으로 제작되었고 한번에 최대 70kg의 NaI 파우더를 정제하여 방사성 불순물을 제거한다.
우리는 정제한 결과물에 존재하는 극미량의 불순물을 분석하기 위해 Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer(ICP-MS) Agilent 7900를 사용한다. UHMI 그리고 He mode를 적용한 ICP-MS 분석은 Th, U, Ba, Sr, Pb, K 등 다양한 방사성 원소의 양을 매우 정확하고 정밀한 결과로 제공한다.