“한국형 초전도 중이온 가속기” 전체 가속구간 빔 인출 및 시운전 성공

과학기술정보통신부와 기초과학연구원 중이온가속기연구소는 5.23(화)에 한국형 초전도 중이온 가속기 저에너지 전체 가속구간에 걸친 빔 시운전에 성공하였다고 밝혔다.

 한국형 초전도 중이온가속기(RAON*, 이하 ‘라온’)는 국내 독자기술로 세계 최고 수준의 초전도 중이온 가속기 구축을 위해 지난 2010년 개념 설계를 시작으로 그간 1조 5천여억원을 투입하여 가속기동 및 극저온 설비 등 제반 시설건설을 2021년 5월에 완공, 핵심장치인 초전도 가속장치**는 2021년 12월에 구축 완료한 국내 최대 기초과학 연구프로젝트이다.

  * Rare isotope Accelerator Complex for ON-line experiments

  ** 저에너지 전체 가속장치는 약 110m, 총124기 가속관 구성 : 전단부(‘QWR : 1/4파형 가속관, Quarter Wave Resonator)는 22기 가속관 및 후단부(HWR : 1/2파형 가속관, Half Wave Resonator)는 102기 가속관으로 구성

라온은 무거운 원소(중이온)를 가속하여 표적에 충돌시켜 새로운 희귀 동위원소들을 생성하고, 이 과정에서 우주와 원소의 기원 및 별의 진화 과정을 밝힐 실험적 데이터를 획득함으로써, 우리의 지식과 과학을 새로운 영역으로 이끌 수 있으며, 또한 반도체, 이차전지 및 항암치료 등 소재·의료분야의 혁신 등 기초과학을 넘어 산업적 파급효과도 지대할 것으로 기대된다.

 이번 빔 시운전은 작년 하반기 가속관 전단부(QWR 22기)의 빔 인출에 이어, 금년 3월부터 후단부 가속관(HWR 102기)을 포함한 전체 초전도 가속관 124기에 대한 시운전을 수행한 것으로 그간 연구소는 초진공, 극저온 헬륨 냉각(영하 270도(섭씨) 내외) 상태를 유지하면서 전체 초전도 가속관(124개)의 주파수 및 빔 위상 제어를 통해 가속관별 고유 특성을 파악해 최적의 가속 변수(파라미터)를 설정하는 등 고도의 운영 기술과 노하우를 축적해 가는 과정을 거쳤다.

이러한 숙련의 과정을 통해 마침내 지난 5.23(화) 오전 11:33경 가속기 전 구간에 대한 빔 가속과 빔 인출에 성공하였고, 이후 추가적인 재현실험을 통해 빔 에너지 17.6MeV/u(핵자(u)당 가속 에너지(eV)) 및 빔 전류 21.3μA(마이크로(μ) 암페어(A), 시간당 빔 전하량)에 도달하는데 성공하였다.

과기정통부는 시운전 결과를 토대로 가속시스템에 대한 성능 최적화, 각종 실험장치들과 연계 시운전 및 가속기를 활용한 국내외 연구 제안서 선정 기준 마련 등 후속 절차를 차질 없이 진행하여 2024년 하반기부터 본격적인 운영에 들어갈 계획이라고 밝혔다.

 

◆ 중이온가속기 활용 분야

① 원소의 합성을 통한 새로운 원소 발견, 물리량 측정 및 핵반응 연구 → 일본 니호늄 발견(‘04)

② ISOL, IF, 다중핵전이반응 등을 통한 희귀동위원소 생성 및 존재한계선 연구

③ 핵의 규칙성, 내부 상호작용 등 연구

① 별의 생성·진화·소멸의 비밀 규명, 미지의 암흑물질 탐구, 중력파 탐구
→ (노벨상) 우주생성 초기 원시 핵합성연구(‘19)

② 희귀동위원소 수명, 질량, 핵반응 측정 등

③ 감마선 폭발의 기원, 중성자별과 매질 규명 등

① 온실효과 및 이산화탄소 저감물질, 다기능 나노/박막 복합소재의 전자기 특성 규명 등 연구
→ 리튬이온전지/반도체 중성자 영향 실험

② 상온/고온 초전도체, 위상양자 컴퓨터를 위한 위상 초전도체 연구 등

 

① 전기저항 없는 신물질, 차세대 스핀트로닉스/정보소자 등 개발

② 손실 없는 전기에너지 저장기술, 고효율 이차전지 및 에너지저장물질 개발

③ 사용후핵연료 처리기술 발굴, 핵데이터 구축

① 아미노산 생성, DNA 탄생, 생체 노화와 DNA 손상 가속화 원인 규명 등

② 고부가가치 돌연변이체 및 신품종 개발(벚꽃, 발효주 등)

③ 반감기가 짧고 인체의 손상없이 치료가능한 암치료용 동위원소 발견 및 치료법 개발
→ 루테튬 177이용 췌장 종양치료제