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중이온빔 정밀제어 역량 확보, 가속장치 양산 구축 탄력

중이온가속기 라온(RAON), 전단부 초전도가속시험 성공

중이온빔 정밀제어 역량 확보, 가속장치 양산 구축 탄력
초전도가속시험 시설 (KAIST 문지캠퍼스 소재)

[산업일보]
가속기는 원자핵이나 소립자와 같이 작은 입자의 내부구조 등을 밝히기 위해 원자핵 또는 기본입자를 가속, 충돌시키는 장치로 가속 입자의 종류, 원리, 활용목적에 따라 구분한다. 중이온가속기란 수소보다 무거운 입자들을 이온화해 가속한 후, 가속 입자와 표적과의 충돌로 핵반응을 일으켜 다양한 희귀동위원소를 생성시키는 장치다.

기초과학연구원 중이온가속기건설구축사업단(이하 ‘사업단’)이 중이온가속기 라온(RAON)의 중이온빔 초전도가속시험에 성공했다고 과학기술정보통신부(이하 ‘과기정통부’)는 밝혔다.

‘초전도가속시험’은 가속장치의 전단부를 구성하는 ECR이온원과 RFQ가속기, QWR초전도가속모듈 1기, 그리고 RF(고주파)전력시스템·제어시스템·빔진단시스템 등 제반 설비들을 통합한 시스템에서 중이온빔의 인출 여부를 확인하는 실험으로서, 향후 구축될 중이온가속기가 정상적으로 작동하는지 여부를 판단할 수 있는 중요한 시험이다.

초전도가속시험(SCL: Super Conducting LINear ACcelerator)을 위한 주요 장비로는 ECR(Electron Cyclotron Resonance) 이온원, RFQ (Radio-Frequency Quadrupole 고주파사중극자) 상전도가속기, QWR (Quarter-Wave Resonator) 초전도가속기 등 1세트가 있다.

여기에 이온원에서 RFQ 상전도가속기로 빔을 전송하는 LEBT(Low Energy Beam Transport), RFQ 상전도가속기에서 QWR 초전도가속기로 빔을 전송하는 MEBT(Medium Energy Beam Transport)가 추가된다.

가속기를 운영하기 위한 고주파시스템, 저온시스템, 제어시스템과 빔의 특성을 측정하기 위한 빔 진단 시스템도 주요 구성품이다.

중이온빔 정밀제어 역량 확보, 가속장치 양산 구축 탄력
초전도가속시험 장치시스템 구성도

초전도가속시험의 주요 목적은 개별적으로 성능시험을 마친 ECR 이온원, RFQ 상전도가속기, QWR 초전도가속기를 통합한 시스템에서의 빔가속을 수행하는 것이다. 중이온 가속기 운전에 필요한 다양한 구성품의 성능 시험을 통해 각 장치를 테스트하고 필요한 사항을 보완하는 것도 중요한 목적이다.

사업단은 지난 9월부터 한국과학기술원(KAIST) 문지캠퍼스 시험시설에서 초전도가속시험을 수행했으며, 최근 ECR이온원에서 발생시킨 산소이온을 RFQ가속기와 QWR초전도가속모듈을 통해 차례로 가속해 빔에너지 700keV/u(핵자당 70만전자볼트)의 산소 중이온빔을 인출했다.

중이온가속기 개발과정에 있어 중요한 기술 중에 하나로 꼽혀온 전단부 초전도가속시험 성공과 중이온빔 정밀제어 역량 확보를 통한 2021년 가동계획 실현의 전망을 밝혔으며, 향후 가속장치 구축을 본격화할 수 있게 됐다.

과기정통부는 최근 어떡할래(중이온가속기)TF를 통해 2021년까지 사업의 성공적 구축 완료를 위한 최적의 사업추진방안을 도출한 바 있다. 이에, 이번 초전도가속시험 성공을 발판으로 세계 최고 수준 중이온가속기 라온(RAON)을 성공적으로 이끄는데 최선을 다할 것이라고 밝혔다.

한편, 중이온가속기 라온(RAON)은 세계 최고수준 성능을 목표로 2011년 개발에 착수, 대전 신동지구에 2021년 완공 예정이다. 세계 최초로 IF방식과 ISOL방식을 결합한 융합형으로 구축돼 한국은 물론 전 세계 기초과학계의 핵심 인프라로 각광받을 전망이다.
김민솔 기자 mskim@kidd.co.kr

산업2부 김민솔 기자입니다. 미래부 정책 및 3D 프린터, IT, 소재분야 특화된 뉴스를 전해드리겠습니다.

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