중이온가속기 저에너지 가속구간 첫 번째 빔인출 시험 성공

중이온가속기 저에너지 가속구간 첫 번째 빔인출 시험 성공

2022.10.12 과학기술정보통신부

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우리기술로 개발한 대형 연구시설 중이온가속기 - 저에너지 가속구간 첫 번째 빔인출 시험 성공 -

 

과학기술정보통신부(장관 이종호, 이하‘과기정통부’)와 기초과학연구원(원장 노도영) 중이온가속기연구소(연구소장 홍승우, 이하‘연구소’)는 10.7(금) 15시 3분에 중이온가속기 저에너지 가속구간 첫 번째 빔인출 시험에 성공하였다고 밝혔다.

 

우리나라 중이온가속기(RAON*, 이하 ‘라온’)는 2010년 개념 설계를 시작으로 시설건설을 2021년 5월에 완공하고, 저에너지 구간 초전도 가속장치는 숱한 기술적 어려움을 극복하여 2021년 12월에 설치를 완료한 바 있다.

* Rare isotope Accelerator Complex for ON-line experiments

 

라온은 2011~2022년간 1조 5,183억원*을 들여, 우리기술로 설계·제작하였다.

* 부지매입 3,571억원, 시설건설 6,384억원, 장치구축 5,228억원

 

연구소에서는 내년 3월 저에너지 가속장치(총 54기 가속모듈) 시운전을 목표로 가속시험 구간을 단계적으로 늘려가면서 빔인출 시험을 수행한다는 계획이며, 이번에는 총 54기 가속모듈 중 전단부 5기 가속모듈에 대해 첫번째 빔인출 시험을 수행한 것이다.

 

빔인출 시험 성공은 라온이 목표한 성능대로 작동되는지를 확인하는 첫 관문을 통과한 것이며, 동시에 극저온설비, 중앙제어장치 등 가속기 운영에 필요한 필수 제반 장치들과 연계한 성능도 확인했다는 의미도 있다.

 

이를 자동차에 비유하면 제작을 완료하고 시동을 걸어 동력발생장치, 조향장치 등 주요 장치 간의 종합적인 연동성과 정상 작동 여부를 확인하고 1단 기어로 저속 주행 시험을 성공한 것으로 볼 수 있다.

 

가속기는 우주 발사체, 핵융합, 인공위성처럼 대표적인 대형 국가연구개발 사업에 해당한다. 중이온, 양성자, 전자 등 전하를 띤 입자를 전기장을 이용하여 가속·충돌시키는 장치로서 물질의 기본인 원자핵의 내부 구조는 물론 각종 물질의 성질을 연구하는데 활용하고 가속되는 입자에 따라 중이온, 양성자, 전자 가속기로 분류된다.

 

이 중에서 중이온가속기는 무거운 이온을 빠르게 가속한 후 표적 물질에 충돌시켜 기존에 발견되지 않았거나 자연 상태에서 존재하지 않는 다양한 희귀동위원소를 생성하고 그 특성을 연구하는 시설이다. 라온은 방사광, 양성자, 중입자 등 다른 가속기와 달리 우라늄 같은 무거운 동위원소를 광속(초속 약30만km)의 50% 수준까지 가속해야 하는 극한기술의 집약체다.

 

특히, 라온은 가속목표 성능 면에서 최고 수준으로 미국 미시간주립대(MSU) 중이온가속기(FRIB)와 견줄만한 수준이다. 세계 최초로 두 가지 동위원소 생성방식(ISOL + IF)을 결합하도록 설계되어, 보다 다양한 희귀동위원소 생성이 가능하다.

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이번 빔인출 성공을 기반으로 단계적으로 빔 시운전을 확대하여 2023년에는 저에너지 전체 구간 시운전과 가속장치와 연계된 희귀동위원소 생성장치(ISOL), 저에너지 구간 실험장치의 빔 시운전도 병행하여 2024년부터는 본격적인 빔 활용연구가 진행될 수 있도록 빔을 안정적으로 제공할 예정이다.

 

홍승우 연구소장은 “세계 최고 수준의 희귀동위원소 가속기로 가는 첫 단계 성공에 대해 연구소 직원의 노고에 감사하고 소장으로서 매우 뜻깊게 생각하며, 내년 3월까지 단계적으로 진행되는 저에너지 전체 구간 빔 시운전도 계획대로 진행될 수 있도록 노력하겠다.”라고 밝혔다.

 

참고

중이온가속기(RAON) 구축 사업 및 첫 번째 빔인출 결과

 

□ 중이온가속기(RAON) 구축 사업

 

○ (사업 개요) 세계 최고 수준의 중이온가속기를 구축, 핵물리·원자력· 소재·바이오 등 가속기 기반 기초과학 분야에서 선도 국가로 도약

 

 

	< (참고) 가속기 개념 >
ㅇ가속기는 중이온, 양성자, 전자 등 전하를 띤 입자를 전기장을 이용하여 가속, 충돌시키는 장치로서 물질의 기본인 원자핵의 내부 구조는 물론 각종 물질의 성질을 연구하는데 활용 - 가속되는 입자에 따라 중이온, 양성자, 전자 가속기로 분류 ㅇ중이온가속기는 중이온(우라늄 등의 무거운 이온)을 빠르게 가속한 후 표적 물질에 충돌시켜 기존에 발견되지 않았거나 자연 상태에서 존재하지 않는 다양한 희귀동위원소를 생성하고 그 특성을 연구하는 대형 연구시설

 

- 중이온가속기는 다른 가속기(방사광, 중입자 등)와 달리 우라늄 같은 무거운 원소를 광속의 1/2까지 가속해야 하는 극한 기술*의 집약체

 

* 초전도 가속관, 초전도 냉각설비(-271℃까지 유지), 고주파 전원장치(고에너지 325MHz) 등

 

- 특히, 우리나라 중이온가속기(RAON)는 목표성능 면이나 희귀동위원소 생성방식에서 세계 최고 수준

 

○ (사업 현황) 계획 변경(4차례)을 거쳐 저에너지구간 중심의 1단계, 고에너지 구간 중심의 선행연구개발 및 2단계로 구분 추진 중

 

< 중이온가속기 사업 단계별 사업 현황 >

 

구분	1단계	선행연구개발	2단계
기간	’11 ~ ’22년	’22 ~ ’25년	선행연구개발 성과 및 적정성 재검토 결과에 따라 결정
예산	1조 5,183억 (부지매입 3,571억, 시설건설 6,384억, 장치구축 5,228억)	126억	미정
내용	· 저에너지 장치 구축 완료 · 고에너지 구간 가속관 시제품 제작 및 성능시험	· 가속관 시제품 성능구현 · 본제품 설계완료 · 가속장치 성능 검증 시설 확충 · 본제품 제작공정 최적화	· 고에너지 구간 본제품 제작/설치 · 전체 장치 설치완료 및 시운전 ※ (가속모듈 제작) 전단부 23기, 후단부 25기

 

□ 첫 번째 빔인출 시험

 

○ 이번 빔인출 시험은 저에너지 가속장치 가속모듈(전체 54기) 중 전단부 5기 가속모듈을 활용해 아르곤 빔을 가속시켰고, 시험 목표치 도달

 

 

 

 

□ 저에너지 가속장치(SCL3) 현황

 

○ (기능) 입사기에서 가속하여 전달된 0.5MeV/u 빔을 18.5MeV/u(우라늄 기준)까지 가속된 빔을 저에너지 실험장치나 고에너지 가속장치(SCL2)에 수송

 

○ (구성) 전단부에 설치되는 1/4파장 공진기(QWR) 모듈 22기(가속관 22기)와 후단부에 설치되는 1/2파장 공진기(HWR) 32기(A타입 13기, B타입 19기/가속관 102기)로 구성

 

※ (QWR) Quarter Wave Resonator(1/4파장), (HWR) Half Wave Resonator(1/2파장)

 

○ (개발) ’17년 1/4파장 공진기(QWR) 가속관 본제품 제작을 시작으로 1/4파장 공진기(‘20.9월), 1/2파장 공진기(HWR-A)(’21.5월), 1/2파장 공진기(HWR- B)(’21.11월) 개발을 완료하고, ’21.12월 설치 완료

 

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[출처] 대한민국 정책브리핑(www.korea.kr)