중이온 가속기 '저에너지 가속구간 빔 시운전' 성공..반도체 파급 기대

[이데일리 김현아 기자]

한국형 초전도 중이온가속기(라온) 전경

저에너지 구간 초전도 가속장치

저에너지 가속장치 구성

과학기술정보통신부(장관 이종호)와 기초과학연구원(원장 노도영) 중이온가속기연구소(연구소장 홍승우)는 한국형 초전도 중이온 가속기 저에너지 전체 가속구간에 걸친 빔 시운전에 성공했다고 29일 밝혔다.

어떤 의미인데?

한국형 초전도 중이온가속기(RAON, 라온)는 국내 독자기술로 세계 최고 수준의 초전도 중이온 가속기 구축을 위해 1조5000여 억원을 투입한 프로젝트다.

지난 2010년 개념 설계를 시작으로 가속기동 및 극저온 설비 등 제반 시설건설을 2021년 5월에 완공했다. 핵심장치인 초전도 가속장치는 2021년 12월에 구축 완료했다.

라온은 무거운 원소(중이온)를 가속하여 표적에 충돌시켜 새로운 희귀 동위원소들을 생성하고, 이 과정에서 우주와 원소의 기원 및 별의 진화 과정을 밝힐 실험적 데이터를 획득한다.

저에너지 구간 초전도 가속장치

산업 효과는?

이를 통해 우리의 지식과 과학을 새로운 영역으로 이끌 수 있다. 반도체, 이차전지 및 항암치료 등 소재·의료분야의 혁신 같은 기초과학을 넘어 산업적 파급효과도 지대할 것으로 보인다.

이번 빔 시운전은 작년 하반기 가속관 전단부(QWR 22기)의 빔 인출에 이어, 3월부터 후단부 가속관(HWR 102기)을 포함한 전체 초전도 가속관 124기에 대한 시운전을 수행한 것이다.

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.

저에너지 구간 초전도 가속장치

가속기 전 구간에 대한 빔 가속과 인출에 성공

이러한 숙련의 과정을 통해 마침내 지난 5월 2일 오전 11시 33분경 가속기 전 구간에 대한 빔 가속과 빔 인출에 성공했다.

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 성공했다.

과기정통부는 시운전 결과에 대해 5월 24일 국내 가속기 전문가들로 구성된 ‘전문가 회의’를 소집하여 검토한 결과, 기술적 목표치들이 달성됐음을 현장 데이터로 확인했다.

초전도 가속기와 극저온시스템 및 중앙제어시스템 등 제반 장치·설비의 건전성과 정합성 또한 확인했다.

이러한 검토 결과는 5월 26일 과기정통부 주관 ‘중이온가속기 사업추진위원회’를 통해 최종 확정했다.

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.

오태석 제1차관은 “금번 시운전 성공은 그간 막대한 국가 예산이 투입된 한국형 초전도 중이온 가속기의 주요 장치와 설비들의 목표 성능 구현과 정합성을 확인한 차원에서 그 의미가 크다”면서 “성능 최적화 과정을 거쳐 내년 하반기부터 창의적이고 선도적인 국제공동 연구가 이곳에서 활발히 펼쳐질 수 있도록 다양한 정책적 노력을 하겠다”고 밝혔다.