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韓 입자가속기 현주소
1조5천억 투입 2013년 가동
의생명과학 분야 연구에 활용
2028년 가동 목표 오창가속기
현재보다 100배 더 밝은 빛 내
대한민국 입자가속기 역사는 포항공과대학교 부설 연구소인 포항가속기연구소(PAL)로 거슬러 올라간다.PAL은 1988년 박태준 포항제철 회장이 "첨단 과학연구에 가속기는 필수"라는 당시 김호길 포항공대 총장의 건의를 받아들이면서 발족됐다.
이 때문에 PAL에 설치된 포항방사광가속기(PLS)는 건설에만 1500억원이 투입됐고,연간 운영비는 100억원이 넘게 드는 초거대 연구시설이지만 국가가 아닌 민간 주도로 건설된 특이한 이력을 가지고 있다.
1995년 첫 가동 당시 세계 다섯 번째로 설치된 3세대 방사광 가속기인 PLS는 전자를 빛의 속도로 가속시키는 길이 165m의 선형가속기,닷 스틱가속된 전자를 초진공 통로에 저장시키는 둘레 280m의 저장 링,닷 스틱그리고 방출되는 방사광을 이용해 각종 실험을 실시하는 여러 종류의 빔 라인으로 구성됐다.
둘레 280m인 원을 따라 전자를 3GeV의 에너지로 가속하며 생성된 빛은 물리학·화학·생물학 등 다양한 연구 분야에 활용된다.
PLS에 이어 2015년 PAL에 설치된 선형가속기인 포항 4세대 방사광 가속기(PAL-XFEL)는 길이가 1100m에 달하며,닷 스틱전자를 10GeV까지 가속할 수 있다.이 가속기에서 나오는 X선은 나노미터 수준의 구조를 분석할 수 있어 신물질 개발과 같은 첨단 연구에 필수적이다.
국내에는 각각 2013년과 2021년에 가동을 시작한 기초과학연구원(IBS) 산하 대전 유성 중이온 가속기인 '라온(RAON)'과 원자력연구원 산하 경북 경주의 양성자 가속기도 있다.
우리나라 최초 중이온 가속기 라온은 1조5000억원이 투입된 대규모 프로젝트로,단군 이래 최대 기초과학 프로젝트로 불리기도 한다.초당 약 12경개의 양성자를 가속해 중성자를 만들 수 있는 대용량 가속기다.
라온은 무거운 입자(탄소·우라늄 등)를 이온화해 가속한 후 이 가속입자와 표적 간의 충돌로 핵반응을 일으켜 다양한 희귀동위원소를 생성하는 장치로 세계 최초로 대전류 저에너지 동위원소 빔 생성 방법(ISOL)과 소전류 고에너지 동위원소 빔 생성 방법(IF) 두 가지 희귀동위원소 생성 방식을 결합한 시설이다.
이를 통해 새로운 희귀동위원소를 생성하고 연구하는 데 최적화됐다.라온의 운영으로 원소의 기원 탐구,새로운 희귀동위원소들의 발견과 그 구조 연구,재료 및 의생명과학 분야의 응용 연구 등 다양한 분야에서 새로운 연구의 기회가 열릴 것으로 전망된다.
경주의 양성자 가속기는 양성자가 초당 13만㎞ 속도로 다른 물질의 원자에 부딪히게 할 수 있다.우리나라에서 유일한 양성자 가속기로 최대 빔 전류가 20㎃인 대용량 가속기에 해당한다.초당 약 1경2000조개의 양성자를 제공할 수 있어 활용도가 높다.
기존 원형가속기보다 100배 이상 밝은 빛을 내도록 설계된 오창 다목적 방사광 가속기는 2028년 가동을 목표로 하고 있다.다목적 방사광 가속기의 전체 공정률은 20%이며,건물과 장비를 위한 설계가 최근 마무리된 상태다.
[강민호 기자]
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