우주·생명 탄생의 비밀 캔다"…

우주·생명 탄생의 비밀 캔다"…

세계 8번째 초전도 중이온가속기 부분 완공 2021.12.28. 12:00

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[아시아경제 김봉수 기자] 한국이 세계에서 8번째로 초전도현상을 이용한 중이온가속기(RAON·이하 라온) 저에너지 구간을 완공했다. 원자를 가속시켜 충돌하게 만듦으로써 우주의 '빅뱅'을 재현해 우주 탄생과 생명의 비밀을 연구하는 것은 물론 핵융합·폐기물 처리 기술 개발, 차세대 방사성 의약품 개발 등 다양한 용도로 활용돼 한국 핵물리학의 새로운 지평을 열 기반이 마련됐다는 평가다.

과학기술정보통신부와 기초과학연구원 중이온가속기건설구축사업단은 대전 유성구 신동지구에 구축 중인 라온의 저에너지구간 초전도가속장치 설치를 마치고 27일 고압가스안전관리법에 따른 인허가 검사(KGS 검사)도 끝냈다고 28일 밝혔다.

중이온가속기란 경(輕)입자인 양성자나 헬륨을 제외한 원자의 이온을 강력한 전자기장을 이용해 가속시킨 후 표적에 충돌시켜 새로운 동위원소를 만들어내는 연구시설을 말한다. 초전도가속장치는 이중의 핵심 시설로, 초전도체인 니오븀(Nb)으로 만들어진 가속관이다. 액체헬륨을 냉매로 ?271℃까지 상태를 유지해주는 저온유지장치, 그리고 중이온 가속을 위한 전기에너지를 제공하는 전력제어장치 등으로 구성된다. 저에너지구간 초전도가속장치는 100m 정도 일직선으로 연결돼 우라늄 등 무거운 이온을 초당 3만km (빛의 속도의 10분의1) 이상으로 가속하는 역할을 수행하며, 중이온가속기의 가장 어려운 기술이다.

중이온가속기는 가속화된 원자들을 충돌시켜 말 그대로 우주가 태어나던 시점, 즉 한 점에 불과했던 우주가 '빅뱅'을 일으켜 원소들이 생겨나는 시점을 재현할 수 있다. ▲우주원소의 기원, ▲새로운 핵의 상태, ▲핵에서 양자색역학 화석 찾기 ▲미니 중성자별 생성 ▲중성자별 합침과 중력파 ▲강한 상호작용 물질의 상전이현상 ▲초중핵 안정 원소 탐색 ▲별들의 진화와 폭발 ▲안전한 차세대 핵에너지 개발 ▲암흑물질 탐구 ▲우주탄생의 비밀 ▲감마선폭발의 기원 ▲핵융합 및 폐기물처리 등이 구체적 연구 분야다.

과기정통부는 "초전도가속장치 제작과 성능 확보 과정을 순수 국내 기술력만으로 성공적으로 완수하였다는 것에 의미가 있으며, 이는 세계 8번째로 이룬 쾌거이기도 하다"다고 설명했다. 초전도가속모듈을 직접 설계·제작해 자체 시험시설로 성능 검증까지 마쳤는데, 미국, 캐나다, 프랑스, 독일, 이탈리아, 중국, 일본에 이어 8번째다.

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중이온가속기사업은 1조5000억원 가량이 투자됐지만 저에너지구간 가속장치 설치 완료까지 사업 지연으로 4차례 기본계획을 변경하는 등 시행착오를 겪기도 하였다. 당초 2011년 사업 시작때는 2017년까지 저에너지, 고에너지 구간을 모두 완공한다는 계획이었지만 관련 연구 개발 및 부품 제작 등이 지연되면서 4차례에 걸쳐 계획이 변경됐다. 특히 고에너지 구간의 경우 R&D가 지연되면서 내년 초 한 차례 더 계획을 바꿔 향후 추이를 지켜 보면서 지속 추진 여부를 결정할 예정이다.

저에너지 구간의 최초 빔 방출 계획은 내년 10월 이전으로 잡혔다. 앞으로 다양한 핵반응·핵구조 연구시설(저에너지 실험장치)까지의 빔 전송 및 시운전을 통한 실험으로 활용성을 검증한다. 2024년 말 이후 연구자들에게 희귀동위원소 생성장치를 이용한 안정적인 빔을 제공한다. 저에너지 실험 장치에는 KoBRA(되튐분광장치), NDPS(핵데이터생산장치), MMS(질량측정장치), CLS(동축레이저분광장치) 등 포함된다.

이석래 국제과학비즈니스벨트조성추진단장은 “향후 더 복잡하고 더 어려운 고에너지 가속장치에 대한 연구 결과와 저에너지 구간의 안정적 운영 등을 종합적으로 고려해 고에너지 구간 추진 여부를 결정할 예정”이라고 밝혔다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr

 

세상의 비밀 풀 ‘꿈의 공장’ 중이온 가속기 ‘라온’ 시운전 성공

이정호 기자 run@kyunghyang.com별 스토리 • 2023-5-29

저에너지 가속 구간’ 전체서 빔 인출 신약 발명·배터리 연구 등에 기여

우주 ‘암흑물질’ 기원 규명에 활용 내년 하반기부터 본격적인 가동 예정

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대전에 소재한 중이온 가속기 ‘라온’의 전경. 예산 1조5000여억원이 투입돼 건설됐다. 과학기술정보통신부 제공© 경향신문

신약과 고성능 배터리·반도체를 개발하고, 우주의 비밀을 규명하는 데에도 이용할 수 있는 국내 최첨단 연구시설인 ‘중이온 가속기’가 시운전에 성공했다. 예산 1조5000여억원이 투입돼 만들어진 중이온 가속기가 내년부터 본격적으로 운영되면 향후 한국 기초과학 연구를 발전시키는 데 중요한 전기가 될 것이라는 전망이 나온다.

과학기술정보통신부와 기초과학연구원 중이온 가속기 연구소는 한국형 초전도 중이온 가속기인 ‘라온’ 시운전에서 저에너지 가속 구간 전체에 걸친 빔 인출에 성공했다고 29일 밝혔다.

중이온 가속기는 가벼운 이온을 우라늄 같은 무거운 표적에, 무거운 이온을 탄소 같은 가벼운 표적에 충돌시키는 장치다. 이렇게 하면 그동안 알려지지 않았던 새로운 희귀 동위원소를 얻을 수 있다.

희귀 동위원소는 우주에 있지만 실체를 알 수 없는 ‘암흑물질’의 기원을 규명하는 데 활용할 수 있다. 또 새로운 품종의 작물과 전에 없던 항암 치료 방법도 찾을 수 있게 한다.

에너지 손실이 없는 전기 저장기기를 개발하는 것도 가능하다. 최첨단 반도체 개발에도 쓸 수 있다. 한마디로 과학기술 분야에서 지금까지 존재하지 않았던 돌파구를 중이온 가속기로 찾을 수 있다는 뜻이다.

과기정통부에 따르면 라온은 총 1조5000여억원이 투입돼 국내 독자기술로 만들어졌다. 2010년 설계가 시작됐으며 2021년 5월 완공됐다.

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중이온 가속기 ‘라온’의 저에너지 구간 초전도 가속장치의 모습. 지난 23일 저에너지 구간 전체에서 이뤄진 시운전이 성공했다. 과학기술정보통신부 제공© 경향신문

라온은 지난해 하반기에 가속기의 전반부에서 빔을 뽑아내는 데 성공했다. 올해 3월부터는 후반부까지 포함한 시운전을 실시해 지난 23일 오전 11시33분쯤 가속기 전 구간에서 빔 인출에 성공했다. 라온은 초전도 가속관 124기로 구성돼 있는데, 이번에 가속관 전체를 성공적으로 시운전했다는 뜻이다.

과기정통부는 지난 24일 국내 전문가들로 구성된 회의를 소집해 시운전 결과를 살폈으며, 여기서 기술적인 목표치가 달성됐다는 점이 확인됐다고 설명했다. 이를 통해 과기정통부는 26일 ‘중이온가속기 사업추진위원회’를 열어 이 같은 분석 결과를 최종적으로 확정했다고 밝혔다. 라온은 내년 하반기부터 본격적인 운영에 들어갈 예정이다.

이번 저에너지 구간 시운전 성공으로 라온은 사업 착수 13년 만에 1단계를 통과하게 됐다. 당초 완공 목표 시점은 2017년이었으나 기술 부족과 사업 운영 미숙 등을 이유로 네 차례나 계획이다

결국 2021년에 어느 정도 완성된 ‘저에너지 구간’과 더 기술 확보가 필요한 ‘고에너지 구간’으로 나눠 2단계로 추진하는 방향으로 틀었다. 고에너지 구간 빔 인출은 2027년을 목표로 잡았다.

오태석 과기정통부 1차관은 “이번 시운전 성공은 막대한 국가 예산이 투입된 한국형 초전도 중이온 가속기의 주요 장치와 설비의 성능을 확인한 것”이라며 “창의적이고 선도적인 국제공동 연구가 이곳에서 활발히 펼쳐질 수 있도록 정책적인 노력을 다하겠다”고 밝혔다.

이정호 기자 run@kyunghyang.com

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