KPI뉴스 - UNIST, '차세대 가속기' 실용화 실증…"더욱 다양한 물리연구 가능"

  • 맑음보은28.7℃
  • 맑음천안29.5℃
  • 흐림성산24.3℃
  • 맑음부여30.7℃
  • 맑음북강릉24.1℃
  • 맑음춘천31.4℃
  • 맑음봉화29.5℃
  • 구름많음철원29.1℃
  • 맑음울산25.8℃
  • 맑음세종30.4℃
  • 맑음부안30.4℃
  • 구름많음밀양31.4℃
  • 구름많음고창군29.7℃
  • 구름많음영덕24.5℃
  • 구름많음울릉도25.4℃
  • 흐림순천28.4℃
  • 맑음창원27.2℃
  • 흐림여수26.3℃
  • 구름많음고산26.4℃
  • 맑음인천30.2℃
  • 구름많음구미31.5℃
  • 구름많음정선군31.2℃
  • 맑음속초23.0℃
  • 흐림흑산도24.9℃
  • 구름많음남해28.3℃
  • 맑음김해시30.0℃
  • 구름많음청송군28.9℃
  • 구름많음순창군30.5℃
  • 구름많음목포28.2℃
  • 흐림보성군28.5℃
  • 맑음서청주30.4℃
  • 맑음의령군30.4℃
  • 구름많음진주29.0℃
  • 흐림장흥28.0℃
  • 맑음서울32.8℃
  • 흐림광양시28.4℃
  • 구름많음남원30.6℃
  • 비서귀포24.2℃
  • 맑음영주29.4℃
  • 구름많음울진24.1℃
  • 흐림완도26.5℃
  • 맑음영광군29.3℃
  • 구름많음합천30.9℃
  • 흐림해남27.7℃
  • 맑음금산31.3℃
  • 구름많음고창31.4℃
  • 흐림고흥26.3℃
  • 맑음장수28.7℃
  • 맑음임실30.0℃
  • 맑음충주31.8℃
  • 흐림진도군26.6℃
  • 맑음부산27.9℃
  • 맑음거창29.5℃
  • 맑음북춘천31.1℃
  • 구름많음광주29.8℃
  • 흐림거제25.5℃
  • 구름많음의성31.1℃
  • 맑음북부산30.1℃
  • 맑음강릉24.7℃
  • 구름많음대구30.3℃
  • 맑음인제30.7℃
  • 맑음서산31.5℃
  • 맑음원주30.4℃
  • 맑음보령29.4℃
  • 구름많음통영26.6℃
  • 맑음홍천31.9℃
  • 맑음동두천31.4℃
  • 맑음북창원30.7℃
  • 맑음동해23.8℃
  • 맑음군산30.4℃
  • 맑음양평30.5℃
  • 구름많음제천29.2℃
  • 구름많음제주24.6℃
  • 구름많음경주시28.6℃
  • 맑음정읍30.9℃
  • 맑음수원31.6℃
  • 맑음상주30.7℃
  • 맑음청주31.8℃
  • 구름많음태백27.9℃
  • 맑음함양군30.8℃
  • 구름많음산청29.1℃
  • 맑음대전31.8℃
  • 맑음홍성31.6℃
  • 맑음추풍령28.6℃
  • 구름많음안동31.3℃
  • 구름많음영천28.8℃
  • 맑음전주31.6℃
  • 맑음문경29.4℃
  • 맑음백령도25.7℃
  • 맑음파주31.1℃
  • 맑음양산시29.2℃
  • 구름많음영월31.3℃
  • 구름많음포항24.8℃
  • 맑음대관령24.2℃
  • 흐림강진군28.3℃
  • 맑음이천32.2℃
  • 맑음강화29.2℃

UNIST, '차세대 가속기' 실용화 실증…"더욱 다양한 물리연구 가능"

최재호 기자
기사승인 : 2022-11-29 08:51:30
정모세 교수팀, 차세대 가속기용 '빔 위상 제어기술' 실증
美아르곤연구소 협업…물리학분야 최고권위학술지 게재
더 작은 규모로 더 높은 성능을 낼 '차세대 가속기'를 실용화하는 데 필요한 기술의 실증실험이 울산과학기술원 연구팀에 의해 성공했다. 

▲ 이번 연구를 주도한 석지민 포항가속기연구소 박사(가운데)와 정모세 UNIST 교수(오른쪽), 하광희 미국 노던 일리노이대 교수(왼쪽) [울산과학기술원 제공]

UNIST(유니스트·총장 이용훈)는 물리학과의 정모세 교수팀(고강도 빔-가속기 연구실)이 기존 기술의 한계를 뛰어넘는 새로운 '입자 빔 위상공간 제어기술'을 실증하는 데 성공했다고 29일 밝혔다.

이번 실증실험은 미국 아르곤 국립연구소(Argonne National Laboratory) 웨이크필드 가속기 연구팀과 공동으로 진행됐다. 연구결과는 물리학 분야 최고 권위의 학술지 '피지컬 리뷰 레터'(Physical Review Letters)에 발표됐다.

가속기는 원자를 구성하는 전자나 양성자, 이온 등 전하(電荷)를 가진 입자에 빠른 속도를 주고(가속) 에너지를 공급하는 장치다.

가속기 속에서 매우 빨라진 입자들은 일정한 방향으로 흐르면서 빔(beam)을 만든다. 과학자들은 이렇게 만들어진 빔이 물질에 부딪히면서 나타나는 효과를 이용하거나, 빔이 휨자석을 지나면서 내는 방사광을 이용한다. 자연계의 물리법칙이나 물질의 구조 등을 밝히고, 신약 개발이나 난치암 치료 등에도 사용하는 것이다.

차세대 가속기는 기존 가속기보다 훨씬 더 작은 규모로 훨씬 더 높은 성능을 내야 한다. 이를 위해서는 빔의 위상공간을 정교하게 제어하는 기술이 필수적이다. 현재 '빔의 횡단면 방향으로 위상공간 제어'는 자석을 이용하면 쉽게 할 수 있고 기술도 잘 정립돼 있다. 하지만 '빔 진행 방향으로 위상공간 제어'는 어려운 상황이다.

정모세 교수는 "빔 진행 방향으로 위상공간을 제어하려면 복잡한 고주파 시스템을 이용하거나, 특수한 진공 구조물을 사용해야 한다"며 "이런 방법이 알려져 있음에도 불구하고 물리학자들이 원하는 형상으로 빔을 자유자재로 제어하는 것은 어려운 과제였다"고 설명했다. 

▲ 이번 실증실험에 사용된 미국 아르곤 국립연구소 웨이크필드 가속기 시설의 모식도

이번 연구에서는 이런 한계를 극복하기 위해 '새로운 개념의 빔 위상공간 제어방법'을 개발하고, 실증에도 성공했다.

빔의 횡단면 방향 위상공간과 빔 진행 방향의 위상공간을 서로 바꾸는 '이미턴스 교환'(Emittance Exchange)에 바탕을 둔 기술이다. 즉, 빔 진행 방향으로의 빔 분포를 횡단면 방향으로 먼저 바꾼 후, 자석을 이용해 형상을 제어하고, 이를 다시 원래의 빔 진행 방향 분포로 되돌리는 것이다. 

석지민 포항가속기연구소 박사후연구원은 "쉽게 말해 두 방향을 바꾸어서 빔의 형상을 자유자재로 제어할 수 있게 한 것"이라면서 "10여 년 전에 이런 개념이 제안됐으나 여러 물리적 불확실성이 있었고, 마땅한 실증실험시설이 없어서 실제 가속기에 적용하는 것은 미뤄지고 있었다"고 전했다.

정모세 교수는 "빔 진행 방향으로의 위상공간을 자유자재로 제어를 할 수 있게 되면, 소형 차세대 가속기의 실용화가 가능해진다"며 "기존에 불가능했던 다양한 물리학적 연구를 가능케 해주는 중요한 성과를 거둔 것"이라고 강조했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 중견연구자지원사업 및 가속기인력양성 및 활용지원 사업(미래기반 가속기 전문인력양성 사업단)의 지원을 받아 이뤄졌다. 

KPI뉴스 / 최재호 기자 choijh1992@kpinews.kr

[저작권자ⓒ KPI뉴스. 무단전재-재배포 금지]