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UNIST 차세대 가속기용 빔 제어기술 실증 성공

등록 2022.11.29 09:47:09

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정모세 교수팀, 美 아르곤연구소와 협업

[울산=뉴시스] 구미현 기자 = 8극 전자석의 크기를 변화할 때 나타나는 빔 진행 방향 위상공간의 비선형성 제어 실험 결과(이중 이미턴스 교환 기법을 세계 최초로 이용) 2022.11.29. (사진=UNIST 제공) photo@newsis.com *재판매 및 DB 금지

[울산=뉴시스] 구미현 기자 = 8극 전자석의 크기를 변화할 때 나타나는 빔 진행 방향 위상공간의 비선형성 제어 실험 결과(이중 이미턴스 교환 기법을 세계 최초로 이용) 2022.11.29. (사진=UNIST 제공) [email protected] *재판매 및 DB 금지


[울산=뉴시스]구미현 기자 = 국내 연구진이 더 작은 규모로 더 높은 성능을 낼 '차세대 가속기' 실용화에 필요한 기술 실증에 성공했다.
 
UNIST(울산과학기술원)는 정모세 교수팀이 기존 기술의 한계를 뛰어넘는 새로운 ‘입자 빔 위상공간 제어기술’을 실증하는 데 성공했다고 29일 밝혔다.

실증실험은 미국 아르곤 국립연구소 웨이크필드 가속기 연구팀과 공동으로 진행했으며, 결과는 ‘피지컬 리뷰 레터(Physical Review Letters)’에 발표됐다.

연구진에 따르면 가속기는 원자를 구성하는 전자나 양성자, 이온 등 전하(電荷)를 가진 입자에 빠른 속도를 주고 에너지를 공급하는 장치다. 가속기 속에서 매우 빨라진 입자들은 일정한 방향으로 흐르면서 빔(beam)을 만든다. 가속기에서 만들어진 빔을 이용하면 자연계의 물리법칙이나 물질의 구조 등을 밝힐 수 있다.
 
과학자들은 가속기를 신약 개발이나 난치암 치료 등에 사용하고 있다.
 
차세대 가속기는 기존 가속기보다 훨씬 더 작은 규모로 훨씬 더 높은 성능을 내야 한다. 이를 위해서는 빔의 위상공간(phase space)을 정교하게 제어하는 기술이 필수적이다.

‘빔의 횡단면 방향으로 위상공간 제어’는 자석을 이용하면 쉽게 할 수 있는데, ‘빔 진행 방향으로 위상공간 제어’는 어려운 상황이다.
 
이번 연구에서는 이런 한계를 극복하기 위해 ‘새로운 개념의 빔 위상공간 제어방법’을 개발하고, 실증에 성공했다.
[울산=뉴시스] 구미현 기자 = 이번 연구를 주도한 석지민 포항가속기연구소 박사(가운데)와 정모세 UNIST 교수(오른쪽), 하광희 미국 노던 일리노이대 교수(왼쪽). 2022.11.29. (사진=UNIST 제공) photo@newsis.com *재판매 및 DB 금지

[울산=뉴시스] 구미현 기자 = 이번 연구를 주도한 석지민 포항가속기연구소 박사(가운데)와 정모세 UNIST 교수(오른쪽), 하광희 미국 노던 일리노이대 교수(왼쪽). 2022.11.29. (사진=UNIST 제공) [email protected] *재판매 및 DB 금지


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.
 
이런 개념은 10여 년 전에 제안됐으나 여러 물리적 불확실성이 있고 실증실험시설도 없어서 미뤄졌었다. 이번 연구를 통해 아르곤 웨이크필드 가속기 시설에서 실증에 성공했다. 실증실험은 석지민 연구원과 하광희 미국 노던 일리노이대 교수가 주도했다.
 
연구진은 연구 결과로 소형 차세대 가속기의 실용화로 이어질 것으로 기대하고 있다.

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 받았다.


◎공감언론 뉴시스 [email protected]

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