'단군 이래 최대'…중이온가속기 전 구간 가동 성공

과기정통부-기초과학연구원
지난 23일 빔 인출 성공
내년 하반기부터 실제 연구 활용
우주 비밀 풀고 신소재·암치료제 개발

국내 최대 기초과학 인프라 사업인 '한국형 초전도 중이온가속기(RAONㆍ라온)'가 14년간의 작업 끝에 마침내 실용화 단계에 도달했다. 우주 기원의 비밀은 물론 반도체ㆍ이차전지ㆍ항암치료 등 소재 분야 혁신의 토대가 될 수 있다.

과학기술정보통신부와 기초과학연구원(IBS) 중이온가속기연구소는 지난 23일 라온의 저에너지 전체 가속구간에 걸친 빔 시운전에 성공했다고 29일 밝혔다. 라온은 국내 독자기술로 2010년부터 1조5000억원을 투입해 2021년 말 구축을 완료한 국내 최대 기초과학 연구프로젝트이다. 라온은 우라늄 등 무거운 원소(중이온)를 가속해 표적에 충돌시켜 새로운 희귀 동위원소들을 생성하는 장치다. 이 과정에서 우주와 원소의 기원 및 별의 진화 과정을 밝힐 실험적 데이터를 획득할 수 있다. 반도체, 이차전지 및 항암치료 등 신소재 개발ㆍ의료 분야의 혁신 등 산업적 파급효과도 기대된다. 지난해 말 가속관 전단부(QWR 22기)의 빔 인출로 첫 시범 가동한 바 있다.

이번엔 올해 3월부터 후단부 가속관(HWR 102기)을 포함한 전체 초전도 가속관 124기에 대한 시운전을 수행하는데 성공했다. 초진공, 극저온 헬륨 냉각(영하 270도 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 운영 기술과 노하우를 축적한 결과였다. 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 도달하는 데 성공했다. 저에너지 구간은 약 100m가량의 가속관에서 입자를 빛의 속도 약 10분의1(초속 3만km) 정도로 가속할 수 있다.

과기정통부와 IBS는 성능 최적화, 각종 실험장치들과 연계 시운전, 국내외 연구 제안서 선정 기준 마련 후속 절차를 거쳐 내년 하반기부터 본격적인 운영에 들어갈 예정이다.

오태석 과기정통부 제1차관은 "그간 막대한 국가 예산이 투입된 라온의 목표 성능 구현과 정합성을 확인했다는 의미가 크다"면서 "성능 최적화 과정을 거쳐 내년 하반기부터 창의적이고 선도적인 국제공동 연구가 이곳에서 활발히 펼쳐질 수 있도록 할 것"이라고 말했다.

한편 2단계 사업인 고에너지 구간은 당초 동시 구축될 예정이었지만 기술적 문제 등으로 수차례 계획 수정 끝에 잠정 연기된 상태다. 지난해부터 선행 연구에 들어갔으며 결과에 따라 구축이 추진된다. 광속의 절반인 초속 15만km까지 가속할 수 있도록 건설할 예정이다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr