국내 독자기술로 만든 한국형 초전도 중이온가속기인 ‘라온’이 저에너지 전체 가속구간에 걸친 빔 시운전에 드디어 성공했다. 시운전이 안정적으로 마무리되면 내년 하반기부터 본격적인 운영에 들어갈 것으로 기대된다.

과학기술정보통신부와 기초과학연구원 중이온가속기연구소는 지난 23일 한국형 초전도 중이온 가속기 저에너지 전체 가속구간에 걸친 빔 시운전에 성공했다고 30일 밝혔다.

‘라온’은 국내 독자기술로 세계 최고 수준의 초전도 중이온 가속기 구축을 위해 지난 2010년 개념 설계를 시작으로 그동안 1조 5000여억원을 투입해 가속기동 및 극저온 설비 등 제반 시설건설을 2021년 5월에 완공했으며, 핵심장치인 초전도 가속장치는 2021년 12월에 구축 완료한 국내 최대 기초과학 연구프로젝트다.

중이온가속기는 방사광, 중입자 등과 같은 가속기와 달리 우라늄 같은 무거운 원소를 광속의 2분 1까지 가속해야 하는 극한 기술의 집약체로 알려져 있다. 특히, 라온은 목표성능 면이나 희귀동위원소 생성방식에서 세계 최고 수준이라고 과기정통부는 설명했다.

‘라온’은 무거운 원소(중이온)를 가속해 표적에 충돌시켜 새로운 희귀 동위원소들을 생성하고, 이 과정에서 우주와 원소의 기원 및 별의 진화 과정을 밝힐 실험적 데이터를 획득해 우리의 지식과 과학을 새로운 영역으로 이끌 수 있을 것으로 기대된다.

또한 기초과학 뿐만 아니라 반도체, 이차전지 및 항암치료 등 소재·의료분야의 기술 혁신을 이끌어 산업적 파급효과도 클 것으로 기대된다.

이번 빔 시운전은 지난해 하반기 가속관 전단부(QWR 22기)의 빔 인출에 이어, 지난 3월부터 후단부 가속관(HWR 102기)을 포함한 전체 초전도 가속관 124기에 대한 시운전을 수행한 것이다.

그동안 연구소는 초진공, 극저온 헬륨 냉각(섭씨 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 고도의 운영 기술과 노하우를 축적해 가는 과정을 거쳤다.

이러한 숙련의 과정을 통해 마침내 지난 23일 가속기 전 구간에 대한 빔 가속과 빔 인출에 성공했고, 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.

과기정통부는 시운전 결과에 대해 지난 24일 국내 가속기 전문가들로 구성된 ‘전문가 회의’를 소집해 검토한 결과, 기술적 목표치들이 달성되었음을 현장 데이터로 확인했고, 초전도 가속기와 극저온시스템 및 중앙제어시스템 등 제반 장치·설비의 건전성과 정합성도 확인했으며, 이러한 검토 결과는 26일 과기정통부 주관 ‘중이온가속기 사업추진위원회’를 통해 최종 확정했다.

과기정통부는 시운전 결과를 토대로 가속시스템에 대한 성능 최적화, 각종 실험장치들과 연계 시운전 및 가속기를 활용한 국내외 연구 제안서 선정 기준 마련 등 후속 절차를 차질 없이 진행해 내년 하반기부터 본격적인 운영에 들어갈 계획이라고 밝혔다.

오태석 과기정통부 제1차관은 “이번 시운전 성공은 그동안 막대한 국가 예산을 투입한 한국형 초전도 중이온 가속기의 주요 장치와 설비들의 목표 성능 구현과 정합성을 확인한 차원에서 그 의미가 크다”고 강조하고 “앞으로 성능 최적화 과정을 거쳐 내년 하반기부터 창의적이고 선도적인 국제공동 연구가 이곳에서 활발히 펼쳐질 수 있도록 다양한 정책적 노력을 다하겠다”고 밝혔다.