1. 방사광가속기란 무엇인가?

방사광(放射光)은 인공 장치 또는 우주의 진공 속에서 광속에 가까운 속도로 가속된 전자ㆍ양전자 등 하전입자가 자석의 자기장에 의해 원운동 또는 나선운동을 하게 될 때, 곡률 중심의 방향으로 가속도가 가해지게 됨으로써 원의 접선 방향으로 집중되어 복사되는 전자기파(광)다. 기존의 X선광보다 수백 만~수억 배 이상 밝다. 방사광은 1947년 제너럴 일렉트릭 사(社)의 전자싱크로트론에서 처음 관측되었기 때문에 싱크로트론 방사광(SR : synchrotron radiation)이라고도 하며, 이것이 방출되는 현상을 싱크로트론 복사라고 한다.

1960년 무렵 방사광은 과학ㆍ공업의 각 분야에서 활용할 수 있는 우수한 전자기파임이 밝혀짐으로써 이것의 이용 분야가 크게 확대ㆍ발전했고, 현재는 방사광 생산ㆍ공급 전용의 싱크로트론이라 할 수 있는 전자 또는 양전자 저장링을 주축으로 하는 복사광가속기가 건설되어 활용되고 있다. 방사광은 다른 광원을 이용할 때보다 작동 시간을 크게 단축시켰고, 기술상 어려웠던 여러 가지 일들도 가능해졌으며 복사광가속기를 활용하는 새로운 기술도 개발되었다. 복사광가속기에서 얻어지는 X선ㆍ연질 X선ㆍ자외선 등은 예리한 빔이고, 다른 광원에서 얻어지는 것보다도 수백~수천 배 이상이나 세며, 여러 가지 우수한 특성을 지니고 있다.

전 세계에 20여 개의 방사광가속기가 이미 건설되어 활용되고 있는데, 이것들은 핵물리학 등의 실험용 싱크로트론이면서 방사광 광원으로 겸용되고 있는 1세대 방사광가속기, 방사광의 질과 방출 지속 시간을 향상시켜 방사광 생산 전용 가속기로 만든 2세대 방사광가속기, 사용자의 요구에 맞게 방사광의 질을 변경ㆍ가공할 수 있게 설계ㆍ건설된 방사광 생산 전용 가속기인 3세대 방사광가속기의 3가지로 분류된다.


2. 포항 4세대 방사광가속기
지난 10월 포항가속기연구소에서는  미·일 이어 세계 3번째 성공…건물 길이 1.1㎞ 국내 최장이며 자유전자 레이저 발생 2개월만에 성공, 미·일보다 앞서 3세대보다 1억배 밝아 물질구조 나노단위까지 관측할 수 있다. 

세계 3번째 성공작인 4세대 가속기는 총 사업비 4천298억원이 투입돼 지난 2011년 4월 구축을 시작, 지난해 말 완공됐다. 

긴 막대기 형태로 건립된 가속기 건물은 길이 1.1km로 1층건물로는 국내에서 가장 긴 규모를 자랑하고 있다. 

건물 내부에 들어서면 구릿빛 관이 끊임없이 이어져 있는 것이 눈에 들어온다. 시작점에서 전자총으로 X선을 발사하면 관을 통해 선형가속기와 삽입장치가 연결된 1㎞를 지나 실험장치가 있는 끝지점에 도달하는데 불과 1초도 걸리지 않는다. 

가속관 옆에 설치된 원통장치는 항상 평평한 수준을 유지해야 하는 4세대 가속기를 관리하기 위해 마련돼 있다. 

영일만 앞바다에서 만조가 발생하면 지면이 5마이크로미터 정도 올라가는데 이 변화까지 감지해 오차를 최소화할 수 있도록 조치했다. 

이 장치를 통해 가속기연구소는 지난 6월 29일 0.5nm 파장의 X-선 자유전자 레이저 발생에 성공했다.

이어 가속기연구소는 보다 정밀한 0.15nm 파장의 X-선 자유전자 레이저 발생에 성공하면서 내년 정식운전에 앞서 최종 목표로 삼고 있는 10GeV/0.1㎚ 파장 X-선 레이저 달성을 눈앞에 두게 됐다. 

이렇게 발생한 X-선 자유전자레이저는 기존 3세대 방사광보다 1억배 밝아 물질의 미세구조를 나노단위까지 관측할 수 있으며 물질의 현상을 펨토초(10의 15 제곱 분의 1초)까지 분석할 수 있다.

단분자 단백질이나 살아 있는 세포의 움직임을 실시간으로 분석할 수 있어 획기적인 신약 개발에 활용되고, 신물질·신소재 분석을 통한 원천기술 확보와 IT 반도체 소자산업, 의료분야 등 다양한 산업 발전에 적용할 수 있다.  

김동언 포항가속기연구소 부소장은 “4세대 방사광가속기 건설초기부터 산업체와의 유기적 협력관계를 통해 핵심장치 국산화를 위해 노력한 끝에 약 70%를 국산화하는데 성공했다”며 “이 과정에서 확보된 기술력을 통해 국내 첨단과학시설 건설을 위한 견인차 역할은 물론 세계시장에 진출하기 위한 기반을 마련했다”라고 말한다.55045891.2.edit.jpg 24872_10901_1910.jpg Folie13.jpg



3. PLS, 포항방사광가속기