새로운 가속기 빔 이탈 요인 최초로 발견 - 대형 차세대 가속기의 운전효율제고 기술로 적용 기대 -

 

 

 

 

 

◇ 가속기 빔 이탈·손실 원인인 6차 공명현상 발견 → 운전장애 0% 가능 ◇ 세계 물리학계 최고 권위지 ‘피지컬 리뷰 레터스(PRL)지’ 최신호에 게재

 

 

 

 

□ 미래창조과학부(장관 최양희)와 기초과학연구원 중이온가속기 건설구축사업단(단장 정순찬, 이하 ‘사업단’) 전동오 박사 연구팀이 가속기 빔 이동과정에서 운전장애를 일으킬 수 있는 새로운 공명현상^*을 세계 최초로 발견했다.

 

* 특정 물체가 그 고유 진동수와 같은 주파수를 외부에서 주기적으로 받음으로써 진폭이 뚜렷하게 증가하는 현상

 

ㅇ 가속기의 빔 이동은 돋보기로 햇빛을 모으는 것처럼 4극 자석을 활용해 빔을 모으는 방식으로 이뤄지는데, 이 과정에서 빔의 진동주파수가 특정 주파수와 일치하는 경우에 빔 입자간 상호 밀어내는 힘에 의해 빔이 정상궤도에서 이탈하는 공명현상이 나타난다.

 

※ 예시 : 자동차 멀미 현상(자동차가 흔들리는 주파수와 인간의 뇌의 고유 주파수가 같아질 때 떨림이 심해짐), 사람의 목소리로 유리잔을 깨는 현상(유리잔의 고유 진동주파수와 사람 목소리의 주파수가 같아질 때 유리잔이 깨짐)

ㅇ 이러한 공명현상은 가속관으로 이동중인 빔의 손실로 이어져, 가속관 내부 손상과 함께 가속기 운전·실험을 중단시킨다. 이에 새로운 공명현상을 파악할 수 있게 되면, 가속기 운전시 발생할 수 있는 빔의 이탈과 손실을 예방할 수 있어 그만큼 운전효율을 높일 수 있다.

 

□ 이번에 사업단 연구진이 새롭게 밝혀낸 공명현상은 전체 빔이 모이는 구간 중(0°~180°) 90°~120° 구간에서 발생하는 6차 공명현상(붙임 1)이다. 이번 연구결과로 인해 과학계는 전체 가속구간에서의 공명현상을 파악할 수 있게 되었다.

 

ㅇ 연구진은 새로운 공명현상을 찾기 위해 중이온 중 하나인 아르곤(Ar) 빔을 모델로 삼았으며, 관측을 위해 사실적인 선형가속기 모델을 이용하여 전산모사^*로 파라미터 공간을 스캔하는 방식을 사용하였다.

 

* 과학과 공학 분야에서 이용되는 연구방법론의 하나로서 ‘계산과학’으로 포괄됨

 

□ 선형가속기 공명현상은 2000년대 등장한 차세대 가속기의 설계와 운전효율을 높이기 위해 필요한 중요 연구로 주목을 받고 있다.

 

ㅇ 이번 연구결과는 2021년에 완공될 우리나라 중이온가속기는 물론 향후 완공될 미국 희귀동위원소빔시설(FRIB), 스웨덴 핵파쇄원(ESS), 국제열핵융합실험로(ITER)의 융합재료조사시설(IFMIF) 등 가속기 선진국들의 대형 차세대 가속기의 운전효율을 높이는 데도 적용될 수 있을 것으로 예상된다.

 

□ 아울러, 이번 연구 결과는 물리분야 세계 최고권위(영향력지수(IF) 7.7)의 저널인 피지컬 리뷰 레터스(PRL) 지(誌)에 게재(‘15.5)됐다.

 

※ (논문명) 고강도 선형가속기의 6차 공명

(Sixth-Order Resonance of High-Intensity Linear Accelerators)

※ (주저자/교신저자) 전동오 연구위원(IBS 중이온가속기 사업단)

※ (공동저자) 장지호, 진현창, 장효재 중이온가속기 사업단 연구위원 등

ㅇ 전동오 박사는 지난 2009년에도 선형가속기의 4차(60°~90°구간) 공명 현상을 최초로 발견하고 그 결과를 피지컬 리뷰 스페셜 토픽(PRST-AB)에 게재한 바 있는 데, 6년 만에 다시 6차 공명 현상까지 발견함으로써 선형가속기 빔 공명현상의 시작과 끝을 밝혀내는 쾌거를 이루게 됐다.

 

□ 정순찬 사업단장은 “이번 연구과정에서 축척한 경험을 바탕으로 사업단이 빔물리 분야에서 세계 흐름을 주도해 나아갈 것으로 기대한다”고 밝혔다.
 

“이 자료는 미래창조과학부의 보도자료를 전재하여 제공함을 알려드립니다.”