중이온가속기 세계 8번째로 RFQ 선형가속기에서 중이온빔 가속 성공- 2021년 중이온가속기 성공적 구축을 위한 첫단추 끼워

중이온가속기 세계 8번째로 RFQ 선형가속기에서 중이온빔 가속 성공- 2021년 중이온가속기 성공적 구축을 위한 첫단추 끼워

 

작성일 : 2016. 12. 21. 중이온가속기팀

 

중이온가속기 세계 8번째로 RFQ 선형가속기에서 중이온빔 가속 성공
- 2021년 중이온가속기 성공적 구축을 위한 첫단추 끼워 -

□ 미래창조과학부(장관 최양희)는 기초과학연구원(IBS) 중이온가속기건설구축사업단(단장 정순찬)이 중이온가속기의 핵심장치 중 하나인 고주파사중극자(RFQ*) 선형가속기까지 중이온빔 가속을 성공했다고 밝혔다.
    * Radio-Frequency Quadrupole
  ㅇ 세계 최초 2-Way 희귀동위원소 생성방식*의 중이온가속기 ‘라온’은 초전도이온원에서 이온빔을 생성, 초전도선형가속기(SCL**)를 통해 최대 200MeV/u(우라늄 기준)까지 이온빔을 가속시키는데 최초 가속구간***에서 중이온빔(산소, O7+) 가속‧인출에 성공한 것이다.
    * ISOL(Isotope Separation on-Line) + IF(Inflight Fragmentation)
   ** Super Conducting Linear accelerator
  *** 중이온빔 가속 : 저에너지 가속구간(①RFQ(500keV/u) → ②SCL1(18.5MeV/u)) → 고에지 가속구간(③SCL2(200MeV/u)) / 붙임2 배치도 참조
□ RFQ 선형가속기는 초전도이온원에서 생성‧전달된 중이온빔을 500keV/u까지 가속하는 장치로서, 동장치에서 이온빔 가속에 성공한 국가는 미국, 캐나다, 일본, 독일, 프랑스, 이탈리아, 중국에 이어 우리나라가 8번째이다.
  ㅇ 특히, RFQ는 81.25MHz 4-날개(Vane) 형태로 브레이징* 접합기술을 이용하여 제작함으로써 장시간 연속운전이 가능하고 우라늄과 같은 무거운 원소까지 안정되게 가속할 수 있다.
    * 고온진공로에서 동종 또는 이종 소재를 접합시키는 방법
□ 이번 ‘RFQ 중이온빔 인출 성공’은 이온빔을 생성‧가속하여 초전도선형가속기(SCL)에 전달하는 입사기(중이온가속기의 전단부)를 순수 국내 기술만으로 구축하여 더욱 의미가 깊다.
  ㅇ 핵심장치인 RFQ 선형가속기를 비롯한 초전도이온원, 빔 수송장치 등을 포함하는 입사기는 한국원자력연구원, 포항가속기연구소, 한국기초과학지원연구원, 국가핵융합연구소 등 국내 연구기관 및 산업체와의 협력을 통해 구축했기 때문이다.
□ 정순찬 단장은 “이번 성과는 중이온가속기건설구축 사업단 직원들의 밤낮 없는 노력의 결과”라며, “빔 가속의 첫 단추가 잘 끼워진 만큼 향후 일정들도 정상적으로 추진하여 2021년까지 사업을 성공적으로 완료할 것”이라고 밝혔다.

  

 <붙임자료> 1. RFQ 선형가속기 개요, 용어해설
             2. 중이온가속기 ‘라온’ 구축사업 개요

붙임 1

 RFQ 선형가속기 개요, 용어설명

□ RFQ 선형가속기 개요
 ○ (목적) 중이온가속기의 전단부에 설치되는 가속장치로 이후에 설치되는 초전도 가속기에서 효율적으로 가속될 수 있도록 중이온빔을 가속하는 장치
 ○ (구축기간/장소) ‘15. 4. ~ ’16. 7. /KAIST 문지캠퍼스 부속 3동
 ○ (장치 사양)

구 분
내 용
운전 주파수
81.25 MHz
입력 에너지
10 keV/u
가속 후 에너지
500 keV/u
최대 운전 고주파 파워
98 kW
길이 및 무게
5 m / 약 20 ton

< 구축 완료된 RFQ 선형가속기 >

□ 용어 해설

1. 고주파사중극자(Radio Frequency Quadrupole) 선형가속기
   RFQ는 선형가속장치로 고주파를 인가함으로써 이온빔을 흩어지지 않도록 모아주는 빔집속(focusing) 기능, 고주파 가속장치로 가속하기 위해 빔을 번칭(bunching)하는 기능과 함께 이온빔의 에너지를 높이는 가속(acceleration) 기능이 동시에 가능한 장치이다. 일반적으로 선형가속기의 저에너지부에 설치하여 초기 가속장치로 널리 활용되고 있다.

2. 운전 주파수 (Operation frequency)
   가속 공동(acceleration cavity)에 인가되는 고주파의 주파수로서 본 RFQ는 81.25 MHz(1주기의 파형이 초당 8125만개), FM라디오 주파수 영역이다.

3. 입력 에너지 (Input energy)
   RFQ에 공급되는 이온빔의 에너지로 초전도 이온원에서 생성되어 전달되는 이온빔의 에너지는 10 keV/u(핵자당 10,000 eV의 에너지)이다.

4. 가속 후 에너지 (Output energy)
   RFQ선형가속기를 통해 가속된 이온빔의 에너지로 500 keV/u(핵자당 500,000 eV의 에너지)로 가속된다.

붙임 2

 중이온가속기(RAON) 구축사업 개요

□ 개 요
 ㅇ (사업목적) 세계 최고 수준의 중이온가속기 구축을 통해 국내 기초과학의 글로벌 경쟁력 확보 기반 마련 및 가속기 활용 우수 연구자 양성
 ㅇ (추진주체) 미래부(일반시설) / IBS(장치구축, 특수시설)
 ㅇ (기간/규모) ‘11년 ~ ‘21년 / 부지 952,066㎡, 건물 130,144㎡
 ㅇ (총사업비) 14,298억원(국비)
    * 장치구축 4,602억원, 시설건설 6,096억원, 부지매입 3,600억원(총사업비 협의조정, ‘16.3월)
□ ‘RAON’의 기대효과
 ㅇ 세계 최초 융합형 희귀동위원소 생성방식(ISOL+IF)을 통해 고희귀도 동위원소 발견 가능성 제고

□ ‘RAON’의 장치 및 시설 배치도