"우주·생명 탄생의 비밀 캔다"…세계 8번째 초전도 중이온가속기 부분 완공

과기정통부-기초과학연구원

대전 유성구에 위치한 중이온가속기 라온 전경.

[아시아경제 김봉수 기자] 한국이 세계에서 8번째로 초전도현상을 이용한 중이온가속기(RAON·이하 라온) 저에너지 구간을 완공했다. 원자를 가속시켜 충돌하게 만듦으로써 우주의 '빅뱅'을 재현해 우주 탄생과 생명의 비밀을 연구하는 것은 물론 핵융합·폐기물 처리 기술 개발, 차세대 방사성 의약품 개발 등 다양한 용도로 활용돼 한국 핵물리학의 새로운 지평을 열 기반이 마련됐다는 평가다.

과학기술정보통신부와 기초과학연구원 중이온가속기건설구축사업단은 대전 유성구 신동지구에 구축 중인 라온의 저에너지구간 초전도가속장치 설치를 마치고 27일 고압가스안전관리법에 따른 인허가 검사(KGS 검사)도 끝냈다고 28일 밝혔다.

중이온가속기란 경(輕)입자인 양성자나 헬륨을 제외한 원자의 이온을 강력한 전자기장을 이용해 가속시킨 후 표적에 충돌시켜 새로운 동위원소를 만들어내는 연구시설을 말한다. 초전도가속장치는 이중의 핵심 시설로, 초전도체인 니오븀(Nb)으로 만들어진 가속관이다. 액체헬륨을 냉매로 ?271℃까지 상태를 유지해주는 저온유지장치, 그리고 중이온 가속을 위한 전기에너지를 제공하는 전력제어장치 등으로 구성된다. 저에너지구간 초전도가속장치는 100m 정도 일직선으로 연결돼 우라늄 등 무거운 이온을 초당 3만km (빛의 속도의 10분의1) 이상으로 가속하는 역할을 수행하며, 중이온가속기의 가장 어려운 기술이다.

중이온가속기는 가속화된 원자들을 충돌시켜 말 그대로 우주가 태어나던 시점, 즉 한 점에 불과했던 우주가 '빅뱅'을 일으켜 원소들이 생겨나는 시점을 재현할 수 있다. ▲우주원소의 기원, ▲새로운 핵의 상태, ▲핵에서 양자색역학 화석 찾기 ▲미니 중성자별 생성 ▲중성자별 합침과 중력파 ▲강한 상호작용 물질의 상전이현상 ▲초중핵 안정 원소 탐색 ▲별들의 진화와 폭발 ▲안전한 차세대 핵에너지 개발 ▲암흑물질 탐구 ▲우주탄생의 비밀 ▲감마선폭발의 기원 ▲핵융합 및 폐기물처리 등이 구체적 연구 분야다.

과기정통부는 "초전도가속장치 제작과 성능 확보 과정을 순수 국내 기술력만으로 성공적으로 완수하였다는 것에 의미가 있으며, 이는 세계 8번째로 이룬 쾌거이기도 하다"다고 설명했다. 초전도가속모듈을 직접 설계·제작해 자체 시험시설로 성능 검증까지 마쳤는데, 미국, 캐나다, 프랑스, 독일, 이탈리아, 중국, 일본에 이어 8번째다.

중이온가속기 저에너지 가속관 모습

중이온가속기사업은 1조5000억원 가량이 투자됐지만 저에너지구간 가속장치 설치 완료까지 사업 지연으로 4차례 기본계획을 변경하는 등 시행착오를 겪기도 하였다. 당초 2011년 사업 시작때는 2017년까지 저에너지, 고에너지 구간을 모두 완공한다는 계획이었지만 관련 연구 개발 및 부품 제작 등이 지연되면서 4차례에 걸쳐 계획이 변경됐다. 특히 고에너지 구간의 경우 R&D가 지연되면서 내년 초 한 차례 더 계획을 바꿔 향후 추이를 지켜 보면서 지속 추진 여부를 결정할 예정이다.

저에너지 구간의 최초 빔 방출 계획은 내년 10월 이전으로 잡혔다. 앞으로 다양한 핵반응·핵구조 연구시설(저에너지 실험장치)까지의 빔 전송 및 시운전을 통한 실험으로 활용성을 검증한다. 2024년 말 이후 연구자들에게 희귀동위원소 생성장치를 이용한 안정적인 빔을 제공한다. 저에너지 실험 장치에는 KoBRA(되튐분광장치), NDPS(핵데이터생산장치), MMS(질량측정장치), CLS(동축레이저분광장치) 등 포함된다.

이석래 국제과학비즈니스벨트조성추진단장은 “향후 더 복잡하고 더 어려운 고에너지 가속장치에 대한 연구 결과와 저에너지 구간의 안정적 운영 등을 종합적으로 고려해 고에너지 구간 추진 여부를 결정할 예정”이라고 밝혔다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr