중입자·중이온 가속기 핵심기술 개발

대전 대덕연구개발특구 내 한국원자력연구원은 중입자 가속기와 중이온 가속기에 필수적인 다가이온 빔을 발생시킬 수 있는 ‘마이크로파 전자공명(ECR) 이온원’을 개발했다고 지난 5일 밝혔다.

ECR 이온원은 강한 자장 속에 플라즈마를 가두고 고주파 전자공명 현상을 통해 전자들을 집중 가열함으로써 원자를 다가이온으로 만든 뒤 이를 선별적으로 추출해서 가속기에 공급해주는 장치로 중이온 가속기의 성능을 좌우하는 핵심부품 중 하나이다.

원자력연 오병훈 박사팀은 외국 제품보다 더 강력한 자장구조를 만들어 내기 위해 전자석과 영구자석 등 복잡한 자석들의 구조를 최적화 배치, 다가이온 발생영역을 효과적으로 제어할 수 있는 자장구조를 구현했다.

또 특수 플라즈마 용기를 이용해 높은 효율로 플라즈마를 만들어내고 14.5㎓의 마이크로파를 주입, 공명현상에 의한 전자가열로 원자의 외곽에 있는 전자 뿐 아니라 원자 안에 위치한 전자들까지 궤도에서 떨어져 나간 다가이온을 생성시킨 뒤 20~30킬로전자볼트(KeV)의 고전압을 걸어 다가이온 빔을 인출하는 데 성공했다.

오 박사는 “부산 기장에 건설될 의료용 중입자 가속기는 물론 국제과학비즈니스벨트의 핵심 연구시설이 될 중이온 가속기 구축에도 직접 적용할 수 있는 핵심 원천기술을 확보했다”며 “이번에 개발한 ECR 이온원이 중이온 가속기가 최종적으로 요구하는 성능과는 아직 거리가 있지만 초기 중이온 가속기 실험에는 직접 투입될 수 있을 것”이라고 말했다.