[과학]빔의 진행 방향 바꿨을 뿐인데...연구 난제 해결되나
[과학]빔의 진행 방향 바꿨을 뿐인데...연구 난제 해결되나
  • 정지원 기자
  • 승인 2022.11.29 10:19
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새로운 '입자 빔 위상공간 제어기술' 실증 성공
빔 진행 방향으로 위상공간 제어...'이미턴스 교환' 활용
차세대 소형 가속기 실용화 머지 않아
(왼쪽부터)하광희 미국 노던 일리노이대 교수와 석지민 포항가속기연구소 박사, 정모세 UNIST 물리학과 교수.(사진=UNIST)
(왼쪽부터)하광희 미국 노던 일리노이대 교수와 석지민 포항가속기연구소 박사, 정모세 UNIST 물리학과 교수.(사진=UNIST)

(내외방송=정지원 과학전문 기자) 빔(빛의 흐름)의 진행 방향을 자유자재로 제어할 수 있어 앞으로 '차세대 소형 가속기'의 실용화가 앞당겨질 것으로 보인다.

UNIST(울산과학기술원)는 29일 '내외방송'에 보낸 자료에서 "정모세 물리학과 교수 연구팀이 새로운 '입자 빔 위상공간(특정한 구성요소가 가질 수 있는 모든 상태들의 공간) 제어기술'을 실증하는 데 성공했다"고 밝혔다.

가속기는 원자를 구성하는 전자나 양성자(원자핵 구성 입자), 이온(전자의 수가 같지 않아서 전하를 띰) 등 전하(물체가 띠는 정전기의 양)를 가진 입자에 빠른 속도를 주고 에너지를 공급하는 장치다.

가속기 속에서 속도가 매우 빨라진 입자들은 일정한 방향으로 흐르면서 빔을 만드는데, 이 빔이 물질에 부딪히면서 나타나는 효과를 이용하거나 휨자석(구부림 자석)을 지나면서 내는 방사광(빛의 속도에 근접하게 고속으로 전자를 가속한 후 전자석을 이용해 회전시키면 방출되는 빛)을 이용하는 것이다.

이 방사광은 자연계의 물리법칙이나 물질의 구조 등을 밝히고, 신약 개발이나 난치암 치료 등에 사용된다.

'이미턴스 교환' 방법을 세계 최초로 이용해 8극 전자석의 크기가 변화할 때 나타나는 빔 진행 방향 위상공간의 비선형성 제어 실험 결과 모식도.(사진=UNIST)
'이미턴스 교환' 방법을 세계 최초로 이용해 8극 전자석의 크기가 변화할 때 나타나는 빔 진행 방향 위상공간의 비선형성 제어 실험 결과 모식도.(사진=UNIST)

정 교수는 "빔의 진행 방향으로 위상공간을 제어하려면 복잡한 고주파 시스템을 이용하거나 특수한 진공 구조물을 사용해야 한다"고 설명했다.

연구팀은 빔을 자유자재로 제어하기 위해서 빔의 횡단면 방향과 진행 방향의 위상공간을 서로 바꾸는 '이미턴스 교환'에 주목해 '새로운 개념의 빔 위상공간 제어방법'을 개발했다.

빔의 진행 방향으로 돼 있는 분포를 횡단면 방향으로 먼저 바꾼 후, 자석을 이용해 형상을 제어해 다시 원래 분포 방향으로 되돌리는 것이다.

정 교수는 "빔의 진행 방향으로 위상공간을 자유자재로 제어할 수 있게 되면 소형 차세대 가속기의 실용화가 가능해진다"며 "기존에 불가능했던 다양한 물리학적 연구를 가능하게 해주는 중요한 성과를 거둔 것"이라고 말했다.

석지민 포항가속기연구소 박사후연구원과 하광희 미국 노던 일리노이대 교수, 미국 아르곤 국립연구소인 '웨이크필드 가속기 연구팀'이 공동으로 진행한 이 연구는 과학기술정보통신부 등의 지원을 받아 수행됐으며 물리학 분야 국제학술지인 '피지컬 리뷰 레터(Physical Revied Letters)'에 최근 발표됐다(논문명: Experimental demonstration of double emittance exchange toward arbitrary longitudinal beam phase-space manipulations).

 


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