'라온' 고온 초전도 전자석 탑재 눈앞…"세계 최초"

'라온' 고온 초전도 전자석 탑재 눈앞…"세계 최초"
시제품 성능시험 성공적 수행…2021년 본 제품 완성
IBS "방사선 발열 환경서 효율적 빔 제어 가능 전망"



(대전=연합뉴스) 이재림 기자 = 한국형 중이온가속기 '라온'(RAON)에 고온 초전도 전자석이 탑재된다.
세계 입자가속기 중에선 처음이다.
20일 기초과학연구원(IBS) 중이온가속기건설구축사업단에 따르면 고온 초전도 전자석은 라온 중이온가속기 비행파쇄분리장치(IF·In-flight Fragment Separator) 시스템에 들어간다.
입자가속기에서 전자석은 입자 빔 정밀 제어에 쓰인다.
세계 최고 수준 고에너지·고출력 중이온 빔을 탄소표적에 충돌시켜서 희귀동위원소를 생성하는 IF 시스템에는 특별한 전자석이 필요하다.
희귀동위원소 빔을 분리하면서도 빔이 표적에 충돌할 때 발생하는 방사선 발열에 견딜 수 있어야 해서다.
사업단은 고온 초전도 전자석의 낮은 전력 소모량과 원격 조작 용이성 등에 주목했다.
라온 IF 시스템에 들어갈 사극 자석 6기와 육극 자석 1기를 고온 초전도 전자석으로 개발하기로 한 사업단은 2017년 1월 한국전기연구원 초전도연구센터와 함께 시제품을 완성했다.
이후 최근까지 냉각특성·자기장 성능시험과 발열 환경 성능시험을 수행해 안정적인 운영이 가능하다는 것을 확인했다.
고온 초전도 사극·육극 자석 본 제품은 2021년께 완성될 것으로 사업단 측은 보고 있다.


고온 초전도 전자석은 초전도 전력기기·전선에 상용화한 희토류 바륨 구리산화물 고온 초전도체로 제작한다.
비교적 높은 절대온도 90K(영하 약 183도) 이하에서 초전도상태를 유지한다.
절대온도 9K(영하 약 264도) 이하 환경에서만 초전도 현상을 보이는 저온 초전도체와 비교되는 부분이다.
사업단은 라온 핵심 초전도 가속장치의 2K·4K 극저온 환경을 유지하는 액체헬륨 냉각시스템에 고온 초전도 전자석용 40K(영하 약 233도) 기체 헬륨 냉각시스템을 통합할 방침이다.
이를 기반으로 고온 초전도 전자석 7기를 40K 저온에서 운영할 계획이다.
권영관 장치구축사업부장은 "세계 최첨단 라온 중이온가속기 구축 사업은 전에 없던 새로운 문제를 해결해 가는 과정이라고 보면 된다"며 "고에너지·고출력 빔을 제어하는 기술은 전 세계 차세대 입자가속기에서 널리 쓰일 것"이라고 말했다.


라온 구축은 우리나라 과학계 역점 과제이자 국제과학비즈니스벨트(과학벨트) 핵심으로 꼽히는 거대연구 인프라 건설 사업이다.
라온은 희귀동위원소 기반 최첨단 기초과학연구용 차세대 중이온가속기다.
2011년부터 과학벨트 거점지구인 대전시 유성구 신동지구에서 13만㎡ 규모로 건립 중이다.
1조4천억원 이상의 예산을 투입해 2021년 구축을 마무리할 예정이다.
양성자에서 우라늄까지 다양한 중이온을 가속해 희귀동위원소를 생성한다.
이를 기반으로 자연계에 존재하는 원소 기원을 밝히고 중성자별 진화 과정 등을 연구한다.
암 치료나 방사선 육종, 차세대 원자로 개발, 핵폐기물 처리 등 의료·원자력·생명공학 산업 분야 전반에도 활용될 전망이다.
walden@yna.co.kr
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