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유치 전쟁이 치열한 4세대 방사광가속기란? 본문
지난 5월 8일 다목적 방사광가속기 구축 사업 부지로
충북 청주시가 최종 확정됐습니다👏👏
20년 5월, 1조원 규모 국책사업인 4세대 방사광가속기의 부지가 선정될 예정입니다. 이에 춘천, 포항, 나주, 청주 4개 지자체가 열띤 경쟁을 펼치고 있습니다. 방사광가속기가 도대체 뭐길래? 유치 경쟁이 이렇게 치열할까요? 방사광가속기에 대해 알아보겠습니다.
강입자 충돌기
스위스 제네바에 있는 강입자충돌기(Large Hadron Collider, LHC)는 모두 들어보셨을 거에요. 무려 27km의 원형 터널에 양성자를 빛의 속도로 가속해 충돌을 시키는 세계 최대의 실험장치입니다. 이를 통해 블랙홀, 빅뱅 등 우주의 기원을 알아내는 연구를 하고 있습니다.
방사광가속기
방사광가속기도 강입자 충돌기와 비슷한 거대 실험장치입니다. 강입자충돌기와 비슷하면서도 다른데요. 방사광가속기는 최고 성능의 거대한 슈퍼 현미경이라고 생각하면 됩니다.
1. 방사광이란?
빛의 속도로 직선운동을 하는 전자는 자기장 속에서 저항을 받으면 운동방향이 꺾입니다. 전자가 꺾이는 지점에서 접선방향으로 강력한 빛이 발생하는데 이것을 방사광(Synchrotron Radiation)이라고 합니다.
이 방사광은 X선처럼 가시광선으로 투과할 수 없는 물질을 투과할 수 있습니다. 게다가 다른 빛에 비해 훨씬 밝고 해상도가 높으므로 사람 머리카락 굵기의 40분의 1 수준인 약 2μm(100만분의 1m) 크기의 물체를 구분해낼 수 있습니다.
방사광가속기의 원리4세대 방사광가속기에서 나오는 빛은 바로 이전의 3세대보다도 1억 배나 밝고, 햇빛보다도 100경 배 밝습니다. 파장의 폭도 짧아서 나노미터(10억 분의 1m) 단위의 작은 물질을 펨토초 단위(1000조 분의 1초)로 분석할 수 있습니다.
이런 양질의 빛으로 생체 내에서 일어나는 분자나 원자의 움직임을 실시간으로 확인할 수 있습니다. 고체의 원자구조, 분자 및 중요한 생물학적 구조를 탐구할 수 있는 것입니다.
2. 방사광가속기의 구조
방사광가속기는 선형가속기, 저장링, 빔라인으로 이루어집니다.
선형가속기는 전자를 뿜어내는 장치입니다. 선형가속기의 전자총에서 전자를 뿜어내면 전자는 전기장에 의해 빛의 속도로 가속됩니다. 직선거리 160미터를 내달린 전자는 곧바로 둘레 280미터의 저장링을 10시간 이상 쉬지 않고 돕니다. 방향이 바뀔 때마다 전자에서 뿜어져 나오는 방사광을 빔라인(소형 실험실)에서 실험에 필요한 빛을 선별해서 사용합니다.
3. 방사광가속기의 용도
방사광가속기는 결국 양질의 빛을 만들어 내는 빛공장입니다. 빠른 광원으로 화학 촉매 반응, 분자결합 반응, 생체 반응, 광합성과 같은 초고속 자연 현상을 관측할 수 있다. 실제 이런 화학 반응은 너무 빨라서 지금까지 각 과정을 정확히 연구할 수 없었습니다. 4세대 방사광을 이용하면 각 과정을 순간 포착할 수 있어 언제 어디서 어떤 일이 일어나는지 과정별로 보는 일이 가능합니다.
초미세 단위의 현상을 연구할 수 있는 이 방사광가속기의 용도는 무궁무진합니다. 단백질과 같은 작은 물질의 구조를 해석하는데 매우 유용합니다. 반도체, 신약 개발, 생명공학, 의학, 철강, 환경공학, 신소재 등 산업 지원과 기초 연구 분야에 그 활용도가 무궁무진한 최첨단 설비입니다.
국내 설치 현황
우리나라는 1994년에 포항에 포항방사광가속기(PLS)가 설치되었습니다. 지난해만 해도 6,000명 이상의 과학자들이 포항에서 1,600건의 실험을 수행하였습니다.
2017년에는 포항공대에 4세대 방사광가속기가 설치되었습니다. 이로써 미국, 일본에 이어 세계에서 3번째 4세대 방사광 가속기 보유국이 되었습니다.
과연 이 방사광가속기가 설치될 다음 장소는 어디가 될까요? 개인적으로 포항 한곳에 집중되는 것보다 지역적으로 배분하는 것이 좋다고 생각합니다. 나주에 한전공대, 한국전력 본사가 있는 만큼 나주에 설치하는 것도 시너지효과가 클 것 같네요.
최고의 현미경 방사광가속기를 통해 우리나라의 과학, 산업 기술이 더더욱 발전하길 기대합니다.
