UNIST 정모세 교수팀 ‘입자 빔 위상공간 제어기술' 실증

이번 연구를 주도한 석지민 연구원, 정모세 교수, 하광희 교수(왼쪽부터).

(울산=뉴스1) 김재식 기자 = 더 작은 규모로 더 높은 성능을 낼 ‘차세대 가속기’를 실용화하는 데 필요한 기술의 실증실험이 성공했다.

UNIST(총장 이용훈) 물리학과의 정모세 교수팀(고강도 빔-가속기 연구실)은 기존 기술의 한계를 뛰어넘는 새로운 ‘입자 빔 위상공간 제어기술’을 실증하는 데 성공했다고 29일 밝혔다.

이번 실증실험은 미국 아르곤 국립연구소(Argonne National Laboratory) 웨이크필드 가속기 연구팀과 공동으로 진행했으며, 연구결과는 물리학 분야 최고 권위의 학술지, ‘피지컬 리뷰 레터(Physical Review Letters)’에 발표됐다.

이번 연구를 진행한 정모세 교수는 “빔 진행 방향으로 위상공간을 제어하려면 복잡한 고주파 시스템을 이용하거나, 특수한 진공 구조물을 사용해야 한다”며 “이런 방법이 알려져 있음에도 불구하고 물리학자들이 원하는 형상으로 빔을 자유자재로 제어하는 것은 어려운 과제였다”고 말했다.

이번 연구에서는 이런 한계를 극복하기 위해 ‘새로운 개념의 빔 위상공간 제어방법’을 개발하고, 실증에도 성공했다.

석지민 포항가속기연구소 박사후연구원은 “빔의 횡단면 방향 위상공간과 빔 진행 방향의 위상공간의 두 방향을 바꾸어서 빔의 형상을 자유자재로 제어할 수 있게 한 것”이라면서 “10여 년 전에 이런 개념이 제안됐으나 여러 물리적 불확실성이 있었고, 마땅한 실증실험시설이 없어서 실제 가속기에 적용하는 것은 미뤄지고 있었다”고 설명했다.

실증실험은 석지민 연구원과 하광희 미국 노던 일리노이대 교수가 주도했다.

이들은 아르곤 웨이크필드 가속기(Argonne Wakefield Accelerator, AWA) 시설에 ‘이중 이미턴스 교환 빔 라인’을 구축하고 연구를 진행했다.

사전 시뮬레이션을 통해 빔 라인을 최적화했고, 실험에 수반되는 다양한 오차 및 한계 요소들을 분석했다. 또 비선형성 제어를 위해 8극 전자석을 직접 설계하고 제작·설치했다.

정모세 교수는 “빔 진행 방향으로의 위상공간을 자유자재로 제어를 할 수 있게 되면, 소형 차세대 가속기의 실용화가 가능해진다”며 “기존에 불가능했던 다양한 물리학적 연구를 가능케 해주는 중요한 성과를 거둔 것”이라고 강조했다.

jourlkim1839@news1.kr