우주 생성원리 밝힌다…중이온가속기 저에너지 전 구간 '빔 인출' 성공

저에너지 전체 가속구간 빔 인출·시운전 성공…내년 하반기 본격 운영
단군 이래 최대 기초과학 프로젝트…고에너지 구간 빔 인출 2027년 목표

대전 유성구 신동지구에 구축된 중이온가속기 '라온' 전경. 사진=과학기술정보통신부 제공

단군 이래 최대 기초과학 프로젝트로 불리는 한국형 중이온가속기 '라온(RAON)'이 저에너지 전체 가속구간 빔 시운전을 완료했다.

기술적 문제 등으로 수차례 사업 계획을 변경한 끝에 마침내 프로젝트의 첫 관문을 넘은 것이다. 국가 기초과학 경쟁력 강화를 기대해 볼 수 있는 쾌거지만, 사업에 필수적인 고에너지 구간 빔 인출까진 아직 갈 길이 남아있다.

29일 과학기술정보통신부와 기초과학연구원(IBS)에 따르면 IBS 중이온가속기연구소는 지난 23일 가속기 전 구간에 대한 빔 가속과 빔 인출에 성공했다. 이후 추가 재현 실험을 통해 빔 에너지 17.6MeV/u 및 빔 전류 21.3마이크로암페어(㎂)에 도달했다.

중이온가속기 저에너지 구간 초전도 가속장치. 사진=과학기술정보통신부 제공

이번 시운전은 지난해 하반기 가속관 전단부(QWR 22기) 빔 인출에 이어, 올해 3월 후단부 가속관(HWR 102기) 등 전체 초전도 가속관 124기 시운전을 수행한 것이다. 연구소는 그동안 초진공·극저온 헬륨 냉각 상태를 유지하면서 기술 축적 과정을 거쳤다.

과기정통부는 지난 24일 국내 가속기 전문가들로 구성된 전문가 회의를 열고 이번 시운전 결과를 검토했다. 전문가들은 현장 데이터를 통해 기술적 목표치와 제반 장치·설비의 건전성을 확인하고, 이 결과를 지난 26일 중이온가속기 사업추진위원회를 통해 최종 확정했다.

과기정통부와 IBS는 시운전 결과를 토대로 가속시스템 성능 최적화, 가속기를 활용한 연구 제안서 선정 기준 마련 등 후속 절차를 진행할 예정이다. 본격적인 가속기 운영은 내년 하반기부터 시작한다.

대전 유성구 신동지구에 구축된 중이온가속기 '라온' 전경. 사진=과학기술정보통신부 제공

중이온가속기 활용 분야. 사진=IBS중이온가속기연구소 제공

오태석 과기정통부 제1차관은 "막대한 국가 예산이 투입된 한국형 초전도 중이온 가속기의 주요 장치와 설비들의 목표 성능을 구현했다는 점에서 의미가 크다"며 "앞으로 성능 최적화 과정을 거쳐 내년 하반기부터 국제 공동 연구가 이곳에서 활발히 펼쳐질 수 있도록 하겠다"고 말했다.

한편 대전 유성구 신동에 구축된 라온은 중이온(우라늄 등의 무거운 원소)을 가속해 표적에 충돌시킨 뒤 새로운 희귀 동위원소를 생성하는 대형 연구시설이다. 정부가 2010년부터 1조 5000억 원 규모의 예산을 투입해 신동지구에 건설을 시작했지만, 기술적 문제·운영 미숙 등이 맞물리면서 사업 계획이 4차례나 변경돼왔다. 당초 2017년 완공 목표로 추진됐으나, 결국 저에너지구간(1단계), 고에너지 구간(2단계)으로 나눠 추진하는 방향으로 선회하면서 제반 시설 건설은 2021년 5월, 핵심 장치인 초전도 가속장치는 2021년 12월에 구축됐다. 고에너지 구간 빔 인출은 2027년을 목표로 잡은 상태다.

정부는 향후 라온을 통해 우주와 원소의 기원, 별의 진화 과정을 밝힐 실험적 데이터를 획득하고, 반도체, 이차전지, 항암치료 등 소재·의료분야에 활용할 연구성과가 나올 것으로 기대하고 있다.

저에너지 가속장치 구성. 사진=IBS중이온가속기연구소 제공