​미지의 원소 찾는 '라온', 시운전 성공... 2024년 가동 목표

중이온 가속기 라온, 저에너지 전체 구간 빔 시운전 성공

축구장 137개 면적 연구시설... 새로운 과학적 발견 목표

2단계 사업 고에너지 가속장치 완공 시 '세계 최고' 수준

중이온 가속기 '라온'에서 중이온 빔을 생성하는 입사기 장치. [사진=이상우 기자]

가장 작은 세계에서 모든 물질과 우주의 본질을 찾는 연구가 국내에서도 본격화될 전망이다. 이르면 오는 2024년 하반기부터 중이온 가속기를 가동해 새로운 원소를 발견하고, 우주 생성 원리를 규명하는 연구를 시작하게 된다.

과학기술정보통신부와 기초과학연구원 중이온가속기연구소는 지난 23일 한국형 초전도 중이온 가속기 '라온(RAON)'의 저에너지 전체 가속구간에 걸친 빔 시운전에 성공했다고 29일 밝혔다.

라온은 세게 최고 수준의 초전도 중이온 가속기를 국내 기술로 구현하기 위해 지난 2010년부터 시작한 프로젝트다. 약 1조5000억원을 투입해 가속기동, 극저온설비 등 제반 시설을 지난 2021년 5월 완공했다. 핵심 장치인 초전도 가속장치도 같은 해 12월 구축했다. 첫 빔 인출은 작년 하반기에 성공한 바 있다.

중이온 가속기는 무거운 원소(중이온)를 가속해 표적에 충돌하고, 새로운 희귀 동위원소를 생성하는 장치다. 이 과정에서 우주와 원소의 기원, 별의 진화 과정을 밝힐 실험적 데이터를 얻을 수 있다. 이는 기초과학 분야 지식을 확장하는 것은 물론, 반도체, 이차전지, 항암치료 등 소재·의료 산업의 파급효과로도 이어진다.

라온은 올해 3월부터 초전도 가속관 124기에 대한 시운전을 수행해 저에너지 전체구간 시운전에 성공했다. 그간 연구소는 △초진공 △극저온 헬륨 냉각(영하 270도 내외) 상태 유지 △가속관 주파수·빔 위상 제어 △최적의 가속 변수(파라미터) 설정 등 운영 기술과 노하우를 쌓았다.

지난 23일 오전 11시 33분경에는 가속기 전 구간에 대한 빔 가속과 빔 인출에 성공했다. 이후 추가 재현실험으로 핵자(u)당 17.6MeV의 빔 에너지와 21.3마이크로 암페어(μA)의 빔 전류에 도달하는 데 성공했다.

과기정통부는 시운전 결과를 지난 24일 전문가 회의에서 검토하고, 현장 데이터로 기술적 목표치를 달성했음을 확인했다. 초전도 가속기, 극저온 시스템, 중앙제어 시스템 등 제반 장치와 설비의 정합성도 검증했다. 검토 결과는 26일 과기정통부 주관 '중이온가속기 사업추진위원회'에서 최종 확정했다.

이번 시운전 결과를 토대로 향후 가속 시스템에 대한 성능 최적화, 각종 실험장치와 연계 시운전, 가속기를 활용한 국내외 연구 제안서 선정 기준 마련 등 후속 절차를 진행할 계획이다. 본격적인 가동은 오는 2024년 하반기부터 시작할 예정이다. 또한 2단계 사업인 고에너지 가속장치 구축이 완료되면 라온은 세계 최고 수준의 연구 시설로 거듭날 수 있다.

오태석 과기정통부 제1차관은 "막대한 국가 예산이 투입된 라온의 주요 장치, 설비 목표 성능 구현, 정합성을 확인해, 이번 시운전 성공의 의미가 크다"며 "앞으로 성능 최적화 과정을 거쳐 내년 하반기부터 선도적인 국제공동 연구가 활발히 펼쳐질 수 있도록 정책적 노력을 다하겠다"고 밝혔다.