가속기 운전장애 새로운 공명현상 규명…운전장애↓

국내 연구팀, 새로운 공명현상 밝혀내

▲빔 수송과 4극 자석을 이용한 빔 집속.[사진제공=기초과학연구원]

[아시아경제 정종오 기자] 가속기 빔 이동과정에서 운전 장애를 일으킬 수 있는 새로운 공명현상이 처음으로 발견됐다. 이를 파악하면 운전 장애를 일으키는 원인을 없앨 수 있을 것으로 전망된다.

미래창조과학부(장관 최양희)와 기초과학연구원 중이온가속기 건설구축사업단(단장 정순찬, 이하 사업단) 전동오 박사 연구팀이 가속기 빔 이동과정에서 운전 장애를 일으킬 수 있는 새로운 공명현상을 발견했다. 공명 현상이란 특정 물체가 그 고유 진동수와 같은 주파수를 외부에서 주기적으로 받음으로써 진폭이 뚜렷하게 증가하는 현상을 말한다.

가속기의 빔 이동은 돋보기로 햇빛을 모으는 것처럼 4극 자석을 활용해 빔을 모으는 방식으로 이뤄지는데 이 과정에서 빔의 진동주파수가 특정 주파수와 일치하는 경우에 빔 입자간 상호 밀어내는 힘에 의해 빔이 정상궤도에서 이탈하는 공명현상이 나타난다.

예컨대 자동차 멀미 현상(자동차가 흔들리는 주파수와 인간의 뇌의 고유 주파수가 같아질 때 떨림이 심해짐), 사람의 목소리로 유리잔을 깨는 현상(유리잔의 고유 진동주파수와 사람 목소리의 주파수가 같아질 때 유리잔이 깨짐) 등이 공명 현상의 일종이다.

이 같은 공명현상은 가속관으로 이동 중인 빔의 손실로 이어져 가속관 내부 손상과 함께 가속기 운전 실험을 중단시킨다. 새로운 공명현상을 파악할 수 있게 되면 가속기를 운전했을 때 발생할 수 있는 빔의 이탈과 손실을 예방할 수 있어 그만큼 운전효율을 높일 수 있다.

이번 연구결과는 2021년에 완공될 우리나라 중이온가속기는 물론 앞으로 완공될 미국 희귀동위원소빔시설(FRIB), 스웨덴 핵파쇄원(ESS), 국제열핵융합실험로(ITER)의 융합재료조사시설(IFMIF) 등 가속기 선진국들의 대형 차세대 가속기의 운전효율을 높이는 데도 적용될 수 있을 것으로 예상된다.

이번 연구 결과는 물리분야 저널인 피지컬 리뷰 레터스(PRL)지(논문명: Sixth-Order Resonance of High-Intensity Linear Accelerators)에 실렸다.

정순찬 사업단장은 "이번 연구과정에서 축척한 경험을 바탕으로 사업단이 빔물리 분야에서 세계 흐름을 주도해 나아갈 것으로 기대한다"고 말했다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr