입자가속기 ()

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강력한 전기장이나 자기장 속에서 입자를 가속시켜 큰 운동에너지를 발생시키는 장치.
내용 요약

입자가속기는 강력한 전기장이나 자기장 속에서 입자를 가속시켜 큰 운동에너지를 발생시키는 장치이다. 주로 물질의 심층 구조 탐구와 암 치료 응용 등에 이용된다. 우리나라에서는 1990년대 이후 의료기관과 연구기관을 중심으로 중대형 입자가속기 설치와 활용이 추진되었다. 의료용으로는 한국원자력의학원, 국립암센터 등에서 진단과 치료를 위해 사이클로트론이 활용되고 있다. 연구용으로는 포항방사광가속기, 한국과학기술연구원, 한국지질자원연구원, 서울대학교 등에서 정전형 이온빔 가속기를 보유하고 있다. 2014년 현재 우리나라에 설치된 중대형 입자가속기는 39개이다.

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정의
강력한 전기장이나 자기장 속에서 입자를 가속시켜 큰 운동에너지를 발생시키는 장치.
개설

입자가속기는 주로 물질의 심층 구조 탐구와 암 치료 응용 등에 이용된다. 에너지 단위로는 전자볼트(electron volt, eV)를 사용한다. 입자가속기는 가속되는 입자에 따라 양성자가속기, 전자자속기, 중이온가속기, 방사광가속기 등으로 구분되며, 가속 방법에 따라 선형가속기와 원형가속기로 나뉜다. 선형가속기로는 직류 고전압이나 고주파 전기장을 이용하는 방법이 사용되며, 원형가속기에는 사이클로트론(cyclotron), 베타트론(betatron), 싱크로트론(synchrotron) 등이 있다.

연원 및 변천

우리나라 최초의 입자가속기는 1963년 연세대학교 물리학과에서 제작한 30만 전자볼트의 코크로프트-월턴(Cockcroft-Walton)형 양성자가속기로 평가되고 있다. 이후 여러 대학에서 입자가속기를 도입하거나 제작했지만, 그것은 대부분 교육용이나 초보적인 연구용에 머물러 있었다. 이어 1982년에 원자력병원에서 암 치료와 동위원소 생산을 위해 5,000만 전자볼트의 사이클로트론을 도입하였다. 1991년에 동력자원연구소에서 300만 전자볼트의 밴더그래프(Van de Graaff) 가속기를 도입하여 재료 분석과 표면 연구에 활용하기 시작했다.

우리나라 입자가속기의 역사에서 전환점이 된 것은 포항공과대학교에 설치된 방사광가속기라 할 수 있다. 포항방사광가속기(Pohang Light Source, PLS)는 전자를 빛의 속도로 가속시키는 길이 165m의 선형가속기, 가속된 전자를 초진공 통로에 저장시키는 둘레 280m의 저장 링, 그리고 방출되는 방사광을 이용하여 각종 실험을 실시하는 여러 종류의 빔 라인(beamline)으로 구성되어 있다.

포항방사광가속기는 1989년 7월에 착공된 후 1994년 12월에 완공되었으며, 전체 건설비 1,500억 원 중 40%는 정부가, 60%는 포스코가 지원하였다. 포항방사광가속기는 처음에 20억 전자볼트로 시작했지만, 2000년부터는 25억 전자볼트로 운전하고 있다. 이는 1995년 9월부터 국내외 이용자들에게 개방되고 있으며, 공개과제는 무료이지만 비공개과제에 대해서는 사용료를 받고 있다.

현황

우리나라에서는 1990년대 이후 의료기관과 연구기관을 중심으로 중대형 입자가속기를 설치하고 활용하는 사업이 본격적으로 추진되었다. 의료용으로는 한국원자력의학원, 국립암센터 등에서 진단과 치료를 위해 사이클로트론이 활용되고 있다. 연구용으로는 포항방사광가속기 이외에 한국과학기술연구원, 한국지질자원연구원, 서울대학교 등에서 정전형 이온빔 가속기를 보유하고 있다.

2013년에는 경상북도 경주에 있는 양성자가속기연구센터에 1억 전자볼트의 양성자가속기가 설치되어 운영 중에 있고, 2014년에는 전라북도 정읍에 있는 원자력연구원 첨단방사선연구소에 3천만 전자볼트의 사이클로트론이 설치되었다. 2014년 현재 우리나라에 설치된 중대형 입자가속기는 39개로 집계되고 있다.

최근에는 동남권원자력의학원과 기초과학연구원에서 대형 입자가속기를 건설하는 사업이 추진 중에 있다. 동남권원자력의학원은 2010∼2016년에 1,950억 원을 투입하여 부산광역시 기장군 장안읍에 4억 3천만 전자볼트 규모의 의료용 중입자가속기를 건설하고 있다. 기초과학연구원은 대전에 들어서는 국제과학비즈니스벨트의 핵심 사업으로 2011∼2021년에 4,604억 원을 투입하여 2억 전자볼트 규모의 한국형 중이온가속기(Korea Rare Isotope Accelerator, KoRIA)를 건설하고 있다.

참고문헌

『한국물리학회 50년사』(한국물리학회, 2002)
기초과학연구원(www.ibs.re.kr)
포항기속기연구소(pal.postech.ac.kr)
한국원자력의학원(www.kirams.re.kr)
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