뉴스 | [뉴시스외6건] 가속기 가동 중에도 이온 빔 변형 연구 가능해진다 (첨단원자력/물리 정모세 교수)
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2025.08.13 / 106Links
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가속기 가동 중에도 중단 없이 이온 빔 변형 연구 가능해진다
포스텍 정모세 교수 연구팀이 기초과학연구원(IBS) 중이온가속기연구소-한국원자력연구원(KAERI) 첨단방사선연구소 연구팀과 저에너지 이온 빔의 진행 방향 다발 형태를 비파괴적으로 측정할 수 있는 정전용량식 이온 빔 번치 형태 모니터(CPU-BSM)를 개발했다. 사진 왼쪽부터 이종철 박사(KAERI)·김동건 박사(IBS)·주진식 선임(KAERI)·추경호 박사(IBS)·함철민 박사(IBS, 교신저자)·권장원 박사 (IBS)·곽동현 박사(IBS, 주저자)·이광복 박사(IBS)·오건희 박사(IBS)·정 교수(POSTECH, 교신저자)·편성재·이청수 연구위원(IBS)
이온 가속기에서 입자 빔 진단 연구에 새로운 패러다임을 제시할 수 있는 연구 결과가 발표됐다.
포스텍(포항공과대학교)-기초과학연구원(IBS) 중이온가속기연구소-한국원자력연구원(KAERI) 첨단방사선연구소 공동 연구팀은 저에너지 이온 빔의 진행 방향 다발 형태를 파괴하지 않고, 측정할 수 있는 정전용량식 이온 빔 번치 형태 모니터(CPU-BSM)를 개발했다고 12일 밝혔다.
포스텍(포항공과대학교)-기초과학연구원(IBS) 중이온가속기연구소-한국원자력연구원(KAERI) 첨단방사선연구소 공동 연구팀은 저에너지 이온 빔의 진행 방향 다발 형태를 파괴하지 않고, 측정할 수 있는 정전용량식 이온 빔 번치 형태 모니터(CPU-BSM)를 개발했다고 12일 밝혔다.
포스텍 첨단원자력공학부·물리학과 정모세 교수 연구팀, 중이온가속기연구소 연구진, 한국원자력연구원 박정훈 실장(사이클로트론응용연구실) 연구진이 참여했다.
공동 연구팀은 비상대론적 이온 빔에서 방출하는 전기장을 이용해 빔을 파괴하지 않고, 실시간으로 빔의 진행 방향 형태를 측정하는 기술을 개발했다.
현재까지 가속기 교과서에서 불가능하다고 여겼던, 저에너지 이온 빔의 진행 방향 다발 형태를 파괴하지 않고 정확하게 측정할 수 있는 새로운 길을 제시한 연구 성과로, 향후 가속기 분야의 빔 진단 기술에 새로운 패러다임을 제공할 것으로 기대한다.
공동 연구팀은 비상대론적 이온 빔에서 방출하는 전기장을 이용해 빔을 파괴하지 않고, 실시간으로 빔의 진행 방향 형태를 측정하는 기술을 개발했다.
현재까지 가속기 교과서에서 불가능하다고 여겼던, 저에너지 이온 빔의 진행 방향 다발 형태를 파괴하지 않고 정확하게 측정할 수 있는 새로운 길을 제시한 연구 성과로, 향후 가속기 분야의 빔 진단 기술에 새로운 패러다임을 제공할 것으로 기대한다.
가속기를 이용한 성공적인 실험 결과를 얻기 위해 정밀한 빔 진단 기술이 관건이다.
일반적으로 가속기에서는 빔을 직접적으로 간섭해 측정하는 빔 진단 기술이 널리 활용되고 있다.
이러한 방식의 경우 이온 빔 입자의 일부 혹은 전체의 손실을 유발해 가속기를 이용한 실험 도중에는 활용하기 어렵다는 단점이 있었다.
일반적으로 가속기에서는 빔을 직접적으로 간섭해 측정하는 빔 진단 기술이 널리 활용되고 있다.
이러한 방식의 경우 이온 빔 입자의 일부 혹은 전체의 손실을 유발해 가속기를 이용한 실험 도중에는 활용하기 어렵다는 단점이 있었다.
포스텍-중이온가속기연구소-한국원자력연구원 연구팀은 신호를 왜곡하지 않고 빔을 파괴하지 않고 측정할 수 있는 빔 진단 장치를 개발하고, 측정된 신호를 기반으로 이온 빔의 진행 방향 형태를 재구성하는 알고리즘 또한 개발했다.
합성곱 원리가 적용된 재구성 알고리즘은 전극이 포함된 이온 빔 진단 장치 내부에 이온 빔이 통과할 때 발생하는 전기적 신호를 시뮬레이션 결과를 바탕으로 이온 빔의 진행 방향 형태를 역산 하는 방식으로 작동하게 된 것.
한국원자력연구원의 RFT-30 사이클로트론 가속기를 이용한 실증실험에서 CPU-BSM을 통해 양성자 이온 빔 다발의 진행 방향 형태를 측정했으며, 이를 파괴적 빔 진단 장치와 비교해 그 정확성을 검증했다.
또 실증실험에서 빔 다발이 정규 분포를 벗어난 임의의 형태를 가질 때에도 CPU-BSM이 활용될 수 있음을 입증했다.
논문 제1 저자인 기초과학연구원 중이온가속기연구소 곽동현 박사는 "CPU-BSM을 활용하면 비교적 간단한 장치를 통해 빔 실험 중 빔 진행 방향 다발 형태 측정과 사이클로트론과 같은 나선형 가속기에도 빔 손실 없이 활용할 수 있다"며 "여러 대의 CPU-BSM을 통해 빔 진행 방향 다발 형태와 빔 에너지, 빔 입자 간의 에너지 차이 등 다양한 빔 정보를 측정해 안정적인 가속기 운전에 활용할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.
교신 저자인 함철민 박사와 정모세 교수는 "기초 과학과 응용 과학 연구의 핵심 기반이 되는 가속기를 개발하고, 운영하는 연구소 간의 유기적인 협력, 그리고 전문 인력을 양성하는 학교와의 인력 교류가 결실을 본 모범적인 사례"라고 연구의 의미를 강조했다.
이번 연구는 저명한 물리학 국제 학술지인 'Progress of Theoretical and Experimental Physics'에 지난달 15일 게재했고, 국내 특허를 출원했다.
한편 이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단의 ‘중이온가속기 장치 구축 사업', '미래 원자력 기술 시설 장비 구축 사업', '미래 기반 가속기 전문 인력 양성 사업', '중이온가속기 선행 연구 개발 사업'의 지원으로 이뤄졌다.
한국원자력연구원의 RFT-30 사이클로트론 가속기를 이용한 실증실험에서 CPU-BSM을 통해 양성자 이온 빔 다발의 진행 방향 형태를 측정했으며, 이를 파괴적 빔 진단 장치와 비교해 그 정확성을 검증했다.
또 실증실험에서 빔 다발이 정규 분포를 벗어난 임의의 형태를 가질 때에도 CPU-BSM이 활용될 수 있음을 입증했다.
논문 제1 저자인 기초과학연구원 중이온가속기연구소 곽동현 박사는 "CPU-BSM을 활용하면 비교적 간단한 장치를 통해 빔 실험 중 빔 진행 방향 다발 형태 측정과 사이클로트론과 같은 나선형 가속기에도 빔 손실 없이 활용할 수 있다"며 "여러 대의 CPU-BSM을 통해 빔 진행 방향 다발 형태와 빔 에너지, 빔 입자 간의 에너지 차이 등 다양한 빔 정보를 측정해 안정적인 가속기 운전에 활용할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.
교신 저자인 함철민 박사와 정모세 교수는 "기초 과학과 응용 과학 연구의 핵심 기반이 되는 가속기를 개발하고, 운영하는 연구소 간의 유기적인 협력, 그리고 전문 인력을 양성하는 학교와의 인력 교류가 결실을 본 모범적인 사례"라고 연구의 의미를 강조했다.
이번 연구는 저명한 물리학 국제 학술지인 'Progress of Theoretical and Experimental Physics'에 지난달 15일 게재했고, 국내 특허를 출원했다.
한편 이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단의 ‘중이온가속기 장치 구축 사업', '미래 원자력 기술 시설 장비 구축 사업', '미래 기반 가속기 전문 인력 양성 사업', '중이온가속기 선행 연구 개발 사업'의 지원으로 이뤄졌다.
1. https://www.dongascience.com/news.php?idx=73394 (동아사이언스)
3. https://www.etnews.com/20250812000003 (전자신문)
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