양성자가속기 이용한 우주, 반도체 등 첨단과학 연구 활성화 기대
한국원자력연구원은 5일(목) 오후 3시 경주시 건천읍에 위치한 양성자가속기연구센터에서 김관용 경북도지사, 원광연 국가과학기술연구회 이사장, 최양식 경주시장 등 200여명이 참석한 가운데 '양성자가속기연구센터 종합준공식'을 가졌다.
양성자가속기연구센터는 2002년 정부 양성자기반공학기술개발사업으로 시작해, 2006년 경주시가 연구센터 부지를 제공하고 연구지원시설 건설에 착수하며 본 궤도에 올라, 2012년 100 MeV 양성자가속기와 빔 라인 2기를 구축했다.
이어 가속기동, 수전설비동, 유틸리티동, 오폐수처리동, 안내동을 완공하고, 2015년 빔이용연구동, 2016년 숙소동, 그리고 금년 2월 관리동까지 모든 연구지원시설을 완공하기에 이르렀다.
부지면적 440,000 ㎡에 2개 연구시설과 6개 지원시설로 구성된 양성자가속기연구센터는 모든 시설을 완비하기까지 정부와 지자체가 전폭적으로 지원하여 정부 예산 1,836억 원과 지자체 예산 1,182억 원이 투입됐다.
양성자가속기는 양성자를 빛의 속도(30만 km/초) 가까이 가속시키는 장치로, 가속된 양성자가 물질과 부딪힐 때 그 속도에 따라 물질의 성질을 변화시키거나 새로운 물질을 만들어내는 원리를 이용해 다양한 분야의 첨단 기술 개발에 활용된다.
<양성자가속기 주요 활용분야>
활용분야 | 주요제원 | 기대효과 |
고에너지 물리/ 핵물리학 | 수십GeV-수 TeV (수 μA) | 기초과학 연구용. 직접적 산업파급효과 없으나 검출기 등은 의료/산업적으로 활용됨 |
기초과학 및 원천기술개발 | 수십~수백 MeV (~수십 mA) | 나노, 생명, 의료, 재료, 에너지, 환경 등 기초연구 및 원천기술개발에 활용. 신소재, 신물질, 나노촉매 및 소재, 동위원소, 반도체 등 첨단산업 파급효과 기대 |
파쇄 중성자원 | 수 GeV (~수십 mA) | 중성자를 이용한 응집물리, 생명과학, 재료과학, 나노과학 분야의 기초 및 응용연구에 활용. 신소재, 신물질, 초전도체, 단백질 분석, 신약개발, 데이터/통신 산업 등 첨단산업 파급효과 기대 |
방사선의학/ 양성자 암치료 | 수십~수백 MeV (수 μA) | 암 치료 및 치료/진단용 동위원소 생산으로 웰빙 산업에 기여 |
1 keV(약 5백 km/초)로 가속된 양성자는 물질 표면의 원자 또는 분자를 떼어낼 수 있고, 100 keV(약 5천 km/초)의 양성자는 물질 내부로 뚫고 들어가 물질의 성질을 바꿔버린다.
10 MeV(약 5만 km/초)로 가속된 양성자는 원자핵과 반응하여 새로운 원소를 생성하고, 100 MeV(약 13만 km/초)에서는 무거운 원자핵을 쪼개는 파쇄반응으로 다양한 동위원소와 다량의 중성자를 만들어낸다. 1 GeV(약 26만 km/초)에서는 원자핵 내의 양성자 또는 중성자와 반응하여 다양한 소립자를 생성한다.
한국원자력연구원이 자체 기술로 개발한 양성자가속기는 미국, 일본에 이은 세계 3번째의 대용량 선형 양성자가속기로, 나노(나노입자 제조 및 가공), IT(고효율 전력반도체 소자 개발), 생명공학(신종 유전자원 개발), 우주 항공(내방사선 부품 개발), 의료(의료용 동위원소 생산) 등 다양한 연구개발 및 산업 분야에 활용 가능하다.
양성자가속기연구센터의 주요 연구시설로 양성자가속기가 설치된 가속기동과 기체, 금속, 탄뎀 이온빔 장치가 설치된 빔이용연구동이 있다.
가속기동에는 국내 최초 100 MeV 대용량 양성자가속기와 빔 라인이 구축되어 있다. 수소 원자에서 전자를 떼어내고 남은 양성자를 고전압을 이용해 가속한 뒤 물질과 충돌시켜 물질의 구조와 특성을 변형시키는 장치다.
빔이용연구동에 있는 기체, 금속, 탄뎀 이온빔 장치는 물질 표면 특성 변화에 주로 사용되어, 금속 소재 내구성 향상, 기능성 고분자필름 제조, 자동차 내장재 광택 및 내광성 향상 등 중소기업이 필요로 하는 기술 개발에 이용되고 있다.
양성자가속기연구센터는 가속기 이용을 활성화하기 위해 2012년 양성자가속기이용자협의회를 발족하고, 2015년에는 산업체 R&D통합지원센터를 설립하여 가속기 및 빔이용 저변을 확대해왔다.
아울러 연구자 간 교류를 확대하기 위해 경북지역 연구기관 네트워크인 Scitech GB 포럼을 통해 연구협력도 추진하고 있으며, 동국대학교 경주캠퍼스와 학연 협동과정을 운영해 인력양성에도 힘쓰고 있다. 최근에는 경주 지역 특성에 맞는 문화재 분석에 활용하는 연구도 수행하고 있다.
지난해까지 40개 산업체, 177개 대학, 47개 연구기관 등 산학연 300여개 기관에서 2,500여명의 연구자가 양성자가속기와 이온빔 장치를 이용한 연구를 수행했다.
김관용 경북도지사는 축사에서 "양성자가속기연구센터가 포항 방사광가속기연구소와 가속기 클러스터를 형성하여 국가는 물론 우리 지역의 첨단신산업의 발전과 일자리 창출에 필요한 첨단과학기술을 창출하는 연구개발의 메카가 되길 기대한다"고 밝혔다.