정모세 교수팀, 차세대 가속기용 빔 위상 제어기술 개발 실증
더 작은 규모로 더 높은 성능을 낼 수 있는 '차세대 가속기' 실용화 기술이 개발됐다.
UNIST(총장 이용훈)는 정모세 물리학과 교수팀(고강도 빔-가속기 연구실)이 기존 기술 한계를 뛰어넘는 새로운 '입자 빔 위상공간 제어기술' 실증에 성공했다고 29일 밝혔다.
실증실험은 미국 아르곤 국립연구소 웨이크필드 가속기 연구팀과 공동 진행했고, 연구결과는 '피지컬 리뷰 레터'에 실렸다.
차세대 가속기는 기존 가속기보다 더 작은 규모에서 훨씬 더 높은 성능을 발휘한다. 이를 위해서는 빔의 위상공간(좌표)을 정교하게 제어하는 기술이 필수다.
현재 '빔의 횡단면 방향으로 위상공간 제어'는 자석을 이용해 쉽게 할 수 있지만 '빔 진행 방향의 위상공간 제어'는 복잡한 고주파시스템이나 특수 진공 구조물을 요구돼 어렵다.
정 교수팀은 빔의 횡단면 방향 위상공간과 진행 방향 위상공간을 서로 바꾸는 '이미턴스 교환(Emittance Exchange)' 기술을 토대로 '새로운 개념의 빔 위상공간 제어방법'을 개발 실증했다. 빔 진행 방향으로의 빔 분포를 횡단면 방향으로 바꾸고 자석을 이용해 형상을 제어한 후 이를 다시 원래 빔 진행 방향 분포로 되돌리는 방식이다.
정 교수팀은 아르곤 웨이크필드 가속기 시설에 '이중 이미턴스 교환 빔 라인'을 구축하고 실증 테스트를 진행했다. 사전 시뮬레이션으로 빔 라인을 최적화하고, 실험에 수반되는 다양한 오차 및 한계 요소를 분석했다. 비선형성 제어를 위해 8극 전자석을 직접 설계하고 제작·설치했다.
정모세 교수는 “빔 진행 방향의 위상공간을 자유자재로 제어를 할 수 있게 되면, 소형 차세대 가속기 실용화가 가능해진다”며 “기존에는 불가능했던 다양한 물리학적 연구를 가능하게 하는 중요한 성과”라 말했다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com
