라온
기초과학연구원(IBS) 중이온가속기 건설구축사업단이 대전 국제과학비즈니스벨트에 설치한 한국형 중이온 가속기.
2017년 가동을 목표로 2011년 부터 건설을 시작했지만 핵심부품인 고에너지 구간 가속장치를 개발하지 못해 수차례 늦어지다가 2021년 사업 1단계 목표인 저에너지구간 장치 구축을 완료하고, 같은 해 12월 저에너지 구간 초전도 가속 장치를 설치했다.
이에 따라 2022년 10월 7일 저에너지 가속장치 5기에 대한 첫 번째 빔 인출 시험을 12월 16일에는 저에너지 가속 구간 두 번째 빔 인출 시험이 성공했다.
과기정통부는 2023년 3월까지 저에너지 전체 구간에 대한 빔 시운전을 완료하고 2024년부터 연구활동을 지원하는 본격적인 장치이용 서비스를 제공할 계획이다.
다만 저에너지 가속이 문제없이 된다고 라온 사업이 성공했다고 보기는 어렵다. 중이온가속기는 이온(전자를 얻거나 잃어 전기적 성질을 띤 입자)을 고에너지 구간에서 가속시켜 세상에 없던 입자(원소)를 만들어내는 데 2022년 말 현재 는 고에너지 구간 가속장치가 만들어지지 않은 상태이기 때문이다..
미지의 입자 생산공장’인 이 시설 이름은 라온(RAON)이다.
라온은 희귀동위원소가속복합시설(Rare isotope Accelerator complex ONline experiment)의 머리글자를 땄다. 라온이 완공되면 국내에는 2013년 부터 가동한 경주 양성자가속기와 2017년 가동을 시작한 포항 4세대 방사광가속기 등 3대가 활약하게 된다.라온은 방사광가속기와 양성자가속기의 장점을 합쳤다. 자연에 존재하는 원자핵 중 가장 무거운 것이 우라늄인데, 라온은 우라늄까지 가속이 가능하다.
세계 최초·최대 규모 선형 가속기
라온 가속 원리는 사실 간단하다. 원자핵은 양성자, 중성자로 구성돼 있고 그 주위를 전자가 돈다. 전자를 잃거나 얻으면 이온이 된다. 양쪽 끝이 양극, 음극인 원통이 있다고 하자. 여기에 이온(양 또는 음)을 넣으면 반대되는 극으로 이동한다. 이 통을 거대하게 만들고 이동속도를 광속으로 끌어올렸다고 보면 된다. 광속으로 날아간 이온은 부딪혀 파괴된 뒤 무한한 동위원소를 만들어낸다.
가속기를 이용한 희귀동위원소 생성 방법은 두 가지다. 가벼운 원소를 두꺼운 표적에 충돌(ISOL) 또는 무거운 원소를 가벼운 표적에 충돌(IF)시키는 방식이다. 장단점은 정반대다. ISOL 방식은 순도가 높은 동위원소를 생성할 수 있는 반면 종류가 제한적이다. IF 방식은 순도는 떨어지지만 생성가능 원소 종류가 다양하다. 라온은 세계 최초로 두 방식을 모두 적용한 중이온가속기가 된다. 세계 각국의 가속기는 두 방식 중 하나만으로 가동하고 있다.
라온은 또 중이온 가속 선형 가속기 가운데 세계 최대 규모다. 부지 면적은 95만2000여㎡로 축구장 130배에 달한다. 가속기 총 길이는 약 800ｍ다. 104개 초전도가속모듈을 포함해 총 340여 개 가속장치를 붙인 터널을 지나면서 중이온이 빛의 속도로 날아간다.
초전도 상태를 위해 영하 273도의 극저온을 효율적으로 유지하는 시설 구축도 관건이다. 가속기는 7ｍ 두께 콘크리트 터널에 둘러싸여 지하 13ｍ에 묻힌다. 방사선을 차폐하기 위해서다. 라온 구축엔 2011년부터 2022년 까지 총 1조5183억여원이투입했다. 장치구축비 5028억원, 공사비 6276억원, 부지매입비 3571억원 등이다. 포스코건설 태영건설 등이 짓고 있다.
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