용어사전

양성자가속기

[Cyclotron]

전자, 양성자, 중이온 등을 빛의 속도에 가깝게 가속시켜 특정 물질에 부딪힌 후 해당 입자가 깨진 상태를 분석하거나 이를 토대로 새로운 원소를 만들어 내는 거대기초과학시설이다. 수소 기체로부터 양성자를 발생하는 ''이온원'' 장치가 플라즈마를 발생시켜 양성자 빔을 내보내면 이것이 펄스(매우 짧은 시간에 큰 폭으로 진동하는 파동)형태로 바뀐다.

이어 100MeV급 선형가속기와 초전도가속기의 도움을 받아 빔이 가속된다. 1전자볼트(eV)는 1V(볼트)의 전압이 걸려 있는 금속판 사이를 양성자가 지나면서 얻는 에너지를 말한다.

1MeV의 에너지로 양성자를 가속시키기 위해서는 1.5V 건전지 67만개를 직렬로 연결해야 한다. 100MeV 에너지를 받은 양성자는 빛의 속도의 43% 수준인 초속 약 13만㎞ 속도로 날아간다. 물리학·재료과학은 물론 바이오·원자력·의료 등 다양한 분야에 활용될 수 있고 각 분야의 기초원천기술 개발이 가능하기 때문에 세계 각국이 활발히 연구를 진행 중이다.

양성자가속기를 쓰면 플라스틱을 강철처럼 만들거나 노랑·파랑 다이아몬드를 만드는 등 재료의 물성을 변화시킬 수 있다. 암 치료 및 진단용 방사성 동위원소를 생산하기도 한다. 반도체 오류 및 손상 방지에도 활용된다. 태양에서 생성돼 지구까지 도달하는 우주 방사선 형태의 수소 양성자가 반도체 성능을 저하시키거나 고장낼 수 있기 때문이다. 이를 사전에 막는 실험을 할 때 양성자가속기를 사용한다. 그동안 생명공학, 신소재, 반도체 등 700여 개 연구과제에서 2000여 명의 연구자가 양성자가속기를 썼다.

한국은 2013년 7월 22일부터 자체개발한 100MeV(최대가속 에너지, 최대 빔 전류 20mA) 대용량 양성자가속기의 가동을 시작했다. 빔 전류 10mA 이상의 양성자가속기는 현재 미국 오크리지국립연구소(ORNL)의 SNS, 일본 원자력연구개발기구(JAEA)의 J-PARC 등에 이어 세계 세 번째다.

관련어

• 참조어양성자 치료