[미래창조과학부]4세대방사광가속기 이용자실험 개시

원자의 움직임까지 촬영한다. 세계 3번째로 4세대 방사광가속기 이용 서비스 개시

- 햇빛보다 1경(1016)배 밝은 빛으로 펨토초(10-15초) 단위의 미시세계 분석-

- 첫 실험은 물의 신비를 밝히기 위한 한-스웨덴 국제공동연구로 시작 -

 

□ 미래창조과학부(장관 최양희, 이하 미래부)와 포항공대(총장 김도연)는 포항 4세대 방사광가속기의 시운전 및 사전실험을 종료하고 6.8.(목)부터 본격적인 일반 이용자 연구 지원을 시작한다고 밝혔다.

 

(방사광가속기 개요) 빛의 속도로 가속한 전자에서 나오는 방사광으로 물질의 구조를 분석하는 대형 기초과학연구시설로, 펨토초(10-15초 = 천조분의 1초) 시간동안 X-선을 발생시켜 원자나 분자, 살아있는 세포 등을 대상으로 실시간으로 분석

 

□ 최근 과학분야 노벨상 수상자의 약 20%가 가속기 활용 연구를 통해 배출되는 등 가속기가 기초과학의 중추적인 역할을 수행*하고 있는 가운데,

 

* 방사광가속기 활용 노벨상 수상 : 화학(’12년, ’13년), 물리학(’14년, ’15년)

 

ㅇ 우리나라에서도 지난 ‘94년 3세대 방사광가속기 구축 이후 매년 5천여명이 활용 중으로, 국내 과학기술(SCI) 논문 중 약 1%(’15년 451편)가 방사광가속기 연구를 통해 배출되고 있으며, 논문의 질적 수준도 상당히 우수*한 것으로 평가받고 있다.

 

* 방사광가속기 활용 SCI논문 피인용지수(IF) : ’96년 2.6 → ’16년 6.19

 

 

□ 이번 4세대 방사광가속기는 미국․일본에 이어 세계 3번째로 구축에 성공(‘16.9, 준공식)한 것으로, 3세대 방사광가속기 대비 1억 배의 밝기, 1천 배의 시간분해능을 가지고 있다.

 

ㅇ 특히, 가속기에서 발생되는 X-선 레이저(지터값* : 25펨토초)는 미국(177펨토초), 일본(250펨토초)보다도 뛰어난 세계 최고의 시간 정밀도를 가지고 있으며,

* Jitter(지터) 값 : 4세대 방사광가속기에서 전자 및 방사광의 생성 및 실험까지의 시간 제어 능력을 측정하는 대표적인 값

 

ㅇ 4세대 방사광가속기 중 세계에서 유일하게 중에너지(2.1~3KeV) 대역의 X-선 레이저를 제공한다.

 

* 중에너지 영역에는 대부분의 반도체 소재를 구성하는 실리콘 및 게르마늄, 환경물질 및 생체 필수 미량원소에 해당하는 인, 황, 염소, 불소 등이 포함되어 최근 주요 연구분야로 급부상(예 : 휴대전화, 초전도체 등을 위한 희토류 금속 연구)

 

□ 포항 4세대 방사광가속기는 지난 2월 수요조사 결과 접수된 25개 과제 중 최종 8개를 상반기에 지원할 계획으로, 첫 번째 실험은 한국-스웨덴 공동의 ‘물(water) 분자구조 변화 연구과제’가 선정되었다.

 

ㅇ 물은 지구상에 가장 많이 존재하지만 분자변화 시간이 펨토초 시간에 이루어져, 여전히 미지의 영역으로 남아있어 4세대 방사광가속기가 개발된 이후에야 연구가 가능해진 것으로 알려져 있다.

 

ㅇ 특히, 이번에 참여하는 스웨덴의 앤더스 교수 연구팀은 미국, 일본의 4세대 가속기를 활용하여 물이 냉각되면서 물의 사면체(tetrahedral) 구조가 증가함을 증명(Nature 2014)한 바 있어, 이번에 우리나라의 방사광가속기를 활용*하여 이론적 가설로 그치고 있는 초냉각된(super-cooled) 물의 결정 구조를 실증할 수 있을 것으로 기대된다.

 

* X-선 레이저 방사광이 십마이크로미터 크기 물방울에 부딪친 후 만들어지는 회절을 측정하는 것으로, 얼음으로 결정화되기 전 100펨토초 이내로 측정 필요

 

□ 4세대 방사광가속기는 전 세계 3기에 불과한 최첨단 장치로, 다수실험을 동시에 수행하기 어렵고, 실험난이도가 높아 전략적 활용이 중요하다.

 

ㅇ 따라서, 운영 초기에는 학문적․산업적 파급효과가 큰 유망분야 중 우리가 선점할 수 있는 펨토초 시분해 등 4세대 가속기로만 가능한 7대 중점 연구분야를 우선 지원할 계획이다.

 

7대 중점분야

화학/화공

① 화학․생물학 반응의 구조 동력학 및 메커니즘 연구

② 광활성 에너지․나노소재의 반응메커니즘 연구

물리/재료

③ 초고속 나노영상 기술 및 나노스케일 물리현상 연구

④ 극한물성 연구

⑤ 자유전자레이저 광원 완벽 결맞음 성능구현

생명/의학

⑥ 세포막․세포기능 조절 단백질 연구

⑦ 감염관련 단백질 연구

 

ㅇ 또한,가속기 활용저변 확대를 위해 이용자 육성 프로그램운영(‘17년 10개),실험기법 개발 및 부품 국산화(’17년 17억원),가속기 실험 경험 공유․전파(‘17년 1백여명) 등도 병행한다.

 

□ 한편, 3세대 방사광가속기도 기존에 운영하던 32기의 빔라인에 2개의 빔라인을 추가(6.8(목) 준공식)함으로써,

o 그간 국내에서 수행할 수 없었던 적외선 분광학, 마이크로 거대분자 결정학을 위한 연구가 가능하게 되었다.

◇ (적외선 분광학 빔라인) 일반 실험실에서 사용하는 적외선 발생기보다 1천배 강한 적외선을 제공. 시료파괴 및 가열 없이 미세 생명시료의 생화학과정을 분석

◇ (마이크로 거대분자 결정학 빔라인) 기존 대비 5배(50→10μm) 이상 개선된 미세 집속빔을 제공하여 막단백질과 같은 작고 얇은 결정의 구조를 분석하는 데 활용

 

□ 미래부 배태민 거대공공연구정책관은 “방사광가속기는 기초과학 연구뿐 아니라, 신약개발, 나노, 반도체 등 다양한 분야에 활용이 확대되고 있다.”면서,

 

ㅇ “우리도 이제 세계적인 수준의 4세대 방사광가속기를 갖추게 된 만큼, 보다 선도적이고 우수한 연구결과가 나올 수 있을 것으로 기대한다.”고 밝혔다.

본 저작물은 '미래창조과학부'에서 '2017년 6월 8일에' 작성하여 공공누리 제1유형으로 개방한 '4세대방사광가속기 이용자실험 개시 (작성자:미래원자력팀)'를 이용하였으며, 해당 저작물은 '미래창조과학부, www.msip.go.kr'에서 무료로 확인하실 수 있습니다.