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과학기술

방사광가속기사업

주제유형
하위주제
  • 집필 내용은 국가기록원의 공식입장과 다를 수 있습니다.
주제설명
근거
기초과학연구사업
배경
1994년 12월에 건설된 포항방사광가속기는 1995년 2010년까지 30기의 이용자 빔라인을 건설하여 운영하였다. 그 동안 포항방사광가속기는 국내의 기초 및 응용 연구 분야에서 우수한 연구 결과를 생산하였다. 하지만 2010년에 이르면 전세계적으로 25개의 제3세대 방사광가속기가 운영되고 있었으며, 특히 호주, 영국, 중국, 스페인 등에서 포항방사광가속기보다 성능이 우수한 최신형 가속기가 구축되었다. 이에 따라 세계적으로 건설되었거나 건설 중인 성능이 향상된 제3세대 방사광가속기와 대등한 경쟁력 확보를 위해 정부는 PLS성능향상사업(PLS-II)를 추진하게 되었다.


제3세대 방사광가속기의 성능 향상 사업을 넘어서 아예 새로운 방식의 가속기 건설도 추진하였다. 정부는 2011년부터 2014년까지 4년간 총 4,260억원을 투입하여 미국, 일본에 이어 세계 3번째로 X-선 자유전자레이저가속기(X-ray Free Electron Laser)의 구축하는 것을 목표로 하여 제4세대 방사광가속기 건설 계획을 추진하게 되었다.
내용
포항가속기연구소의 제3세대 방사광가속기인 포항방사광가속기(PLS: Pohang Light Source)는 1994년 건설을 완료하고 1995년 2기의 빔 라인으로 국내 최초의 방사광 제공하였다.


PLS-II 성능향상 사업은 총 투자비 1,000억원으로 2009년부터 3개년 사업으로 시작되었다. 2010년 12월 10일 기존의 PLS가 서비스를 종료하고 PLS 장치의 해체 작업이 시작되었다.


2011년 6월까지 PLS-II 사업에서는 선형가속기 에너지를 2.5GeV에서 3GeV로 증강하기 위한 가속관의 증설 및 저에미턴스의 고성능 전자빔 구현을 위한 새로운 저장링(PLS-II)의 설계 및 구성품 제작 그리고 기존 저장링(PLS)의 완전 해체 및 새로운 저장링 설치를 계획된 기간 내에 완료하였다.


PLS-II의 시운전은 2011년 5월부터 시작되었다. 운전 초기 상전도 가속관으로 2011년 8월 5일 저장링에 전자빔을 성공적으로 저장하였으며, 10월 24일에 PLS-II 최초의 방사광 발생에 성공하였다. 2012년 3월 21일에 방사광 이용자에게 3 GeV, 100 mA의 빔으로 공식적인 빔 타임 제공을 재개하였다.


1994년 포항방사광가속기가 가동을 시작한 이후 2010년 12월 10일까지 국내외의 123,334명의 과학기술자가 참여하여 7,127건의 실험 과제를 수행하여 2,757편의 SCI 논문을 생산하였다.


PLS-II의 성능 향상에 대한 주요 설비의 개선 목표는 전자 빔의 에너지를 2.5GeV에서 3.0GeV로 증가시키고, 저장링의 빔 전류를 200mA에서 400mA로 증가시켜며, 에미던스는 18.9nm·rad에서 5.8nm·rad로 감소시키는 것이었다. 그리고 삽입 장치 빔 라인의 공간을 확보하여 10기의 삽입 장치 빔 라인을 20기로 늘리고 Top-up(일정 빔 전류 유지) 운전 모드를 구축하는 데 있었다. 이런 성능 향상을 통해 포항방사광가속기의 빔은 수백 배에서 수만 배 강해진 휘도의 빔을 좀더 작은 크기로 공급하게 된다.


PLS-II는 건설비를 최소화하기 위하여 PLS 4극 자석과 교정 자석을 많이 활용하였다. 전자석 전원 장치도 상당수 재활용하였으나, 그 동안 숙원이었던 4극 자석의 전원 장치를 분리함으로써 격자 측정과 관리를 더욱 효과적으로 할 수 있게 되었다. 그 반면에 에너지를 보충해주는 고주파 공동(cavity)는 초전도로 바꾸어 안정성을 높였다.


2012년 3월 공식적으로 방사광 이용자에게 빔타임을 제공하기 시작한 PLS-II는 이후 지속적인 성능 개선을 추진하였다. 2012년 8월과 2013년 1월에 PLS-II 저장링에 각각 제1호, 2호 초전도 가속관을 설치하였으며, 지속적으로 선형가속기와 저장링 운전 성능 최적화 작업을 수행하였다. 그 결과 2013년 3월부터 125 mA, Top-up 모드를 시작으로 하여 2013년 12월 270 mA, Top-up 모드 빔 운전을 제공함으로써 보다 강하고 양질의 방사광을 제공하게 되었다. 이리하여 2013년도에는 3,389명의 사용자가 방사광가속기를 이용하여 1,001건의 실험을 할 수 있게 되었다. PLS-II는 2014년 3번째 초전도 가속관을 설치하여 400 mA, Top-up 빔 운전을 안정적으로 제공하는 데 일조하였다.
참고자료
국가과학기술위원회, 《과학기술연감》 (2011).
미래창조과학부, 《과학기술연감》 (2013).
포항가속기연구소, 《포항가속기연구소 25년사, 1988-2013》 (2013).
포항가속기연구소 홈페이지 (http://pal.postech.ac.kr)
집필자
임경순(포항공과대학교 인문사회학부 부교수)
최초 주제 집필
2014. 11. 03
최초 주제 수정
2014. 12. 01