물리학과 첨단기술 October 2009 2 차세대 방사광가속기와 응용 남 상 훈 저자약력 남상훈 박사는 University of South Carolina 전기전자공학과에서 박사학위 (1990)를 받고, 미국 NASA Contractor를 거쳐 1991년 2월부터 포항가속기 연구소에서 근무하고 있으며 현재 포항가속기연구소 부소장직을 수행하고 있다. 또한, 2009년부터는 포항공대 풍력대학원 겸직교수로 재직 중이다. ([email protected]) 그림 1. 전자파 스펙트럼. 그림 2. 게 성운(Crab Nebula)에서 나오는 파란 빛의 방사광. 1987년 전자가 발견된 후 전자 등 하전 입자가 원 운동이 나 진동을 할 때 전자파가 발생된다는 것을 알게 되었다. 전 자파는 다양한 파장을 가지고 존재하며 그 범위에 따라 구분 된다. 이와 같이 구분된 전자파의 스펙트럼을 그림 1에 나타 냈다. 방사광(Synchrotron Radiation)은 진공 중에서 높은 속도로 직선 운동하는 전자를 자기장을 이용하여 전자 궤도 의 방향을 바꾸었을 때 궤도의 접선 방향으로 방사되는 예리 한 지향성을 갖는 백색의 강한 광선이다 . 주로 이용되는 방사 광의 스펙트럼은 적외선부터 경 x-선까지이며 그림 1에서 현 재 포항방사광가속기 (Pohang Light Source)의 사용 영역을 대략적으로 표시하여 이해를 도왔다. 우주에 넓게 분포되어 있는 항성과 성운에서도 광속에 가 까운 고속 전자로부터 발생되는 방사광이 있다고 여겨지고 있으며 예로부터 인류는 우주 공간에서 방사광을 별빛이라는 형태로 관측해 왔다. 그림 2에는 게 성운에서 발생되는 방사 광의 한 예를 보여주고 있다 . 인공 방사광은 1947년 4월 GE 사의 70 MeV 전자 씽크로트론에서 최초로 관측되었다. 1895년 뢴트겐의 x-선 발견은 물질에 대한 연구를 획기적 으로 바꾸어 놓았다. 이에 기반을 둔 실험실용 x-선 관은 수 십 년간 재료 연구 선두에서 중요한 역할을 해왔다 . 1970년 대 초반 2세대 방사광 가속기가 가동되기 이전까지도 재료 연구에서 x-선의 이용은 우리 지식을 혁신적으로 개선했을 뿐만 아니라 이전에 볼 수 없었던 고체 내 원자 구조 , 화학 결합의 특성, 생명체의 세포 구조, 인체 내의 장기, 근육, 뼈 의 구조 등을 밝혀냄으로써 물리, 화학, 생물, 의학 분야를 총 체적으로 바꾸어 놓았다 . 이러한 성과에 고무되어 더 나은 큰 규모의 광원 개발이 추진되게 되었다 . 그 결과물이 현재 우리 가 혜택을 받고 있는 대형 방사광가속기이다. 현재까지 개발된 보편적인 방사광원은 3세대까지로 볼 수 있으며 4세대 광원은 현재 각국에서 활발하게 개발 중에 있 다. 그림 3에는 광원의 연도별 발전 상황과 세대별 휘도 개선 에 대한 내용을 그래프화한 것이다. 그림에서 자유전자레이저 (Free Electron Laser)는 4세대 방사광원을 나타낸다. 기존 실험실용 광원에서 씽크로트론형 가속기로 광원이 변화하면 서 휘도에서 큰 개선이 있었다. 그 후 3세대까지 각 세대별로 약 10 4 배만큼의 휘도 개선이 있었다. 현재 개발 중인 4세대 광원은 휘도가 약 10 10 배만큼 3세대에 비해 획기적으로 개 선되어 현재까지와는 차원이 다른 연구를 가능하게 할 것으
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물리학과 첨단기술 October 2009 2
차세대 방사광가속기와 응용
남 상 훈
저자약력
남상훈 박사는 University of South Carolina 전기전자공학과에서 박사학위(1990)를 받고, 미국 NASA Contractor를 거쳐 1991년 2월부터 포항가속기
