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핵폐기물 반감기 줄인다… 새로운 `빔 물리 이론` 제시

2016년 12월 02일 01:09

전자, 양성자 등 원자 속 소립자를 빠르게 가속해 다양한 기초과학 실험을 할 수 있는 ‘가속기’의 출력을 한층 더 높이는 방법이 개발됐다.

 

정모세 울산과학기술원(UNIST) 자연과학부 교수(사진)팀은 미국 프린스턴 플라스마 물리연구소(PPPL), 독일 중이온 가속기 연구소(GSI)와 공동으로 ‘고강도 가속기’ 설계에 사용될 새로운 이론을 개발했다고 1일 밝혔다.

 

고강도 가속기에서 가속된 입자의 에너지는 기존 가속기와 큰 차이가 없지만 다수의 입자를 동시에 가속할 수 있다. 이 가속기에서 나오는 강한 빔은 핵폐기물의 원자구조를 바꿔 반감기를 줄이거나, 기존에 없던 강한 금속 재료를 만드는 등 다양한 응용이 가능하다.

 

기존 가속기는 전류를 높여 입자의 숫자를 늘리면, 입자들끼리 밀어내는 힘도 강해지는 ‘공간 전하 효과’ 때문에 빔의 궤도를 유지하기 어려웠다. 과학자들은 이 현상을 해결하기 위해 오래전부터 입자 간의 상호 작용을 해석할 수 있는 이론을 연구해왔다.

 

정 교수 연구팀은 기존 이론에서 빠졌던 입자 간의 수평·수직 방향 결합 운동을 해석해 더 정확하게 입자 운동을 설명할 수 있는 새로운 이론을 개발했다. 기존 가속기의 입자 운동은 수평·수직 방향 힘이 큰 영향이 없지만 고강도 가속기처럼 출력을 높일 경우 문제가 된다. 이에 정 교수팀은 수평과 수직 방향으로 운동하는 입자의 결합과 이동까지 고려한 새로운 빔 물리 이론을 완성했다.

 

정 교수는 “핵폐기물 처리 등에 고강도 가속기를 이용하려면 지속해서 운행되어야 한다”며 “고강도 가속기 내의 입자 운동을 정교하게 설명할 수 있는 이번 이론이 큰 도움이 될 것”이라고 말했다.

 

이 연구 결과는 물리학 저널 ‘피지컬 리뷰 레터(Physical Review Letter)’ 11월 25일자에 게재됐다.

 


송준섭 기자

joon@donga.com

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