입자가속기 손상 시킬 ‘최후의 암초’ 드디어 찾았다

2015.07.08 18:00
정상빔(왼쪽)과 달리 공명 현상이 있을 경우(가운데와 오른쪽)에는 빛이 집속되지 않고 새나가는 현상이 발생한다. - 기초과학연구원 제공
정상빔(왼쪽)과 달리 공명현상이 발생할 경우(가운데와 오른쪽)에는 빛이 집속되지 않고 새나가는 현상이 발생한다. - 기초과학연구원(IBS) 제공

국내 연구팀이 선형가속기의 성능을 저해하는 것은 물론 고가(高價)의 가속관을 손상시킬 수 있는 최후의 변수를 찾아내는 데 성공했다.


전동오 기초과학연구원(IBS) 중이온가속기건설구축사업단 연구위원팀은 가속기 빔이 이동하는 과정에서 운전 장애를 일으킬 수 있는 새로운 공명현상을 세계 최초로 발견했다고 8일 밝혔다.


가속기 속에서 빔은 돋보기로 햇빛을 모으는 것처럼 자석을 활용해 빔을 모아 그 위력을 배로 키운다. 그런데 이 과정에서 빔의 진동 주파수가 특정 주파수와 일치하는 공명현상이 발생하면 빔 입자간 밀어내는 힘이 커져 빔이 정상궤도에서 이탈하는 현상이 일어난다.

 

공명현상은 소프라노의 목소리 주파수와 유리잔 고유의 주파수가 일치해 잔이 깨지거나, 군대의 행진과 교각의 주파수가 일치해 무너지는 사례가 대표적이다.


빔이 정상궤도에서 이탈한다는 것은 곧 빔의 손실을 뜻하며, 궤도를 벗어난 빔에 의해 가속기 내부가 손상 될 수 있고, 수리를 위해 가속기 운전과 실험을 중단해야 하는 상황으로까지 이어질 수 있다. 즉, 공명현상을 미리 예측하고 예방하면 그만큼 안전하게 가속기를 운전할 수 있고 운전 효율도 높일 수 있다.


연구팀은 2009년 4차 공명현상을 발견한 데 이어 이번에 새롭게 6차 공명현상을 발견했다. 가속기는 대칭구조이기 때문에 짝수 차수로만 공명현상이 존재할 수 있다. 이론상 8차 공명현상은 존재하지 않을 것으로 예상되고 있어 연구팀이 사실상 마지막 공명현상을 발견한 것으로 풀이된다.


전 연구위원은 “현재 IBS에서 건설 중인 중이온가속기 또한 선형가속기인 만큼 이번 연구결과를 응용해 운전효율을 더 높이는 것이 가능하다”고 밝혔다.


연구결과는 세계적인 물리학 분야 학술지인 ‘피지컬 리뷰 레터스’ 5월 6일자에 실렸다.

 

 

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