양성자가속기와 양성자가속기센터

안녕하세요 @chosungyun입니다.
가속기라는 이야기를 듣게 되면 우리와는 거리가 먼 세계의 이야기라고 생각하실 수도 있지만 사실은 우리의 삶 곳곳에 중요한 위치를 차지하고 있습니다.

우리가 흔히 사용하는 X선 진단장치에서 X선을 발생시키는 원리도 가속된 전자가 텅스텐 막대에 부딪히며 나오는 X선을 사용합니다. 또한 병원에서 사용하는 방사성의약품 중에는 가속기인 사이클로트론을 사용해서 생산하기도 합니다. 이뿐만 아니라 물질의 구조를 분석하는데 혹은 새로운 육종을 연구할 때 심지어 4차산업의 핵심인 반도체에 회로 패턴을 그려 넣는 리소그래피공정에서 고에너지의 빛을 사용하기 위해서 가속기가 필요하기도 합니다.
이런 가속기에는 전에 소개해 드렸다시피 정말 다양한 종류가 존재하고 가속시킬 수 있는 한계가 있습니다. 이런 가속의 한계를 해결하기 위해서는 LHC의 경우 다양한 가속기가 혼합됨을 소개하기도 하였습니다.

그럼 오늘 소개할 양성자가속기는 무엇이 다른 걸까요?
우리가 흔히 아는 X선 발생장치의 경우만 보아도 전자를 가속시킨다고 말씀드렸습니다.
하지만, 양성자가속기는 전자가 아닌 양성자를 가속시키는 것입니다.

이것이 무슨 큰 차이가 있냐고 반문하실 수도 있지만(실제로 가속하는 원리는 같습니다) 전자와 양성자의 질량차이는 1840배가 납니다. 이 무게차이는 똑같은 에너지를 준다하더라도 가속되는 정도에 차이가 있음을 말합니다.
즉, 10kg의 무게인 아이를 안고 잘 달리던 사람한테 약 18톤의 쇠덩이를 들고 똑같이 잘 뛸 수 있지라고 물어본다면 어이가 없어 하겠죠.
따라서 똑같은 에너지를 주어서 가속한다고 해도 전자만큼 빠른 속도를 가진 양성자를 만들어 낼 수는 없습니다.
그럼 뭐 하려고 일부러 양성자를 가속시키는 걸까요?
양성자를 가속시키는 장점이 있겠죠?
이 장점의 이유를 알기 위해서는 방사선이 매질 내에서 어떻게 상호작용하는지 이해할 필요가 있습니다.
여기에 관한 내용은 전에 짤막하게 소개한적이 있으니 크게 설명하지 않겠습니다.

매질속에서 하전입자의 비적을 알기 위한 기본개념들

방사선이 매질을 투과하면서 에너지를 잃고 이 잃어버린 에너지 일부는 매질 밖으로 손실되기도 하고 나머지는 매질이 에너지를 흡수합니다. 그런데 무거운 하전입자의 경우는 매질에 들어가서 에너지를 잃어버리고 방사성을 잃어버리는 위치가 입자별로 크게 다르지 않고 거의 동일합니다.

즉, 매질에 들어가 에너지를 잃어버리는 위치가 거의 차이가 없다는 것이죠.
이런 특징은 원하는 위치에만 에너지를 조사할 수 있다는 장점이 있습니다.
연구 측면에서는 더 정밀한 연구가 가능할 테고 특히 암치료분야에서 방사선치료를 할 때 종양의 주변 정상 세포에 피해를 최대한 줄일 수 있게 되는 장점이 있습니다.

이런 양성자가속기는 우리나라에도 존재합니다.
2002년 정부 주도의 글로벌 전략기술 집중 개발을 위해 한국원자력연구원 양성자가속기센터 사업을 시작하였고 2012년까지 총 3000억이 넘는 사업비가 투자되었습니다.
2013년부터 운전에 들어갔고 올해 2018년 4월 5일 부속시설까지 하여 모든 시설을 준공하여 종합준공식이 이루어졌습니다.

우리나라에 지어진 양성자가속기는 100MeV, 20mA의 대용량 선형가속기로 미국, 일본에 이은 세계에서 세 번째로 개발에 성공한 양성자가속기입니다.

원자력연구원의 설명에 따르면 원자력, 나노/생명, 정보통신, 에너지/환경, 우주, 의료 및 기초과학의 연구에 양성자 빔을 제공하여 앞으로의 첨단연구에 도움을 주는 센터로서 소개하고 있습니다.

하지만, 이런 장점에도 불구하고 부정적인 시각이 있습니다.
3000억이라는 큰돈이 들어가고 실제 이용률이 크지 않다는 지적이 있습니다.
실제 2016년 기사를 기준으로 방사광가속기의 이용률에 1/8의 수준의 이용률을 보여주고 있으니 이런 시각은 당연하다고 생각됩니다.

따라서, 당연하게 1조 4000억이 들어간 대전에 준공 중인 중이온가속기 라온에 대한 걱정도 생겨납니다.
하지만, 지금당장의 이용률만 보고 실패한 사업이다. 접어야 한다고 보는 것은 너무 섣부른 판단이 아닌가 생각이 됩니다.
가속기의 쓰임은 무궁무진하기도 하고 향후 미래에 연구에서 당장 필요하다고 해서 금방 만들 수 있는 설비도 아닙니다. 따라서 지속적인 연구가 필요한 것이죠.
특히, 기초과학이 약한 우리나라에는 가속기뿐만 아니라 기초과학에 필요한 투자는 경제성을 조금 벗어나더라도 꾸준한 믿음으로 지속적인 투자가 이루어지면 좋겠다는 것이 개인적인 바람입니다.

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“해당 포스팅에 사용한 이미지의 출처는 구글이미지입니다”