단군 이래 최대 기초과학 프로젝트라 불리는 한국형 중이온가속기 '라온'(RAON)을 활용한 연구가 다음 주부터 본격적으로 시작된다. 6일 기초과학연구원(IBS) 중이온가속기연구소에 따르면 라온의 저에너지 실험장치인 '코브라'(KoBRA·되튐분광장치)를 이용한 실험이 오는 8일부터 진행된다.
라온은 가벼운 양성자는 물론 우라늄 등 무거운 중이온(heavy ion)까지 다양한 이온을 초전도 가속기로 빛의 속도에 가깝게 가속해 표적 물질에 충돌, 희귀 동위원소를 생성할 수 있는 초대형 연구 장비다.
존재하지만 아직 발견되지 않은 새로운 동위원소를 이용해 핵물리학·물성과학·의학·생명과학 등 기초과학 분야에 다양하게 활용할 수 있다. 2011년부터 1조5천억원 규모의 예산이 투입돼 2021년 12월 대전 신동지구 내 라온의 저에너지 구간 1단계 구축사업이 완료됐다.
지난해 5월에는 저에너지 전 구간에서 빔 가속과 인출에 성공했다.
라온은 크게 입사기와 가속장치, 희귀동위원소(RI) 생성장치, 실험장치, 기반장치로 나뉜다. 코브라는 이 가운데 저에너지 실험장치에 해당하는 시설로, 아르곤 빔을 이용해 안정동위원소를 빛의 속도(초당 30만㎞)의 20% 수준까지 가속해 희귀 동위원소를 만들어 실험을 진행하게 된다.
지난해 12월 진행된 라온 빔 활용 연구 과제 공모에서 접수된 30개 과제 중 최종 4개 과제가 선정돼 코브라를 이용한 실험을 진행한다.
3개 과제는 IBS 희귀 핵 연구단이, 나머지 1개 과제는 외부 연구단이 수행한다. 중이온가속기연구소 관계자는 "영하 271도의 극저온 초전도 상태를 구현하기 위한 액체 헬륨 공급시스템을 유지해야 하기 때문에 3개월 정도 가동한 뒤 이후 3개월 동안은 유지·보수 기간으로 정해 운영하게 된다"며 "해외 가속기 장치들로 해왔던 실험을 라온에서도 할 수 있는지 등 재현 실험에 주력하게 될 것"이라고 말했다.
연말부터는 희귀동위원소 생성장치인 'ISOL'(대전류 저에너지 희귀동위원소 빔 생성법)을 이용한 실험에 돌입한다.
ISOL은 양성자 같은 가벼운 이온을 우라늄 등 중이온 표적에 충돌시킨 뒤 저에너지 가속기를 통해 가속해 희귀 동위원소를 생성하는 방식이다.
다만 올해에는 저에너지 가속장치 'SCL3'가 아닌 초 저에너지 가속장치로 실험을 진행할 예정이다.
이와 함께 고에너지 가속장치 'SCL2'를 이용하는 고에너지 가속구간 구축을 위한 선행 연구개발(R&D)도 추진 중이다. 한인식 IBS 희귀 핵 연구단장은 "아르곤 빔을 가지고 처음으로 코브라라는 장치에서 어떤 핵반응이 얼마만큼 일어나는지 연구하는 중요한 실험"이라며 "핵물리학 연구나 새로운 희귀동위원소를 찾는 데 기여할 것"이라고 말했다.