기초과학연구원(IBS) 중이온가속기건설구축사업단은 라온(RAON) 중이온가속기의 비행파쇄분리장치(IF)시스템에 입자가속기로는 처음으로 '고온초전도전자석'을 탑재키 위한 제품제작에 들어간다고 20일 밝혔다.

입자가속기에서 전자석은 입자빔의 방향을 바꾸고 초점에 모으거나 퍼트리는 등 빔을 정밀제어하는 데 사용된다.

특히 라온 중이온가속기는 원하는 희귀동위원소 빔을 분리해낼 수 있는 고성능을 갖추고 빔이 표적에 충돌할 때 발생하는 방사선 발열에도 견딜 수 있는 특별한 전자석이 요구된다.

일부 시설에서는 저온초전도전자석도 활용하고 있으나 방사선 발열로 온도가 올라가 초전도성을 잃는 퀜치(quench)현상이 발생할 우려 때문에 20㎾ 이하 저출력 빔에만 적용이 가능, 최대 400㎾ 빔출력을 구현할 라온에는 적용이 불가했다.

이에 따라 중이온사업단은 라온 IF시스템에 들어갈 사극자석 6기와 육극자석 1기를 고온초전도전자석으로 개발해 탑재키로 하고 지난 2015년 1월 한국전기연구원 초전도연구센터와 고온초전도 사극자석의 공동 개발을 추진, 지난해 1월 시제품을 완성했다.

이후 최근까지 냉각특성과 자기장 성능시험, 발열환경에서의 성능시험을 수행해 안정적인 운영이 가능하다는 것을 확인하고 올 연말부터 고온초전도 사극·육극자석 본제품 제작을 진행, 오는 2021년 중으로 완성·설치해 시운전에 들어간다는 계획이다.

중이온사업단의 고온초전도전자석은 초전도전력기기, 전선에 상용화되고 있는 ‘희토류 바륨구리산화물(ReBCO)’ 고온초전도체로 제작된다.

절대온도 9K(영하 약 264도) 이하 극저온환경에서만 초전도현상을 보이는 저온초전도체와 달리 ReBCO 고온초전도체는 상대적으로 높은 절대온도 90K(영하 약 183도) 이하에서 초전도상태를 유지한다.

중이온사업단은 라온 핵심 초전도가속장치의 극저온환경을 유지해주는 액체헬륨 냉각시스템에 고온초전도전자석용 40K(영하 약 233도) 기체헬륨 냉각시스템을 하나로 통합, 고온초전도전자석 7기를 40K 저온에서 운영할 계획이다.

적은 발열에도 초전도성을 잃어버릴 수 있는 저온초전도전자석과 달리 고온초전도전자석은 방사선 발열로 인해 다소 온도가 올라가더라도 초전도상태를 안정적으로 유지할 수 있다는 장점이 있다.

중이온사업단 권영관 장치구축사업부장은 "세계 최첨단 라온 중이온가속기의 구축은 전에 없던 새로운 문제들에 맞닥뜨리며 해결해가는 과정"이라며 "에너지·고출력 빔을 고온초전도전자석으로 제어하는 기술은 라온의 성공을 계기로 전 세계 차세대 입자가속기들에서 널리 활용될 전망이다"고 말했다.

뉴시스  newsis.com

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