과학벨트의 핵심 기술인 한국형 희귀동위원소 가속기(KoRIA, 이하 중이온가속기)가 이론 측면에서는 기존 방식보다 넓은 범위의 동위원소 빔을 생성할 수 있는 독창적 방식이라는 결론이 나왔다.

미 페르미연구소 김영기 부소장을 위원장으로 한 국제자문위원회는 지난 3개월간 중이온가속기의 개념설계에 대해 조사한 결과, 희귀동위원소 생성방식인 IFF와 ISOL을 동시에 사용하는 중이온가속기가 세계 최초 사례로 이는 기존에 없는 독창적 기술이라고 밝혔다.

IFF(In-Flight Fragmentation)은 얇은 표적에 중이온을 충돌시켜 소전류 고에너지 동위원소빔을 생성하는 방식이고, ISOL(Isotope Seperation On-Line)은 두꺼운 표적에 양성자를 충돌시켜 대전류 에너지를 동위원소빔을 생성하는 방식이다. 캐나다의 TRIUMF나 EU의 CERN 등 기존 가속기 연구소들에선 주로 ISOL방식을 사용해 왔다.

각각 방식이 다른 만큼 IFF는 상대적으로 희귀동위원소를 얻기 쉽지만, 불순물이 많이 섞여 나오는 단점이 따른다. 또 ISOL은 필요한 순수 원소를 얻기에 적합하나 효율이 떨어진다는 평가가 따르고 있다.

이에 중이온가속기는 이 두 가지 방식을 혼용해 선형 및 원형 가속기 형태로 희귀 동위원소빔을 만드는 개념을 도입했다. 개념설계에 참여한 최선호 서울대 물리ㆍ천문학부 교수는 “IFF, ISOL각각으로는 동위원소를 만들 수 있는 원소가 정해져있었지만, 이 두 방식을 같이 적용하게 되면 (가설상) 새로운 원소를 발견할 수 있는 범위가 2배 가량 넓어진다”고 설명했다.

하지만 자문위는 중이온가속기가 상용화되기 위한 선행 과제로 앞으로 해결해야 할 ‘도전적 과제’를 제안했다. ▷대용량 표적 만들기 ▷전자 많이 만들어 보내기 ▷전자 떼내는 시설 구축 등이다.

이는 기존 가속기에서도 지적됐던 과제들로 특히 여기에는 IFF와 ISOL을 충돌 없이 연계하는 방식도 새롭게 추가됐다. 결국 IFF와 ISOL 두 방식을 결합하는 것은 독창적이지만 이는 여전히 개념(아이디어)차원으로 이는 추후 들어갈 상세설계에서 해결해야 하는 셈이다.

이와 함께 자문위는 아직은 ISOL이 우리나라 실정에 더 부합한다는 이유로 ISOL은 조기에 구축하고 IFF는 R&D를 먼저 시행한 후 제작하도록 제안했다.

또 CERN, TRIUMF, FRIB 등과 국제협력을 통해 개념설계를 구체화해야 한다고 조언했다.

이밖에도 자문위는 정부가 책정한 중이온가속기 구축 관련 예산 4600억원에 대해서도 세계적인 기준과 비교해 5% 오차 범위 내에서 비교적 적합하다고 평가했다.

교과부는 이달말까지 중이온가속기 사업단장 공모를 마치고, 내달 중이온가속기 사업단을 구성키로 했다. 그 후 이번 자문 결과를 토대로 사업 추진계획을 마련해 연내 상세 설계에 착수한다는 계획이다. 국제자문위는 앞으로 상세 설계는 물론 제작 과정에 대한 자문도 맡을 예정이다.

정태일 기자/killpass@heraldcorp.com