방사광가속기synchrotron radiation

방사광가속기(synchrotron radiation)

과학 실험이나 공업의 가공 등에 이용하기 위해, 광속에 가까운 정도로 가속시킨 전자ㆍ양전자 등 하전입자를, 싱크로트론의 일종인 저장링(storage ring) 속에서 오랫동안 돌게 하여 방사광(복사광)을 방출시키는 시설

방사광(放射光)은 인공 장치 또는 우주의 진공 속에서 광속에 가까운 속도로 가속된 전자ㆍ양전자 등 하전입자가 자석의 자기장에 의해 원운동 또는 나선운동을 하게 될 때, 곡률 중심의 방향으로 가속도가 가해지게 됨으로써 원의 접선 방향으로 집중되어 복사되는 전자기파(광)다. 기존의 X선광보다 수백 만~수억 배 이상 밝다. 방사광은 1947년 제너럴 일렉트릭 사(社)의 전자싱크로트론에서 처음 관측되었기 때문에 싱크로트론 방사광(SR : synchrotron radiation)이라고도 하며, 이것이 방출되는 현상을 싱크로트론 복사라고 한다.

1960년 무렵 방사광은 과학ㆍ공업의 각 분야에서 활용할 수 있는 우수한 전자기파임이 밝혀짐으로써 이것의 이용 분야가 크게 확대ㆍ발전했고, 현재는 방사광 생산ㆍ공급 전용의 싱크로트론이라 할 수 있는 전자 또는 양전자 저장링을 주축으로 하는 복사광가속기가 건설되어 활용되고 있다. 방사광은 다른 광원을 이용할 때보다 작동 시간을 크게 단축시켰고, 기술상 어려웠던 여러 가지 일들도 가능해졌으며 복사광가속기를 활용하는 새로운 기술도 개발되었다. 복사광가속기에서 얻어지는 X선ㆍ연질 X선ㆍ자외선 등은 예리한 빔이고, 다른 광원에서 얻어지는 것보다도 수백~수천 배 이상이나 세며, 여러 가지 우수한 특성을 지니고 있다.

전 세계에 20여 개의 방사광가속기가 이미 건설되어 활용되고 있는데, 이것들은 핵물리학 등의 실험용 싱크로트론이면서 방사광 광원으로 겸용되고 있는 1세대 방사광가속기, 방사광의 질과 방출 지속 시간을 향상시켜 방사광 생산 전용 가속기로 만든 2세대 방사광가속기, 사용자의 요구에 맞게 방사광의 질을 변경ㆍ가공할 수 있게 설계ㆍ건설된 방사광 생산 전용 가속기인 3세대 방사광가속기의 3가지로 분류된다.

1970년대부터 방사광가속기를 사용해 온 선진국에서는 현재 물체의 구조를 연구하는 기초과학에서부터 신소재 개발, 유전공학, 화학공업, 신의약 개발 등 응용과학과 산업에 이르기까지 다양한 분야에서 방사광을 활용하고 있다.

우리나라에서는 1994년 12월 최초로 포항공대 부설 포항가속기연구소에 25억eV의 3세대 방사광가속기가 준공되어 세계에서 5번째로 첨단 방사광가속기를 보유하게 되었다. 또 2016년 9월에는 미국과 일본에 이어 세계 3번째로 포항 4세대 방사광가속기가 준공됐다. 이는 기존 3세대 방사광가속기보다 1억배 밝은 빛을 사용해 1000배 빠른 속도로 살아 있는 세포와 단백질 등 초미세 물질을 실시간으로 분석할 수 있는 최첨단 장비다.