한국형 중이온가속기 라온(RAON)에 고온 초전도 전자석이 탑재된다.

세계 입자가속기 중에선 처음이다.

20일 기초과학연구원(IBS) 중이온가속기건설구축사업단에 따르면 고온 초전도 전자석은 라온 중이온가속기 비행파쇄분리장치(IF·In-flight Fragment Separator) 시스템에 들어간다.

입자가속기에서 전자석은 입자 빔 방향을 바꾸고 초점을 모으는 등 정밀 제어에 사용된다.

세계 최고 수준 고에너지·고출력 중이온 빔을 탄소표적에 충돌시켜서 희귀동위원소를 생성하는 IF 시스템에는 특별한 전자석이 요구된다.

희귀동위원소 빔을 분리하면서도 빔이 표적에 충돌할 때 발생하는 방사선 발열에 견딜 수 있어야 해서다.

사업단은 고온 초전도 전자석의 낮은 전력 소모량과 원격 조작 용이성 등에 주목했다.

라온 IF 시스템에 들어갈 사극 자석 6기와 육극 자석 1기를 고온 초전도 전자석으로 개발하기로 한 사업단은 2017년 1월 한국전기연구원 초전도연구센터와 함께 시제품을 완성했다.

최근까지 냉각특성, 자기장 성능시험, 발열 환경 성능시험을 수행해 안정적인 운영이 가능하다는 것을 확인했다.

고온 초전도 사극·육극 자석 본 제품은 2021년경 완성될 것으로 사업단 측은 내다봤다.

고온 초전도 전자석은 초전도 전력기기·전선에 상용화한 희토류 바륨 구리산화물 고온 초전도체로 제작한다.

비교적 높은 절대온도 90K(영하 약 183도) 이하에서 초전도상태를 유지한다.

절대온도 9K(영하 약 264도) 이하 환경에서만 초전도 현상을 보이는 저온 초전도체와 비교되는 부분이다.

사업단은 라온 핵심 초전도 가속장치의 2K·4K 극저온 환경을 유지하는 액체헬륨 냉각시스템에 고온 초전도 전자석용 40K(영하 약 233도) 기체 헬륨 냉각시스템을 통합할 방침이다.

이를 기반으로 고온 초전도 전자석 7기를 40K 저온에서 운영할 계획이다.

권영관 장치구축사업부장은 “세계 최첨단 라온 중이온가속기 구축 사업은 전에 없던 새로운 문제를 해결해 가는 과정이라고 보면 된다”며 “고에너지·고출력 빔을 제어하는 기술은 전 세계 차세대 입자가속기들에서 널리 활용될 전망”이라고 말했다.

조재근 기자 jack333@cctoday.co.kr
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