최근 반사광 가속기 청주 유치로 뉴스를 뜨겁게 달구며, 검색량도 상위를 차치하고 있습니다. 개인적으로 방사광 가속기에 대해 궁금증이 많이 생겼으며, 물리학과로써 꼭 알아야할 상식이라고 생각되었습니다. 따라서, 이번 포스팅에서는 방사광 가속기 원리에 대해 여러분과 공유하고자 합니다.
방사광 가속기 원리 및 용도 : 반사광 가속기란?
입자 가속기
방사광 가속기는 입자 가속기 중 하나의 분류입니다. 입자 가속기의 종류는 아래와 같은데, 모든 가속기가 전기장이나 자기장을 이용해서 입자를 가속시킵니다. 따라서 전하를 띄고 있는 입자는 전기장이나 자기장으로부터 힘을 받아서 뉴턴 제 2법칙에 따라 가속할 수 있습니다.
입자 가속기 종류 (가속 힘에 따른 분류)
선형 가속기, 정전기형 가속기, 다단배 전압 정정형 가속기, 고주파 가속기, 원형 가속기, 사이클로트론, 싱크로사이클로트론, 싱크로트론
입자 가속기 종류 (입자에 따른 분류)
충돌형 가속기, 양이온 가속기, 중이온 가속기, 방사광 가속기
입자 가속기는 입자를 가속시키는 힘에 따른 분류와 입자에 따른 분류로 나눌 수 있습니다. 방사광 가속기는 입자에 따른 분류로 속하지만 방사광 가속기의 가속 함에 따른 분류로 보자면 싱크로트론에 속합니다.
방사광 가속기
전자가 강력한 자기장을 만나면 가속합니다. 자기장을 강하게 걸어주면 전자도 빠르게 가속할 것입니다. 이와 같은 원리를 이용해서 전자를 빛에 속도에 가깝게 만들어서 전자가 높은 에너지를 가지도록 만듭니다. 전자를 자기장을 활용해서 빛의 속도에 가깝게 가속시키기 위해서는 그만큼 반지름이 큰 원형 가속기가 필요합니다. 이 것이 방사광 가속기의 반지름이 큰 이유입니다. 아래 식을 참고해보시면 자기장이 증가함에 따라 더 큰 가속기의 반지름이 필요합니다. 전자의 질량과 전하량은 상수입니다.
방사광 가속기 원리
장기장 → 전자 가속 → 전자 방사광 방출 → 분석
방사광 가속기는 이와 같이 빛의 속도에 가깝게 가속시킨 전자가 파장이 짧은 높은 에너지의 빛을 방출한다는 아이디어에서 발전한 가속기입니다. 전자가 빛에 속도에 가깝게 가속된다면 그만큼 높은 에너지를 받는 것이니 높은 Energy State로 에너지 레벨이 상승하며 천이된 전자가 Ground로 내려오면서 방사광을 내뿜는 매커니즘 입니다. 방사관 가속기는 전자가 원형 가속기를 지날 때, 전자가 원형 가속기의 방향에 맞춰 휘어지게 되는데 이 때 접선방향으로 방출되는 빛을 이용한 가속기 입니다. 방사광 가속기의 세대별 특징은 아래와 같습니다.
방사광 가속기 세대 별 특징
1세대 : 입자물리학용 전자가속기 부산물
2세대 : 방사광 주목적 활용 모델
3세대 : 방사광 밝기 대폭 향상, 활용분야 확장
4세대 : 3세대 방사광 대비 100억배 이상 밝기 향상
방사광 가속기 용도
물리학, 생물학, 의학, 실용적 목적에서 두루 사용하고 있으며, 청주에 유치된 방사광 가속기는 수요를 충족시키지 못해서 새로 투자가 결정된 가속기입니다. 방사광 가속기는 아래와 같은 용도로 사용할 수 있습니다. 위 그림은 포항공대 4세대 방사광 가속기 입니다.
방사광 가속기 용도
환경오염 물질 분석, 에너지 저장 기술 개발, 바이오 에너지, 신물질 개발, 세포 영상획득, 단백질 구조 분석, 신약 개발
위와 같은 용도로 사용되는데 방사광 가속기의 단점은 시료가 여러번 노출로 인해 X선에 손상될 가능성이 있다는 것입니다. 하지만 최근 X선에 손상되기 전에 선명하고 정확한 결과를 도출할 수 있도록 개선되어 사용되고 있습니다.
마치며
이번 포스팅에서는 방사광 가속기에 대해 알아보았습니다. 청주에 새로운 방사광 가속기가 유치되어 많은 일자치 창줄과 더불어 한국 과학 기술 발전에 큰 힘이 되었으면 좋겠습니다. 실제로 방사광 가속기 보유 국가가 많지 않은 상황에서 해당 국가들과 어깨를 나란히 한다는 것이 많에 그동안 많은 발전이 있었다고 생각합니다.
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