미래창조과학부(장관 최양희, 이하 ‘미래부’)와 기초과학연구원 중이온가속기 건설구축사업단(단장 정순찬, 이하 ‘사업단’)은 한국형 중이온가속기의 핵심 장치인 초전도가속관을 자체 설계 후 국내 기술로 제작하고, 캐나다 국립입자핵물리연구소(TRIUMF)의 성능시험을 최종 통과하여 세계 8번째로 초전도 가속관 제작 기술 확보에 성공했다고 밝혔다.
* 초전도가속관 제작기술 보유국 : 미국, 캐나다, 독일, 일본, 프랑스, 이탈리아, 중국
초전도 가속관은 전기에너지를 활용해 중이온을 빛의 속도(약 30만 ㎞/s)에 근접하도록 가속시키는 원통형 진공관으로, 초전도체인 나이오븀(Nb)으로 만들어져 절대온도 0도(-273.15℃)에서 전기저항이 ‘0’이 되는 초전도 현상을 일으키는 중이온가속기의 핵심 장치이다.
이번에 제작에 성공한 초전도 가속관은 중이온가속기에 설치되는 3개 타입의 가속기 중 저에너지 초전도선형가속기(SCL1)에 활용되는 가속관(QWR : Quarter Wave Resonator)으로, 사업단에서 설계(‘12.5월~’13.6월)하고 국내 중소기업에서 시제품을 제작(‘13.7월~’14.6월)하였으며, 밴쿠버에 위치한 TRIUMF에 보내 국제적 성능시험을 실시(‘14.11월~’15.2월)한 결과, 가속관의 성능을 가늠하는 척도인 가속관 전기저항이 아주 낮은 수준으로 도출되었고 가속 속도를 가늠하는 전기장 세기는 자체설계기준1)과 국제설계기준2)을 상회하는 우수한 시험결과를 달성했다.
1) 자체설계치(-269℃에서 35MV/m) 대비 1.6배 성능 : 56MV/m
2) 국제선형가속기(ILC) 설계치(-271℃에서 60MV/m) 상회 : 73MV/m
초전도 가속관 제작 기술을 국내에서 보유하게 됨으로써 중이온가속기 구축 비용의 실질적인 절감 효과와 국산화 제작에 참여한 국내 업체들의 해외 진출 효과를 동시에 달성할 수 있을 것으로 보인다.
한국형 중이온가속기는 국내 기업이 해외 제작비용 대비 50% 수준에서 제작이 가능하여 국산화로 인해 약 400억원의 비용 절감 효과가 있을 것으로 추정된다.
이러한 직접적 비용절감효과 뿐만 아니라, 유럽과 일본 등에서 추진하는 차세대 대형가속기 구축사업에 국내업체들이 참여할 수 있는 가능성도 확대될 것으로 보인다.
일본이 자국유치를 추진 중인 총 31km길이의 국제선형가속기(ILC)사업에는 초전도 가속관 약 16,000개가 필요할 것으로 예상되며, 유럽·중국 등의 차세대 가속기사업과 기존 가속기시설의 성능개선 사업에도 상당 규모의 초전도 가속관이 필요하므로, 기술과 가격 경쟁력을 가진 국내 산업체의 해외 진출이 확대될 것으로 기대된다.
사업단장은 “금년 말까지 나머지 2개 타입(HWR/SSR)의 가속관 뿐만 아니라 저온유지모듈, 고온초전도자석 등 핵심장치들에 대한 국내 개발·제작을 적극적으로 추진하여 국산화율 65% 이상을 달성할 계획” 이라고 밝혔다.
* 초전도가속관 제작기술 보유국 : 미국, 캐나다, 독일, 일본, 프랑스, 이탈리아, 중국
초전도 가속관은 전기에너지를 활용해 중이온을 빛의 속도(약 30만 ㎞/s)에 근접하도록 가속시키는 원통형 진공관으로, 초전도체인 나이오븀(Nb)으로 만들어져 절대온도 0도(-273.15℃)에서 전기저항이 ‘0’이 되는 초전도 현상을 일으키는 중이온가속기의 핵심 장치이다.
이번에 제작에 성공한 초전도 가속관은 중이온가속기에 설치되는 3개 타입의 가속기 중 저에너지 초전도선형가속기(SCL1)에 활용되는 가속관(QWR : Quarter Wave Resonator)으로, 사업단에서 설계(‘12.5월~’13.6월)하고 국내 중소기업에서 시제품을 제작(‘13.7월~’14.6월)하였으며, 밴쿠버에 위치한 TRIUMF에 보내 국제적 성능시험을 실시(‘14.11월~’15.2월)한 결과, 가속관의 성능을 가늠하는 척도인 가속관 전기저항이 아주 낮은 수준으로 도출되었고 가속 속도를 가늠하는 전기장 세기는 자체설계기준1)과 국제설계기준2)을 상회하는 우수한 시험결과를 달성했다.
1) 자체설계치(-269℃에서 35MV/m) 대비 1.6배 성능 : 56MV/m
2) 국제선형가속기(ILC) 설계치(-271℃에서 60MV/m) 상회 : 73MV/m
초전도 가속관 제작 기술을 국내에서 보유하게 됨으로써 중이온가속기 구축 비용의 실질적인 절감 효과와 국산화 제작에 참여한 국내 업체들의 해외 진출 효과를 동시에 달성할 수 있을 것으로 보인다.
한국형 중이온가속기는 국내 기업이 해외 제작비용 대비 50% 수준에서 제작이 가능하여 국산화로 인해 약 400억원의 비용 절감 효과가 있을 것으로 추정된다.
이러한 직접적 비용절감효과 뿐만 아니라, 유럽과 일본 등에서 추진하는 차세대 대형가속기 구축사업에 국내업체들이 참여할 수 있는 가능성도 확대될 것으로 보인다.
일본이 자국유치를 추진 중인 총 31km길이의 국제선형가속기(ILC)사업에는 초전도 가속관 약 16,000개가 필요할 것으로 예상되며, 유럽·중국 등의 차세대 가속기사업과 기존 가속기시설의 성능개선 사업에도 상당 규모의 초전도 가속관이 필요하므로, 기술과 가격 경쟁력을 가진 국내 산업체의 해외 진출이 확대될 것으로 기대된다.
사업단장은 “금년 말까지 나머지 2개 타입(HWR/SSR)의 가속관 뿐만 아니라 저온유지모듈, 고온초전도자석 등 핵심장치들에 대한 국내 개발·제작을 적극적으로 추진하여 국산화율 65% 이상을 달성할 계획” 이라고 밝혔다.
