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UNIST(총장 정무영)가 범국가적인 거대장치 활용을 위한 노력을 시작한다. X-선 자유전자레이저((X-ray Free Electron Laser, XFEL)로 우주 탐사에 나서는 등 최첨단 연구를 시작하는 한편, 4세대 방사광가속기 활용을 위한 국제 워크숍도 개최한다. UNIST는 22일(목)과 23일(금) 양일간 ‘UNIST X-선 자유전자레이저 활용 국제 워크숍(UNIST XFEL Science International Workshop)’을 연다. POSTECH 포항가속기연구소가 아닌 외부기관에서 자발적으로 방사광 관련 주제로 학술행사가 열리는 이례적인 사례다. 신태주 UNIST 연구지원본부 교수는 “4세대 방사광가속기라는 범국가적인 거대장치를 적극적으로 활용하기 위해 UNIST에서 자발적으로 마련한 워크숍”이라며 “이 장치에서 생산되는 XFEL을 사용할 연구자를 육성하는 데도 목적이 있다”고 말했다. X-선 자유전자레이저(XFEL)는 4세대 방사광가속기에서 만들어지는 ‘꿈의 빛’이다. X-선이므로 투과력이 높은데다 아주 짧은 시간(펨토초, 10-15초) 동안 태양보다 100경(1016)배 밝은 빛을 낸다. 이런 특징 덕분에 기초과학 및 응용과학의 다양한 연구에 활용될 수 있다. 이번 워크숍에서는 독일의 막스플랑크연구소, DESY 연구소, 일본의 이화학연구소(RIKEN), 미국의 LCLS 등에서 세계적인 가속기 및 X-선 실험 전문가 7명이 연사로 참석한다. 국내에서도 4세대 방사광가속기 구축 추진단장인 고인수 POSTECH 물리학과 교수 및 한국방사광이용자협회 회장인 노도영 GIST 교수 등 5명의 전문가가 주제 발표에 나설 예정이다. 신태주 교수는 “한국, 미국, 일본, 유럽의 XFEL 전문가들이 UNIST에 모여 첨단시설인 XFEL을 소개하고 미개척 첨단 연구의 공동 활용 방안도 모색할 것”이라며 “포항가속기연구소의 PAL-XFEL이 일반 연구자에게 개방되는 2017년부터 적극적으로 활용해 신약, 반도체, 배터리, 디스플레이 등 응용산업에서도 성과를 내도록 기여할 것”이라고 말했다. 한편 UNIST 고에너지 천체물리 연구센터(센터장 류동수)는 XFEL을 이용한 우주 물질 연구를 계획 중이다. 류동수 UNIST 자연과학부 교수는 “우주의 극한 환경에서 수소나 헬륨처럼 전자가 1~2개만 남아 있는 고전리 이온(highly charged ions)에서 나오는 분광선도 XFEL을 이용하면 초고해상도로 측정할 수 있다”며 “이런 관측 자료를 이용하면 X-선을 방출하는 천체의 물리적 환경도 추적 가능하다”고 설명했다. UNIST XFEL 국제 워크숍은 앞으로 주기적으로 개최될 예정이다. 이를 통해 국내 XFEL 전문가를 육성하고, 이 분야를 세계적으로 선도해나가는 기반을 마련하려는 취지다. 정무영 UNIST 총장은 “울산-포항 고속도로 개통으로 울산과 경주, 포항이 연구개발 분야에서도 힘을 모으기 위해 노력하고 있다”며 “XFEL 활용 연구는 기초과학 기술 분야에서 실질적으로 협력하는 구체적인 사례가 될 것”이라고 전망했다. (끝) |
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[붙임] X-선 자유전자레이저 활용연구 국제 워크숍 개요 |
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[붙임] 용어설명 |
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1, 방사광 (Synchrotron Radiation)
빛의 속도로 가속된 고에너지 입자 (전자, 양성자 등)가 자기장 내에서 경로가 바뀔 때 접선 방향으로 방출되는 적외선에서 X-선 영역에 이르는 연속적인 파장의 강한 빛 (병원 X-선의 100만 배, 햇빛의 100억 배). 물리, 화학, 생물 등의 기초과학 분야는 물 론이고, 나노 구조물, 신약, 반도체, 디스플레이 등의 응용과학에까지 크게 활용되며, 세계적으로 약 30여 기의 3세대 방사광가속기 연구소가 운영 중임. 2. X-선 자유전자레이저 (X-ray Free-Electron Laser; XFEL)
언듈레이터에서 강한 X-선 (방사광)이 발생될 때, 함께 진행하는 전자들과 X-선의 궤도와 파장이 0.005 nm 오차 이하로 정확하게 일치해야만 X-선 자유전자레이저 (XFEL)가 발생됨. XFEL은 3세대방사광에 비해 펄스 당 1억 배 밝고, 펄스폭은 1,000 배 정도 짧아 fs 수준의 동력학 연구에 활용됨. 현재 전 세계적으로 3 기의 XFEL이 운영 중임 (미국, 일본, 한국). |
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[붙임] [고에너지 천체물리 연구] 극한에서 극한까지: XFEL 활용한 우주 탐색 |
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지난 6월 29일, 포항에 건설된 제4세대 방사광 가속기가 미국, 일본에 이어 세계에서 3번째로 X-선 자유전자레이저(X-ray Free Electron Laser 혹은 줄여서 XFEL)를 발생시키는 데 성공했다. XFEL은 꿈의 빛이라 불릴 정도 인간이 만든 빛 중 최고의 스펙을 자랑하는데, 이름이 뜻하는 것처럼 X-선 영역 대(파장으로 분류했을 때 0.1 nm~10nm 영역, 1nm=10-9m) 의 주어진 파장을 결맞음 상태로 잘 유지하면서도 펨토초 (10-15초)라는 아주 짧은 시간 동안 태양 빛보다 100경(1016)배나 밝은 빛을 낸다. 이러한 최고 성능의 빛을 활용해 물리, 화학, 생명, 약학, 신물질 분야의 새로운 연구를 수행할 수 있을 뿐 아니라 천체 현상을 탐색하는 것도 가능하다. X-선의 높은 투과력과 함께 짧고 밝은 빛의 특성을 지닌 XFEL은 초고속 X-선 카메라로 사용되어 아주 짧은 시간 동안 존재하는 물질의 상태를 촬영할 수 있다. 목성과 같이 기체로 형성된 행성들의 중심부는 온도는 그리 높지 않지만 높은 밀도의 상태인 ‘따뜻한 고밀도 물질 (warm dense matter)’로 이루어져 있다고 알려져 있다. 가시광선대의 초강력 레이저를 알루미늄과 같은 고체에 쪼임으로써 아주 짧은 시간 동안 따뜻한 고밀도 물질을 만들 수 있는데 XFEL의 초고속 X-선 카메라 기능을 활용하면 이렇게 만들어진 따뜻한 고밀도 물질의 물리적 특성을 보다 정확히 측정할 수 있다. 그간 이론적으로만 연구된 따뜻한 고밀도 물질의 특성을 실험적으로 연구할 수 있게 되고 이를 통해 목성과 같은 기체 행성들의 내부 구조를 더 잘 이해할 수 있다. XFEL에서는 또한 X-선 결맞음 특성과 높은 밝기를 활용해 이전에는 불가능했던 고전리 이온(highly charged ions)의 초고해상도 분광선 측정이 가능하다. 우주에서 흔하게 발견되는 철(Fe)과 같은 원자는 은하단 플라즈마 혹은 블랙홀이나 중성자별 주변에 형성되는 강착원반과 등의 극한의 환경에서 수소 혹은 헬륨과 같이 전자가 1~2개만 남아 있는 고전리 이온 (Fe25+ 혹은 Fe26+)으로 존재할 수 있는데, 이러한 고전리 이온에서 방출되는 X-선의 정확한 분광선을 측정할 수 있는 최고의 실험 장치가 바로 XFEL이다. 실험실에서 정확히 측정된 분광선 데이터를 기반으로 고해상도 X-선 관측 자료를 보다 정확히 분석할 수 있고 이를 통해 X-선 방출 천체의 물리적 환경을 추적할 수 있다. 한국연구재단 선도연구센터(Science Research Center) 사업의 지원을 받는 울산과학기술원(UNIST)의 고에너지 천체물리 연구센터(Center for High Energy Astrophysics) 에서는 XFEL 뿐 아니라 한국형 중이온 가속기인 라온을 활용한 실험 천체물리학 연구를 수행하고 있다. 고에너지 천체물리 연구센터에서는 이번에 UNIST에서 개최되는 UNIST-XFEL 워크샵에서 XFEL을 활용한 천체물리 연구를 발표할 예정이다. * 문의: 류동수 UNIST 자연과학부 교수(052-217-2148) |
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