기초과학

4세대 고성능 싱크로트론 복사 광원의 예비연구 검증장치에 3.2억 위안 투입

발행일 : 2019 / 02 / 03

2019년 1월 31일, 국가 중대 과학기술 인프라 시설인 세계 최첨단 4세대 광원인 고성능 싱크로트론 복사 광원의 예비연구 검증장치가 베이징에서 국가검수에 통과되었다. 이는 2019년 중반 베이징 화이러우(怀柔)과학성에 구축될 고성능 싱크로트론 복사 광원이 기술적으로 가능하며 또한 고성능 싱크로트론 복사 광원 구축에 요구되는 각종 첨단 설비 장치도 산업 제조 능력을 갖추었음을 의미한다.

고성능 싱크로트론 복사 광원은 프런티어 기초과학, 공학물리 및 공학소재 등 전략적 첨단기술 연구에 필수적인 수단일 뿐만 아니라 해상도가 아주 높은 대형 “현미경”이다. 현재 중국은 베이징 전자-양전자 충돌기 기반 싱크로트론 복사 장치, 허페이(合肥) 광원, 상하이 광원 등 3개 싱크로트론 복사 광원을 보유하고 있다. 이들은 중국 3세대 광원 기술 수준을 대표한다. 4세대 광원은 3단계 발전을 경과하였다. 4세대 광원과 3세대 광원 사이의 주요 구별은 발광 광원의 전자빔 스폿(Electron beam spot) 사이즈 및 전자 발산 수준이다.

4세대 광원은 3세대 광원에 비하여 명도(Brightness)가 2개 수량급(100배) 향상되어 재료의 내부 구조를 더욱 현명하게 관찰할 수 있는데 이는 재료과학 및 생명과학 발전에 중요한 역할을 일으킬 전망이다. 하지만 4세대 광원의 일부 설비에 관한 제조 경험이 없고 일부 설비는 오직 이론적으로만 존재한다. 이에 중국은 2013년부터 3.2억 위안(한화 약 531억 위안)을 투자하여 4세대 광원의 예비연구 장치인 고성능 싱크로트론 복사 광원 장치(HEPS-TF)의 기술 방안 실행가능성 검증에 착수했다.

중국과학원 고성능물리연구소와 베이징대학의 HEPS-TF 프로젝트팀은 고성능 가속기, 광속빔 및 실험실의 핵심 난제를 해결하여 여러 프로토타입을 개발했는데 이는 화이러우에 구축할 광원의 실행가능성을 제공했다. 연구팀은 최초로 초고 기울기(80T/m) 사극자 자석, 대간극 고자기장 세기(2.6T) 초전도 위글러(Wiggler) 및 나노초급 쾌속 펄스 임팩터(Impactor) 시스템을 성공적으로 개발하였고 300A 고정밀도 전류센서 및 디지털 빔 위치 측정 전자학적 시스템을 자체로 개발하였다. 그리고 세계 첫 166MHz 가속전자의 1/4 파장 초전도 프로토타입 캐비티를 성공적으로 개발하여 초고온, 고부하, 대변형 및 다중 환경요인 결합 등 원위치 환경 및 싱크로트론 복사 실험 기술 통합화 핵심기술을 파악하였다. 이외에 자체로 설계한 2차원 X선 픽셀 배열 탐측기는 중국이 첨단 X선 탐측기 연구개발에서 거둔 중대한 성과이다.