중국과학원 근대물리연구소가 자체 개발한 가속기구동미임계시스템(ADS) 초전도선형가속기 프로토타입이 2021년 2월 11일에 세계 최초로 빔강도 10mA 연속파 양성자빔 176kW의 작동 지표를 달성하고 2021년 2월 12일 시벽 2시 20분에 10mA 빔의 안정적인 작동을 달성했다. 기존에 초전도선형가속기를 사용하여 5mA 이상 연속파 양성자빔을 가속한 사례는 세계적으로 검증하거나 달성한 적이 없다.

ADS는 가속기와 원자로의 "결합체"로 사용 후 핵연료에서 반감기가 수십만년인 방사성 폐기물을 수백년의 단수명 폐기물로 전환하고, 단수명 폐기물을 핵분열 생성물로 전환시키며 그 과정에서 발전한다.

무선주파수 초전도 고전류 고출력 양성자 선형가속기는 ADS의 세가지 핵심 시스템 중 하나이다. 10mA 연속파 고전류 고출력 양성자빔의 안정적인 가속 달성은 물리적 및 기술적으로 전례없는 도전적 연구이다.

중국과학원은 2011년에 중국 ADS 개발 로드맵을 제안했다. 첫 번째 단계는 원리 검증 단계로 가속기 구동 변환 연구 장치의 구축이고, 두 번째 단계는 기술 검증 단계로 가속기 구동 변환 시연 장치의 구축이며, 세 번째 단계는 산업 보급 단계이다. 또한, 전략적 선도 특별프로젝트(A 유형)인 "미래 선진 핵분열에너지-ADS변환시스템”을 가동하여 3개 단계 개발을 통해 자체적으로 ADS의 시험 장치에서 데모 장치에 이르는 모든 핵심 기술과 시스템 통합 기술을 개발하는 것을 목표로 하였다. 고전류 고출력 양성자 초전도 선형가속기의 개발은 해당 프로젝트의 시작이다.

2014년에 무선주파수 4극 가속기의 10mA 연속파 양성자빔의 안정적인 작동을 달성하여 세계 최고 수준에 도달하였고, 2015년에 5MeV, 3mA 양성자 초전도 선형가속기의 개발과 테스트를 완료하였으며, 2016년에 10MeV, 2mA 양성자 초전도 선형가속기를 개발하였고, 2017년에 25MeV 양성자 초전도 선형가속기의 전문가 테스트와 검수를 통과하였다. 이후, 연속파 고출력 빔의 안정적인 작동에 대한 연구를 지속적으로 수행하여 2019년 1월에 30kW 연속파 양성자 빔 전력의 100시간 이상 안정적 작동을 달성하였다. 2021년 1월에 연속파 양성자빔의 최대 빔 강도 5.6mA 및 최대 빔 전력 110.9kW를 달성하여 백킬로와트 연속파 빔 전류의 작동 능력을 구비했다.

해당 ADS 초전도선형가속기 프로토타입의 연속파 빔 강도와 전력은 모두 세계적인 동급 수준을 초과하였다. 또한 향후 ADS 상용 장치의 빔 강도 10mA 가능성을 검증하였고 중국의 ADS 상용 장치와 가속기 구동의 첨단 핵분열에너지 장치 구축을 위한 기반을 마련했다.

수십 메가와트의 고출력 연속파 양성자 초전도 가속기는 핵폐기물 변환 처리, 희귀동위원소 생산 및 고속 중성자원 등 중대 전략 수요의 핵심 기술이다. 무선주파수 초전도 가속기의 구축과 고출력 안정적 작동에서 달성한 성과는 핵폐기물 변환 처리와 새로운 원소 합성 연구의 기반을 마련하였으며 의료용 방사성 동위원소의 대량 생산에도 도움을 줄 전망이다.

정보출처 : http://digitalpaper.stdaily.com/http_www.kjrb.com/kjrb/html/2021-02/18/content_462754.htm?div=-1