새로운 입자를 찾기 위해 만든 RAON 중이온가속기의 저에너지 전체 가속구간 빔 시운전이 성공했다고 합니다. 한국형 초전도 중이온가속기 RAON은 1조 5,000여 억 원이 투입된 대형 프로젝트입니다.
RAON은 중이온을 가속해 표적에 충돌시킨 뒤 새로운 희귀 동위원소를 생성하는 시설이며 이 새로운 동위원소를 만드는 과정에서 우주와 원소의 기원, 별의 진화 과정을 밝혀낼 실험 데이터를 획득할 수 있고 반도체나 이차전지, 항암치료 등 소재, 의료분야에 활용할 연구 성과를 얻을 수 있습니다. 그럼 RAON 중이온가속기가 무엇인지 한번 살펴보시죠.
이전 포스팅 "꿈의 암 치료, 중입자 치료"의 중입자 치료는 탄소원자를 빛의 속도에 가깝게 가속한 후 에너지 빔을 환자의 암세포에만 정밀하게 조사하여 암을 치료하는 방식입니다.
희귀 동위원소
RAON에 대해 알아보기 전에 새로운 희귀 동위원소를 생성하는 시설이라고 했으니 먼저 희귀 동위원소가 무엇인지 알아보겠습니다.
▣ 원소 ▣
원소는 자연을 구성하는 기본 단위이며 양성자, 중성자, 전자로 이루어져 있습니다. 그 수와 성질에 따라 원소의 성질도 달라집니다. 양성자의 수는 원자번호와 원소의 화학적 성질을 결정하고 양성자의 수와 중성자의 수의 합은 원소의 질량을 결정합니다.
※ 우리 학창 시절 과학시간에 암기해야 했던 원자번호(주기율표)가 그 원자번호입니다. 다들 기억나시나요?
(수 헬 리 베 붕 탄 질 산 플 레 나 마 알 규 인 황 염 아 칼 칼... 저는 여기까지만 기억납니다.)
수소(H)는 양성자의 수가 1개라 원자번호 1이며 헬륨은 양성자의 수가 2개라 원자번호 2가 됩니다.
▣ 동위원소 ▣
여러 원소들 중 양성자의 수가 같아 원자번호가 같지만 중성자의 수가 달라 질량이 다른 쌍둥이 원소입니다. 각각의 원소에는 몇몇 서로 다른 동위원소가 있습니다.(118개의 원소와 약 3,000여 개의 동위원소)
예를 들어 탄소-12와 탄소-13과 탄소-14는 탄소라는 3가지 동위원소인데 질량수가 각각 12, 13, 14이고 탄소의 원자번호는 6이므로 중성자수는 각각 6, 7, 8입니다.
▣ 희귀 동위원소 ▣
이름 그대로 매우 희귀하고 수명이 짧아 아직 발견되지 않은 동위원소를 말합니다. 우주의 진화과정 중 아주 짧은 찰나에 나타났다가 사라져 지구상에는 극히 미량만 남아 있거나 존재하지 않아 인공적으로 생성 또는 발견해야 합니다.
중이온 가속기
중이온 가속기는 전자, 양성자, 이온 등의 전하를 가지고 있는 입자를 가속하여 다른 입자 또는 물질에 충돌시키는 장치입니다. 입자의 충돌에서 발생하는 여러 정보를 통해 우주탄생에서부터 신소재개발까지 다양한 연구가 가능합니다.
입자가속기는 가속입자의 종류와 활용 목적에 따라 방사광가속기·양성자가속기· 중입자가속기·중이온 가속기 등으로 구분됩니다.
그중 중이온가속기는 자연에 존재하지 않는 희귀동위원소를 생성하기 위한 가속기이며 중입자 가속기는 위에서 언급한 이전 포스팅 "중입자 치료"에 해당하는 가속기입니다.
중이온가속기는 수소와 헬륨보다 무거운 원소를 이온화하여 매우 빠르게 가속시킨 뒤, 표적 원자핵에 충돌시킵니다. 충돌 이후에는 원자보다 작은 세계를 볼 수 있으며, 새로운 희귀동위원소를 발견할 수 있게 됩니다.
RAON의 특징
희귀동위원소 생성 방법에는 ISOL과 IF 두 가지 방법이 있습니다.
▣ ISOL(Isotope Separation On-line) ▣ 대전류 저에너지 희귀동위원소 빔 생성
o 가벼운 원소이온을 가속하여 무거운 원소 표적에 충돌시키는 방법
o 많은 양의 희귀동위원소 생성 방법
가벼운 원소이온을 빠르게 가속하여, 무거운 원소로 된 표적에 충돌시켜 무거운 원소를 쪼갠 후 그 파편 중에서 새로운 희귀동위원소를 추출하는 방법입니다. 이 방법으로는 많은 양의 희귀동위원소를 생성할 수 있으며, 희귀동위원소를 추출하는 과정이 여러 번 반복되어 최종 추출되는 희귀동위원소의 순도가 매우 높습니다.
▣ IF(In-filght Fragmentation) ▣ 소전류 고에너지 희귀동위원소 빔 생성
o 무거운 원소이온을 가속하여 가벼운 원소 표적에 충돌시키는 방법
o 다양한 종류의 희귀동위원소 생성 방법
무거운 원소이온을 가속하여 가벼운 원소로 된 표적에 충돌시킨 후, 쪼개진 무거운 원소 이온빔의 파편 중 목표로 하는 희귀동위원소만을 추출하는 방법입니다. 빔의 파편이 매우 다양하고 고속으로 날아가는 희귀동위원소들을 자석으로 빠르게 분리함으로써 짧은 수명의 다양한 희귀동위원소를 얻을 수 있습니다.
▣ ISOL + IF ▣
세계에 있는 가속기들이 ISOL과 IF 중 한 가지 방법만을 사용하는 반면, RAON은 ISOL과 IF 방식은 물론 ISOL과 IF 결합 방식을 적용한 세계 최초의 시설입니다.
먼저 ISOL로 희귀동위원소를 생성한 뒤 이를 IF로 다시 가속하면 한 가지 방법만을 사용하는 기존 방법보다 더욱 새롭고 희귀한 동위원소를 발견할 수 있는 가능성이 높아집니다.
RAON의 활용 연구분야
▣ 물질 본질의 이해 ▣
① 새로운 원소 발견 : 무거운 원소의 합성을 통한 새로운 원소 발견, 발견된 SHE의 기본 물리량 측정, SHE의 합성에 최적화된 핵반응 이론
② 희귀동위원소 생성 및 활용 : 매우 희귀동위원소 생성, 다중 핵전이반응을 통한 희귀동위원소 생성, 동위원소 존재한계선에 대한 연구 이론
③ 원자핵 구조, 핵력 본질 등 이해 : 핵의 규칙성 규명, 핵 내부에서의 강한 상호작용 연구, 유한양자다체계에 대한 연구 이론
▣ 우주생성 원리 규명 ▣
① 우주탄생 초기 비밀규명 : 우주 탄생 및 별의 생성. 진화. 소멸의 비밀 규명
② 우주원소기원 추적 : 핵 반응 측정, 희귀동위원소 수명 및 질량 측정
③ 별의 진화 규명 : 감마선 폭발의 기원, 중성자별과 그 매질의 규명
▣ 꿈의 신소재 개발 ▣
① 물질의 전자기 특성 나노연구 : 다기능 나노 / 박막 복합소재의 전자기 특성 규명
② 초전도, 나노자성체, 위상 절연체 등 신소재 개발 : 상온, 고온 초전도체 연구
▣ 미래 청정 에너지 확보 ▣
① 차세대 에너지물질 발굴 : 전기저항이 없는 신물질 개발, 안전한 핵융합에너지 물질 개발
② 고효율 축전 기술 개발 : 손실 없는 전기 에너지 저장기술 개발, 고효율 이차전지 및 에너지 저장물질 개발
③ 안전한 핵폐기 처리 기술 개발 : 사용 후 핵연료 처리 기술 개발, 핵데이터 구축
▣ 생명현상 규명 및 암치료 개발 ▣
① 생로병사 등 생명현상 규명 : 아미노산 생성과 DNA 탄생 비밀 규명
② 신품종 개발 : 고부가치 돌연변이체 및 신품종 개발
③ 암치료용 동위원소 발견 : 반감기가 짧고 인체 손상이 없는 암치료용 동위원소 발견 및 치료법 개발
RAON은 1단계에서 양성자 빔을 우라늄 같은 무거운 원자를 충돌시켜 쪼갠 뒤 1차 저에너지 구간(이번 시운전 성공)과 2차 고에너지 구간에서 각각 가속을 하며 2차 고에너지 구간의 가속을 통해서 새로운 동위원소를 얻게 됩니다. 하지만
RAON은 아직 2단계 고에너지 구간의 가속장치가 만들어지지 않은 상태입니다.
과기정통부에 따르면 2025년까지 선행 연구개발(R&D)을 통해 고에너지 구간 가속관 시제품 성능을 구현하고 이후 2단계 사업을 통해 고에너지 구간 본제품 제작과 설치에 나설 방침이라고 합니다.
중이온가속기 관련주
▣ 모비스(250060) ▣
모비스는 국가차원에서 수행하는 대형 과학프로젝트인 빅사이언스 시설물 제어에 필요한 제어시스템과 일련의 장비들을 제공하는 사업을 진행하고 있습니다.
빅사이언스 시설물의 제어에 주로 이용되는 EPICS(The Experimental Physics and Industrial Control System) 기반 초정밀 특수제어 및 시스템 설계기술을 국내에서 유일하게 보유하고 있으며, 이 기술을 기반으로 가속기 제어시스템 및 관련 장비, 핵융합발전로 제어시스템, 머신러닝 솔루션을 공급하고 있는 기술집약형 벤처기업입니다.
주력사업으로 추진중인 대형 가속기, 핵융합 실험 장비의 구축 사업은 기초 실험 과학 분야 중 가장 기술집약적이고 다른 분야로의 기술파급 효과가 큰 산업이며 이 분야에 필요한 제어장비들에 요구되는 측정 및 제어의 정밀도는 개발의 전례조차 없는 펨토초(10의 마이너스 15승) 및 나노미터(10의 마이너스 9승) 단위인 경우가 많습니다. 국내 빅사이언스 시설물의 초정밀제어에 큰 발전을 기대할 수 있는 성과로 볼 수 있습니다.
▣ 다원시스(068240) ▣
다원시스는 국내 시장에서 핵융합 전원 장치를 공급하는 유일 업체이며 특수전원장치 사업과 전자유도가열 사업을 주요사업으로 영위하고 있습니다. 특수전원장치 중 핵융합 전원 장치는 국가 연구기관을 대상으로 하며 플라즈마 전원 장치는 환경 설비 전문 업체인 포스코ICT와 민간기업인 반도체 세정장비 제조업체들을 대상으로 해당 제품들을 제공하고 있습니다.
핵융합 : 핵융합전원장치 제조 및 판매
플라즈마 : 플라즈마전원장치 제조 및 판매
전동차 : 철도차량 제조 및 판매
정류기외 기타 : 전자유도가열장치 제조 및 판매
▣ 비츠로테크(042370) ▣
비츠로테크는 기타 사업으로 고온 플라즈마 시스템을 영위하고 있습니다. 방전현상을 이용하여 토치내부에 플라즈마를 발생시켜 이를 사용가능 하도록 설계/제작/구축한 시스템을 말하며 산업 및 방사성 폐기물의 열처리의 환경분야와 나노 재료개발등의 신소재분야등에 적용 가능합니다.
비츠로테크는 중이온가속기 프로젝트에서 초고온의 플라즈마로부터 토카막 내부의 장치를보호하는 PFC 제작등을 수행하고 있습니다.
고온플라즈마를 이용한 원자력발전소 증기발생기 세정폐액 처리, 플라즈마 기술을 이용하여 산업전반에 발생되는 독성폐액을 열분해 산화처리를 하는 사업과 원자력 폐기물 및 폐액처리, 산업 폐기물을 처리하고 발생되는 부산물을 환경친화적으로 최종 배출하는 일련의 공정설비를 사업화하여 진행하고 있습니다. 주요 거래처로는 한국수력원자력등이 있습니다.
2단계 사업을 통해 고에너지 구간도 시운전 성공해서
상용화되었으면 좋겠습니다.
경제, 주식을 다루는 블로그에서 자주 "의학"에 관련된
글들을 자주 보니 이상하실 수 있겠지만
모든지 건강보다 최우선이라 생각하기 때문에
자주 이런류의 글들을 올릴 예정입니다.
지금까지 읽어 주셔서 감사합니다.
2023.05.02 - [dailylife] - 꿈의 '암 치료', '중입자치료'의 장단점과 관련주 알아보기
꿈의 '암 치료', '중입자치료'의 장단점과 관련주 알아보기
전립선암 환자 대상 첫 중입자치료가 국내(연세대의료원)에서 시작되었다고 합니다. 기존에는 일본, 독일 등 세계 15개국에서만 중입자 치료기가 존재했고 세계 16번째로 연세대학교 의료원에서
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