입자 가속기란 무엇입니까?

[힘힘]

입자 가속기란 무엇입니까?

핵 설명

볼프강 피코(Wolfgang Picot) , IAEA 공공정보커뮤니케이션국

Adriana Vargas , IAEA 공공정보커뮤니케이션국

Sotirios Charisopoulos , IAEA 핵과학 및 응용부

입자 가속기는 원자 및 아원자 크기의 전자, 양성자, 이온과 같은 하전 입자 빔을 생성하고 가속합니다. 물질에 대한 이해를 높이기 위한 기초 연구뿐만 아니라 건강, 환경 모니터링, 식품 품질, 에너지 및 항공우주 기술 등과 관련된 수많은 사회경제적 응용 분야에도 사용됩니다.

어떻게 작동하나요?

입자 가속기는 모양이 선형(직선)이거나 원형일 수 있으며 크기도 다양합니다. 길이는 수십 킬로미터에 달할 수도 있고 작은 공간에 들어갈 수도 있지만 모든 가속기에는 4가지 주요 구성 요소가 있습니다.

(1) 하전입자를 생성하는 소스.

(2) 정적 또는 진동 전기장을 가하여 입자에 에너지를 추가하고 속도를 높이는 복합 장치.

(3) 빔을 소멸시킬 수 있는 공기 분자나 먼지와 충돌하지 않고 입자가 자유롭게 이동할 수 있도록 진공 상태에 있는 일련의 금속 튜브.

(4) 표적 샘플에 충격을 가하기 전에 빔 입자를 조종하고 집중시키거나 궤적을 변경하는 전자석 시스템입니다.

입자빔은 어떻게 사용되나요?

헬스
빔은 의료기기 멸균에 활용될 수 있으며, 암 진단 및 치료용 방사성의약품 합성에 필요한 방사성동위원소를 생산할 수 있다. 대형 가속기는 암세포를 파괴하고, 단백질과 바이러스의 구조를 밝히고, 백신과 신약을 최적화하는 데에도 사용됩니다.

연구
몇 개의 가속기(가장 큰 가속기)를 사용하여 핵 이하 입자를 거의 빛의 속도로 충돌시켜 우주의 기원에 대한 지식을 발전시킵니다. 이러한 가속기 중 일부는 일반적으로 원자로 연구용 원자로에서 다양한 용도로 제공되는 중성자를 생산하는 데에도 사용됩니다.

환경
일반적으로 양성자 빔은 공기, 물 또는 토양에 있는 미량 화학 원소를 감지하는 데 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 공기 샘플의 화학 물질은 분석 기술로 연구되는 특수 필터를 사용하여 수집됩니다. 결과는 다양한 오염물질의 농도와 구성을 밝히고 공기 질에 대한 고유한 특징을 제공합니다.

Industry
Beams는 대상 재료의 원자와 상호 작용하여 재료의 내구성을 높이는 등의 작업을 수행할 수 있습니다.

입자 가속기란 무엇입니까?

입자 가속기는 의학, 산업 및 연구 분야에서 다양한 응용 분야를 가지고 있습니다. 이러한 기계는 전자나 양성자와 같은 하전 입자를 고속으로, 때로는 광속에 가까운 속도로 가속합니다.

입자 가속기에는 어떤 유형이 있나요?

이온 주입기
이온 주입기는 예를 들어 재료의 마모 및 사용으로 인한 손상에 대한 저항력을 높이기 위해 업계에서 널리 사용됩니다. 전 세계적으로 약 12,000개의 이온 주입기가 휴대폰 및 태양광 패널용 반도체 제조를 돕고 있습니다. 또한 표면을 강화하고 내구성을 높이며 수명을 연장하기 위해 금속, 세라믹 및 유리 마감재에도 사용됩니다. 이온주입장치는 의료용 임플란트에 사용되는 소재의 신뢰성도 향상시켜 체내에서 사용하기에 더욱 안전하다.   

전자빔 가속기
전 세계적으로 약 10,000대의 기계가 가동되고 있는 전자빔 가속기는 산업의 핵심입니다. 예를 들어, 극한의 온도에서 재료의 내구성을 높이거나 화학물질에 대한 내성을 높이는 데 도움이 됩니다. 전자빔은 의료용품이나 식품의 살균, 하수 소독에도 널리 사용된다. 이 제품은 자동차 및 항공우주 산업, 기계 제작 및 의료 제품 제조업체에서 널리 사용됩니다.

Linacs
선형 가속기(linacs)는 길이가 몇 미터에서 몇 킬로미터까지 다양할 수 있습니다. 그 중 다수는 과학 연구에 사용됩니다. 가장 널리 알려진 것은 병원에 설치된 의료용 선형 장치로, 종양 세포를 향해 유도되어 종양 세포를 파괴하는 X선 폭발을 생성합니다. 전 세계적으로 약 1000개의 의료 기관이 운영되고 있습니다.

사이클로트론
전 세계 1200개 이상의 사이클로트론이 의료용 양성자 또는 중수소 빔을 생성합니다. 그들은 암을 진단하고 치료하기 위한 의료 영상 촬영에 사용되는 방사성 동위원소를 생산합니다. 많은 사이클로트론은 환자를 위해 수명이 짧은 방사성 동위원소가 포함된 생명을 구하는 방사성 의약품을 생산하기 위해 병원에 위치해 있습니다.

싱크로트론
70개가 넘는 싱크로트론은 입자 가속기 중에서 가장 거대합니다. 그것들은 과학 연구에 사용되며 우주의 기본 법칙을 이해하는 데 도움이 되는 것으로 가장 잘 알려져 있으며 다양한 응용 분야에도 사용됩니다. 과학자들은 싱크로트론을 사용하여 화학, 생물 의학, 자연 및 문화 유산, 환경 등을 연구합니다.  

정전기 가속기
정전기 가속기, 특히 탠덤 가속기는 가격이 저렴하며 과학자들은 물질 특성 조사, 환경 모니터링, 생물의학 연구 지원, 문화유산 연구 등을 위해 이를 사용합니다. 전문가들은 최근 용량이 증가함에 따라 현재 300대의 기계 수가 앞으로 몇 년 안에 증가할 것으로 예상합니다.

이 기사는 2022년 5월에 처음 게시되었습니다.

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마지막 업데이트: 2023년 9월 8일