저런 과학 관련 사진만 보면 정신을 못차리는 22세의 열혈 청년. 매드 강군입니다..;;;
이졸대라는 것은.. 가가가 TV판에도 나오지만, 입자 가속기의 일종입니다.
여기서 입자 가속기라는 것은 주로 원자핵 또는 소립자의 연구를 위해서 발달한 것입니다. 현재는 입자가속기는 핵물리연구 이외의 공업용, 의료용으로 이용되며, 그 사용분야도 많아지고 있습니다.
1911년 영국의 래더포드는 토륨(Th)원자가 라듐(Ra)원자로의 방사성 천이시에 발생하는 약 6백만전자볼트의 에너지를 가진 알파 입자(He+2)가 얇은 금막에 충돌하는 실험을 한 결과 물질의 구성요소로 알려진 원자는 중앙에 핵이 위치하며, 그 주위에 전자가 분포되어 있다는 사실을 밝혀 냈죠..
즉 가속기에 의해 발생한 가속 입자가 충돌실험으로 물질의 표적입자에 의한 반사로 표적입자의 구성을 알수 있다는 것인데, 여러 과학자들은 연구를 거듭한 끝에 입사하는 입자의 운동에너지를 증가시켜 표적입자를 분리할 수 있는 장치. 즉, 입자 가속기를 개발한 것입니다.
그런데 핵을 더 작게 나누기 위해서는 자연 방사성 천이에 의한 고에너지의 입자대신 인위적으로 더 높은 에너지의 입자를 발생되어야 하므로 소립자 또는 원자핵에 대한 연구를 위해 본격적인 가속기 개발이 시작되면서 등장한 것이 선형 가속기(Linear Accelerator)입니다.
이 가속기에서는 하전입자를 고전압이 걸린 전기장 속에 주입하여 높은 운동에너지로 직선운동을 하게 하는데 에너지가 높아질수록 직선 가속기의 길이가 수백,수천미터에 달하게 되었고 또한 이 방법에 의한 가속에너지가 한계값 즉, 수억 전자볼트에 이르게 되었습니다.. 무식한 녀석이죠..;;;
그런데.. 과연 과학자들이 이것으로 만족할까요? 절대 아닙니다... 연구에 연구를 거듭한 끝에 선형 가속기의 성질들을 개량하여 하전입자가 직선 운동이 아닌 원운동을 하면서 적당히 한정된 공간 내에서 가속에너지가 계속 증가할 수 있는 사이클로트론 (Cyclotron), 베타트론 (Betatron), 싱크로트론 (Synchrotron)등의 원형 가속기들이 개발되기에 이르렀습니다. 그밖에 리니악, 콕크로프트 완튼, 밴데그래프 등의 가속기도 개발되었습니다... 즉.. 가가가 TV판에 나오는 이졸대도.. 이런 원형 가속기의 일종이죠...
가속기의 여러 종류중 저 에너지의 전자 가속기는 방사선 물리. 방사선화학, 고분자 반응의 연구 및 응용에 사용되고 위학치료, 의료기구의 살균, 식품조사 등에 사용됩니다. 1MeV ~ 300MeV의 에너지를 갖는 가속기는 콕크로프트 완턴, 밴데그래프, 사이클로트론, 리니악, 싱트로트론 등이 있으며, 주로 핵물리의 연구, RI의 제조에 사용되며, 고에너지물리의 연구에는 300MeV 이상의 양자 싱크로트론, 전자싱크로트론, 전자리니악 등이 있습니다....
이러한 가속기들은 물질의 궁극을 파악하기 위한 노력의 일환으로 입자 충돌실험을 위한 입자물리학, 핵물리학용이었지만 원형가속기에서 입자의 에너지가 점점 커질수록 상대론적 효과에 의하여 강력한 전자파가 발생하는 것이 발견되었고 이것이 오늘날 방사광으로 알려진 소위 제 1세대의 방사광 가속기에 해당합니다.
방사광이라는 것은 적외선에서 시작하여 강 X-선(파장이 1억분의 1cm부근의 단파장 X선)에 이르는 넓은 파장을 가지는 빛들이 물질 내에서의 원자들이 배치상태라든지 전기적인 성질들을 밝히는데 훌륭한 공급원이 된다는 원리입니다. 그것은 방사광 자체의 이용만을 위한 원형 방사광 가속기의 개발 및 건설이 시작이 되었습니다. 이렇게 건설된 방사광 가속기가 소위 제 2세대 방사광 가속기인것입니다.
이의 출현으로 인하여 방사광을 이용한 연구가 활발해짐에 따라 더욱 강력한 세기의 방사광을 발생시키는 장치들(삽입장치라 불리는 언듈레이터<undulator>나 위글러<wiggler>등)이 개발되었고 이들 장치에 의한 방사광의 효율을 극대화시키는 제 3세대 방사광의 출현을 눈앞에 두고 있습니다.. 언제 제 4, 제 5의 가속기가 나올지도 모르죠... 다음은 가속기의 종류들 입니다.
전전가속방식의 원리는 가속기 내부에 높은 전압을 만들어, 하전입자를 그 전압으로 단숨에 최종에너지까지 가속시키는 방식으로 공진 변압기, 콕크로프트왈톤형 가속기, 반데그라프형 가속기등이 있습니다.
콕크로프트왈톤형 가속기는 직류고전압을 만들기 위하여 콘덴서와 정류기를 조합한 배전압 정류회로를 갖는 가속기로 1932년에 처음으로 핵변환을 성공 시켰습니다. 최근에는 반도체 정류기의 발달로 소형화되어 가속기 전체를 고압탱크에 넣어 고압가스를 채우므로 가속 전압을 13MeV로 올려 사용한다.
반데그라프형 가속기는 직류 고전압을 정전기 전기로 발생시키는 가속기로 고압탱크속에 하전용 벨트, 고전압 전극, 이온원, 가속관 등이 있으며, 이온, 전자 모두를 가속 시킬 수 있습니다. 고압탱크속에는 질소, 이산화탄소 등의 가스로 10기압 정도를 유지하고 있는데, 최근에는 양자를 20MeV 까지 가속하는 Tandem형 반데그래프 가속기가 있습니다.
고주파 가속 방식 : 저고주파의 전압으로 입자를 반복적으로 가속시켜, 차츰 그 에너지를 올려 최종에너지까지 가속시키는 방식으로 선형 가속기, 리니악등이 있으며, 자장을 이용하여 입자를 원형으로 가속시키는 방법으로 사이크로트론이 있습니다.
리니악은 고주파 전압을 반복하여 하전입자에 걸어서 가속시키는 것, 즉 진동하는 고주파 전압 중에서 이온의 운동과 전극 배치를 교묘하게 맞추어, 가속위상만을 끄집어내어 이온을 가속시킵니다. 리니악은 펄수형의 고주파로서 가속시키기 때문에 이온빔은 펄스형입니다. 양자를 가속시키는 양자리니악은 가속 전압으로 공진전장을 이용하며, 약 200MHz의 고주파가 사용되고, 약 20 ~ 200MeV의 양자를 얻는다. 전자리니악은 파장 10 ~ 30cm 인 마이크로파의 진행파에 의해서 가속되며 10 ~100MeV 정도의 전자를 얻을수 있습니다.
사이크로트론는 원형의 자석사이에 두 개의 반원형 가속전극을 설치한 것으로 두 가속전극 사이에 고주파 전압을 걸어서 이온을 가속시킵니다. 일정한 자장속에서 이온은 등속도 원운동을 하기 때문에 이온의 에너지에는 관계없이 그 각속도가 항상 일정합니다. 이때 이온은 가속 전극 사이를 통과할 때마다 가속되어 이온의 회전반경은 차츰 커지고 나선 모양의 궤도를 그리면서 고에너지로 가속됩니다.
유도가속방식 : 교류자장에 의한 전자유도를 이용하는 방식으로 베타트론이 있습니다.
세계에 현존하는 기초과학용 입자가속기는 이미 5백여대를 넘고 있습니다. 그러나 우리나라에는 현재 D.C. 머신이 5대, 베타트론 1대, 선형가속기 4대, 사이클로트론이 1대 설치돼 있고 대부분이 의료용으로 사용되고 있어 기초과학연구에는 이용할 수 없는 실정이며, 방사광 가속기가 포항공대에 설치돼 운영되고 있습니다. 참으로 안타까운 일입니다..
서울대, 부산대, 전남대에 있는 반데그라프는 4백 KeV로서 연구용이라기보다는 학부생교육용으로 이용할수 있을 뿐이며, 또 서울대 원자력공학과에 있는 SNU 1.5MeV tarden VDG가속기는 국내기술진에 의해 제작됐으나 저에너지 핵반응연구 등에 이용되며, 연세대의 4백 KeV C-W형 가속기도 국내기술진에 의해 설계, 제작됐으나 표면물리 등의 연구에 이용되고 있습니다.
그러나 이들 가속기는 에너지가 낮아서 이용범위가 무~~지 제한됩니다. 원자력병원에 설치된 사이클로트론은 최대 에너지가 50MeV, 전류의 세기가 최대 70muA로서 암환자를 위한 중성자 치료용에 불과합니다. 따라서, 기초과학연구에는 절~~대 이용할 수 없다는 현실이 눈앞을 가로 막습니다..;;
포항공대는 국내최초로 방사광 가속기의 건설을 추진, 학계, 산업계의 주목을 받고 있습니다. 향후 6년간 약 5백 30억원을 투자, 포항공대 캠퍼스내에 건설한다는 계획을 가지고 있습니다.
..에휴... 신이 나서 저만 헛소리 한것 같군요..;;;;
뭐.. 이 문서의 출처는 아~~주 예전에 폐간된 학생 과학에서 나온 문서중 기억 나는 것만 쓴 것이며, 포항 방사광 가속기에 대한 자료는 월간 뉴턴등의 과합 잡지에서 읽은 것입니다...