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라온의 희귀동위원소 야망
2022년 12월 21일
한국의 라온(RAON) 중이온 가속기 시설은 10년 후 온라인에 공개되면 희귀 동위원소 과학에 새로운 기회를 열어줄 것입니다. 조 맥켄티가 보고합니다.
라온 주사기 시스템
준비 RAON 주입기 시스템(시운전 중 위에 표시됨)은 중이온 빔을 500keV/핵자까지 가속하고 초전도 선형선에 주입하기 위해 원하는 다발 구조를 생성합니다. 선형선 저에너지 구간 시운전은 2023년 초 완료될 예정이다. 출처: RAON
코로나19 팬데믹으로 인한 최악의 공급망 중단이 사라지면서 주력 중이온 가속기인 온라인 실험용 희귀 동위원소 가속기 복합체(RAON으로 더 잘 알려짐)의 준비 및 시스템 시운전 작업이 빠르게 진행되고 있습니다. 기초과학연구원 내 희귀동위원소과학사업(RISP)의 일부를 구성하는 시설이다.
라온(RAON)은 큰 과학입니다. 라온은 아직 발견되지 않은 이국적인 방사성 동위원소에 접근함으로써 2년 후 초기 사용자 실험을 위한 온라인 출시 시 광범위한 연구 로드맵을 제시할 것입니다. 더 나아가, 실험실은 물리학자들의 핵에 대한 근본적인 이해를 발전시키기 위해 풍부한 데이터를 생성할 것입니다. 우주의 화학 원소의 기원에 대한 새로운 통찰력을 제공합니다. 표준 모델을 넘어서는 물리학을 탐구하는 실험을 가능하게 합니다. 마찬가지로, 라온은 암 진단 및 치료, 사용후핵연료의 안전한 처리, 전기에너지의 무손실 저장 등 다양한 응용 R&D 노력을 뒷받침하기 위해 연구 수량의 희귀 동위원소를 생산할 것입니다.
권면
RISP와 RAON의 권면 이사입니다. 크레딧: RAON
하지만 라온이 다른 중이온가속기 연구실과 다른 점은 바로 복합생산 방식이다. 특히, 희귀 동위원소를 생산하는 두 가지 방법인 온라인 동위원소 분리(ISOL)와 비행 중 단편화(IF)를 개별적으로 또는 동시에 활용하는 트윈 트랙 접근 방식입니다. 맥락에 따라 ISOL은 경이온(예: 양성자)의 가속과 무거운 원소 표적(예: 우라늄)과의 충돌을 포함하며, 표적의 조각화 후에 추출된 희귀(및 고순도) 동위원소가 풍부합니다. 반면, IF를 사용하면 가속된 중이온(예: 우라늄)이 경원소 표적(예: 탄소)과 충돌하고, 강력한 자석이 매우 빠르게 이동하는 조각난 중이온 빔에서 관심 있는 희귀 동위원소를 추출합니다.
라온은 어떤 면에서는 현재까지 한국 최대 규모의 대규모 과학 노력입니다.
RISP와 RAON의 권면 이사
여기서 RISP 및 RAON의 권면 이사는 CERN Courier에게 과학계와 업계 전반의 파트너십 네트워크의 도움을 받아 새로운 시설이 어떻게 형성되고 있는지 설명합니다.
라온의 과학적 임무가 다른 중이온가속기 시설과 다른 점은 무엇인가요?
우리는 무엇보다도 원자력의 미개척 지역에 접근하기 위해 RAON을 개발하고 있습니다. 완공되면 라온은 1단계 ISOL과 2단계 IF 시스템을 결합해 보다 이국적인 방사성동위원소 빔을 생산하고 연구하는 세계 최초의 생산 시설을 제공하게 된다. 우라늄 이하의 원소에 존재할 것으로 예상되는 동위원소. 이러한 2단계 공정이 방사성 동위원소 생산의 지평을 극적으로 확장할 것이라고 제안하는 이론적 및 실험적 연구는 많이 있습니다.
다른 중이온 가속기는 ISOL 또는 IF에만 의존하는 반면, 라온은 ISOLIF 결합 생산 방식을 최초로 활용하는 동시에 ISOL과 IF를 독립형 프로세스로 사용자에게 제공할 것입니다. 이로써 라온은 희귀 동위원소의 발견율을 높이고 이를 더 많은 양과 더 다양하게 생산할 수 있을 것으로 기대된다.
빌딩 블록: RAON 가속기 시설
라온(RAON) 중이온가속기 시스템
RAON 해체 RAON 중이온 가속기 시스템은 주입기 시스템과 3개의 개별 초전도 선형 가속기 섹션으로 구성됩니다. 크레딧: RAON
완료되면 라온 가속기는 우라늄의 경우 최대 200MeV/핵자, 양성자의 경우 600MeV(빔 전류 범위는 우라늄의 경우 8.3pμA, 양성자의 경우 660pμA)의 다양한 운동량에서 중이온 빔과 경이온 빔을 생성하게 됩니다. ).
핵심 빌딩 블록 측면에서 RAON은 인젝터 시스템과 세 개의 개별 초전도 선형 섹션으로 구성되며, 초전도 공동은 독립적으로 위상이 지정되고 세 가지 다른 주파수(81.25, 162.5 및 325MHz)에서 작동됩니다.
저에너지 초전도 선형 선형 섹션(SCL3)과 고에너지 초전도 선형 선형 섹션(SCL2)은 전하 스트리퍼, 두 개의 리번처 및 180° 굽힘 시스템으로 구성된 포스트 가속기 드라이버 선형 선형(P2DT)으로 연결됩니다.
주입기 시스템은 중이온 빔을 500keV /핵자까지 가속하고 SCL3 선형선에 주입하기 위해 원하는 다발 구조를 생성합니다.
인젝터는 두 개의 전자 사이클로트론 이온 소스(ECR-IS), 저에너지 빔 전송 섹션(LEBT), RF 사중극자(RFQ) 및 중간 에너지 빔 전송 시스템(MEBT)으로 구성됩니다.
LEBT는 ECR-IS에서 추출된 이온빔을 RFQ로 전송하고 일치시키도록 설계되었습니다. 정전기 사중극자는 LEBT의 저속 빔에 더 적합하기 때문에 전송 및 포커싱을 위해 선택됩니다.
RFQ(4개 베인 구조로 길이 약 5m)는 공명 주파수 81.25MHz에서 이온빔을 10keV/핵자에서 500keV/핵자까지 가속하도록 설계되었습니다.
MEBT는 이온 빔을 전달하고 집중시키기 위한 11개의 실온 사중극자 자석으로 구성되며, 세로 방향 빔 크기를 SCL3에 일치시키도록 배열된 4개의 다발 공동(공명 주파수 81.25MHz에서 작동)으로 구성됩니다.
가속기 출시 2단계(2025년 완료 예정)에는 고에너지 초전도 선형 가속기(SCL2)의 건설 및 시운전이 포함됩니다.
라온 2단계가 완료되면 암 치료를 위한 차세대 방사선 치료 방식을 평가하기 위한 공동 실험실이 설립될 예정입니다. 예를 들어 국소 방사선 치료와 현장 감마선 영상을 위한 11C 입자빔 의 결합 사용 등이 있습니다. 고형 종양(소위 치료치료제).
라온 이니셔티브를 성공적으로 수행하기 위해서는 국내외 파트너십이 얼마나 중요한가요?
라온(RAON)은 어떤 의미에서 현재까지 한국 최대 규모의 대규모 과학 연구입니다. 간단히 말해서, 이 프로젝트는 가속기 시설의 핵심 구현 기술과 라온의 일선 연구 프로그램을 위한 실험 시스템의 공동 개발을 지원하는 광범위한 R&D 파트너십 없이는 불가능했을 것입니다. 예를 들어 우리는 가속기 설계 및 개발은 물론 초전도 부품 및 하위 시스템의 제조 및 테스트 작업을 수행하는 한국 대학 및 연구 기관 네트워크를 보유하고 있습니다.
라온 건물 및 지원시설
Sky's the Limit 라온 건물 및 지원시설 전체 공사가 2021년 완료되었습니다. 사진제공:라온
TRIUMF(캐나다), RIKEN 및 KEK(모두 일본), 고에너지 물리학 연구소(IHEP, 중국), 핵 물리학 연구소(중국) 등의 다양한 기술 기여를 통해 국제 협력도 가장 중요합니다. INFN, 이탈리아) 및 European Spallation Source(ESS, 스웨덴). 보다 전략적인 수준에서 우리는 국제/기술 감독 위원회에 대표되는 과학 및 엔지니어링 전문가 네트워크의 광범위한 참여와 감독에 의존합니다.
라온의 산업계 참여는 어떤 모습인가요?
우리는 자본 지출을 관리하는 데 적절할 경우 기성 기술을 사용하는 동시에 향후 업계에서 더 광범위하게 이전하고 활용할 수 있는 고유한 획기적인 기술을 공동 개발하는 등 업계와의 혼합 모델을 추구하고 있습니다. 후자의 좋은 예는 니오븀 초전도 RF 캐비티, 극저온 모듈 및 가속기 시설의 주요 다리용 극저온 분배 라인 포트폴리오의 맞춤형 개발 및 제조에 참여한 국내 제조업체인 Vitzro Tech입니다. Vitzro Tech의 의견은 프로젝트의 장기적인 성공에 기본이 되며, 회사가 RAON을 위해 개발한 기술이 시간이 지나면 다른 대형 과학 시설에 상업적으로 제공될 것으로 기대됩니다. 이는 다운스트림 혁신 사례 연구입니다.
국내외 장비 제조사들과 긴밀한 관계를 구축해야 하지 않을까요?
옳은. 빅 사이언스의 핵심은 협업이므로 우선순위부터 업계 공급업체와 긴밀한 커뮤니케이션을 유지하는 것이 중요합니다. 예를 들어, 우리는 고급 자석, 진공 시스템 및 관련 장비와 같은 다양한 상용 가속기 기술을 우리에게 공급한 국내 제조업체를 보유하고 있으며, 국제 제조업체도 프로젝트 공급망에서 두드러진 역할을 하고 있습니다. 라온 냉동플랜트(RAON cryoplant)는 기술 파트너인 프랑스 에어리퀴드(Air Liquide)가 라온을 위해 특별히 개발한 턴키 시스템입니다.
코로나19 팬데믹으로 인해 프로젝트 일정이 어떤 영향을 받았나요?
라온은 지역 및 국제 기술 파트너의 장비 배송에 의존하기 때문에 팬데믹으로 인해 일부 공급망 중단이 불가피했습니다. 물류상의 장애에도 불구하고 우리는 지난 3년 동안 여러 좌표에서 상당한 진전을 보였습니다. 모든 건물과 지원 시설의 건설은 2021년에 완료되었으며, 두 가지 유형의 초전도 RF 공동을 포함하는 저에너지 선형기 및 관련 극저온 플랜트, ISOL 시설(사이클로트론 포함) 및 실험 시스템(총 7개)도 완료되었습니다. 완벽한.
HWR 저온 모듈
라온의 저에너지 초전도 선형 가속기용 Cool technology HWR 극저온 모듈입니다. QWR 및 HWR 캐비티를 포함한 모든 선형 하위 시스템은 이제 극저온으로 냉각됩니다. 크레딧: RAON
2022년 10월에 저에너지 초전도 선형 가속기에 의해 최초의 아르곤 이온 빔이 가속되고, 1/4파 및 반파 공진기 공동을 포함한 모든 선형 선형 하위 시스템이 극저온으로 냉각되면서 중요한 시운전 이정표가 달성되었습니다(" 참조). 빌딩 블록: 라온 가속기 시설”). 관련 극저온 플랜트(4.5K의 등가 열 부하로서 4.2kW 냉각 용량)의 기계적 설치 및 시운전이 2022년 8월에 완료되었으며, "콜드 박스"는 주 헬륨 분배 라인에 연결되었습니다.
라온의 다음 행보는 무엇인가요?
우리는 현재 저에너지 초전도 선형 가속기 시운전을 진행 중이며 내년 초 완료를 목표로 하고 있습니다. 우리는 ISOL 시설(70MeV 양성자 사이클로트론 포함)과 KoBRA(한국 광범위 수용 반동 분광계 및 장치)와 같은 저에너지 실험 시설에 대한 유사한 시운전 일정을 구상하고 있습니다. 2023년 중반에 초기 방사성 동위원소 생산을 위해 이러한 모든 구성 요소를 결합하고 2024년 가을까지 1차 사용자 실험(저에너지에서)을 준비하는 데 약 1년 정도 걸릴 것입니다. RAON 설치의 2단계에는 다음이 포함됩니다. 고에너지 초전도 선형선의 건설 및 시운전.
Joe McEntee 는 영국 사우스 글로스터셔에 거주하는 컨설턴트 편집자입니다.
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온라인 실험용 희귀동위원소가속기단지(RAON)라는 명칭은 2012년 공모를 통해 선정됐다. [6] 라온( RAON )은 '행복하다', '즐거운'을 의미하는 한국어 ' 라온 ' 에서 유래됐다 . [7] 639개의 응모작 중 당선 이름은 실제로 '내일은 행복하다'라는 뜻의 라온하제(라온하제)였지만, 발음하기 쉽도록 줄여서 만든 것이다. [8] 라온(RAON)은 원자번호 41번과 위장에 니오븀이 적힌 화학 원소 마스코트의 이름이기도 하다 . [9] [10]
라온(RAON)은 온라인 동위원소 분리(ISOL) 방식과 기내 단편화(IF) 방식을 모두 포함하는 중이온 입자가속기 로서, 두 가지 방식을 최초로 활용하는 것을 목표로 하고 있다. [11] [12] 초전도 선형가속기는 최대 빔 출력이 400kW이며, 발사체 파편화는 IF 시스템의 200MeV/u 우라늄 빔으로 구동됩니다. ISOL 시스템은 70kW의 H- 사이클로트론을 갖습니다. [13]
프로젝트의 복잡성으로 인해 라온의 연구진은 CERN , Fermilab , TRIUMF 및 Riken 을 포함한 여러 다른 가속기 연구 그룹과 협력하고 있습니다 . [14]