- 원자력연, 고주파 가속기 ‘고체소자 전원장치’기술 개발 -

  □ 고주파 가속기는 양성자나 중이온, 전자 같은 하전입자를 강력한 전기장으로 가속시켜 큰 운동 에너지를 갖도록 만드는 장치이다. 전기장의 전압 형태에 따라 형태가 일정한 ‘정전형 가속기’와 고주파 전기장을 사용해 주기적으로 변하는 ‘고주파 가속기’로 나뉜다.

    ㅇ 고주파 가속기를 이용해 발생시킨 방사선을 물체에 투과시킬 경우, 물체를 파괴하지 않고도 내부 정보를 확인하거나 수술 없이도 암세포를 파괴할 수 있어 항만의 컨테이너 검사 및 항암 치료 등에 적용하고 있다. 세계적으로는 미국 베리안(Varian), 라피스캔(Rapiscan), 중국 뉴텍(Nutech) 등이 해당 가속기를 통해 비파괴 검사를 비롯한 여러 관련 기술을 개발·보유 중이다.

    ㅇ 가속기의 기반 기술인 고주파 운용기술은 제 2차 세계대전 당시 군용 레이더 개발 연구를 원형으로 하며, 이로 인해 고주파 가속기 개발 역시 우수한 국방과학 기술력을 보유한 선진국을 중심으로 이루어져 왔다.

   □ 국방과학 선진국의 전유물로만 여겨지던 고주파 가속기의 핵심장치를 우리 기술진이 개발해 화제가 되고 있다. 한국원자력연구원 초고속방사선연구실 정영욱 박사팀은 지난 18일 고체소자 펄스전원장치의 기술 국산화에 성공했다고 밝혔다.

   □ 고주파 가속기의 핵심 장치는 ▲고출력-고주파를 발생시키는 ‘고주파 발생장치’와 ▲이를 작동시키는 ‘고체소자 펄스전원장치’, ▲발생된 고주파를 전기장으로 가속하기 위해 모아두는 ‘가속관’으로 구성되며, 우리나라는 연간 30억원 규모의 고주파 발생장치 및 고체소자 펄스전원장치를 전량 수입하여 가속기를 제작·운용해왔다.

   □ 이중 고체소자 펄스전원장치는 고주파 발생장치를 구성하는 ‘마그네트론’이라는 진공전자소자에 높은 전류와 전압을 파장 형태로 변환하여 제공하는 역할을 한다. 파장의 크기와 모양, 파동 안정성에 따라 가속기에 공급하는 고주파의 특성 및 안정성이 결정되므로 펄스전원장치의 성능은 고주파 가속기의 성능과 직결된다.

    ㅇ 펄스전원장치는 당초 진공관 형태의 스위치를 사용해 왔으나, 소음이 심하고 펄스의 정밀도가 떨어지는 문제를 안고 있었다. 2000년대 들어 개발된 고체소자 스위치는 이를 보완하여 소음을 최소화하고 정밀한 파장을 생성함으로써 전원장치의 성능을 향상시켰다.

    ㅇ 현재의 고체소자 펄스전원장치는 고주파 발생장치인 마그네트론의 성질에 따라 파장의 형태와 질이 결정되는 제약이 따랐으나, 연구원이 성공한 국산화 기술을 적용할 경우, 마그네트론의 성질과는 독립적으로 사용자가 직접 파장의 크기 및 형태를 조절할 수 있어 보다 자율적으로 양질의 고주파를 생성할 수 있다.

  □ 한국원자력연구원은 양성자 가속기와 사이클로트론, 산업용 전자가속기 등 다양한 종류의 첨단 고주파 가속기를 개발, 산·학·연 융·복합 연구를 수행하는 한편, 2013년에는 경주 양성자가속기연구센터를 개원하여 가속기 및 이온빔 연구 플랫폼을 구축하는 등 대한민국 첨단 가속기 연구에 선도적 역할을 수행 중이다.

  □ 이번 연구를 이끈 방사선과학연구소 정영욱 박사는 “이번 고체소자 펄스전원장치 기술 개발의 국산화는 종래의 기술적 한계를 우리 힘으로 극복한 결과”라며, “연구원은 R&D 성과를 넘어 2019년 1분기 내 특허등록을 완료하고, 중소기업 및 연구소기업으로의 기술이전을 통해 국내 산업기술 경쟁력 강화에 기여할 것.”이라고 말했다.

※ 붙임 : 고체소자 펄스전원장치 관련 사진. 끝.