'X-선 레이저' 韓 세계 3번째 성공

포항 4세대 방사광가속기/사진=포항공대

우리나라가 미국과 일본에 이어 세계 3번째로 4세대 방사광가속기(PAL-XFEL)의 X-선 자유전자 레이저 발생에 성공했다.

미래창조과학부와 포항공대는 포항 4세대 방사광가속기가 시운전 착수 2개월 만에 0.5나노미터(nm) 파장의 X-선 자유전자 레이저 발생에 성공했다고 29일 밝혔다.


미래부와 포항공대는 2011년부터 지난해 말까지 총사업비 4298억원을 투입해 4세대 방사광가속기를 건설하고, 지난 4월 14일부터 종합 시운전을 해 왔다.

포항공대에 따르면 지난 14일 새벽에 최초의 X-선 레이저가 관측됐으며, 외부 전문가검증위원회가 29일 현장을 방문해 X-선 레이저의 에너지 스펙트럼, 파장, 펄스 등 기본성능을 검증함으로써 4세대 방사광가속기의 모든 장치가 성공적으로 정상 작동함을 공식확인했다.

시운전 시작 후 자유전자레이저 발생까지 미국(LCLS)은 2년(2007~2009), 일본(SACLA)은 4개월(2011년 2월~6월)이 걸렸으나, 포항 4세대 방사광 가속기는 2개월(2016년 4월~2016년 6월) 만에 성공했다.

가속기에서 전자를 빛의 속도로 가속하고, 언듈레이터(150m)에서 진행방향을 주기적으로 바꿔서 강한 X-선을 발생시키는 데, 이때 함께 진행하는 전자들과 X-선의 궤도와 파장이 0.005nm 오차 이하로 정확하게 일치해야만 X-선 자유전자레이저(병원 X선의 100조배)로 증폭된다.


검증위원회 권면 위원장은 “짧은 시간에 극한의 정밀도를 요하는 0.5nm X-선 레이저 발생에 성공한 것으로 보아, 에너지를 서서히 올려가면서 최적화하는 2차 시운전을 잘 진행 한다면, 올해 말까지는 최종 목표하는 10GeV/0.1nm 파장 X-선 레이저 달성이 무난할 것”이라고 말했다.

X-선 자유전자레이저는 기존 3세대 방사광 보다 1억배(햇빛의 100경배) 밝아서 물질의 미세구조를 나노단위까지 관측할 수 있고, 3세대 보다 1000분의 1에 짧은 펄스폭(20펨토초)으로 물질의 현상을 펨토초(10~15) 시간 단위까지 분석이 가능하다.

이 때문에 단분자 단백질이나 살아있는 세포의 움직임을 실시간으로 분석할 수 있게 돼 획기적인 신약개발에 활용된다. 또 신물질·신소재 분석을 통한 원천기술 확보와 IT·반도체 소자산업, 의료분야 등 다양한 산업발전에 기여할 것으로 기대된다. 포항공대는 국제수준의 성능검증을 위해 X-선레이저 활용 데모실험을 12월에 실시하고, 내년부터 이용자 실험지원에 착수할 예정이다.