1 GeV 에너지를 갖는 안정된 전자빔 가속에 성공

세계적 학술지 Nature Photonics 9월호에 게재 예정

<레이저 웨이크 필드 가속 기술의 원리>

연구소가 순수 자체 연구 시설을 기반으로, 레이저가 만들어내는 플라즈마를 이용해 GeV(기가전자볼트 : 1억 전자볼트)의 에너지를 갖는 안정된 전자빔 가속을 달성했다.  이번 연구의 성공으로 전통적인 대형 입자가속기 시설의 규모를 획기적으로 줄이면서 높은 에너지까지 안정되게 전자를 가속할 수 있는 탁상용 소형 전자가속기 등의 개발이 가능해 질 것으로 기대를 모으고 있다.  

이번 연구에 사용된  레이저 웨이크필드 가속 기술을 이용할 경우 기존 시설보다 수천 배 이상 강한 전기장으로 전자빔을 가속할 수 있어 훨씬 작은 규모의 시설로도 GeV 이상의 높은 에너지까지 전자를 가속할 수 있다. 이번 연구에서는 약 1.5 x 1.2 m²의 크기를 갖는 소형 사각 챔버 내에서 1 GeV의 고에너지 전자빔을 발생시켰다. 기존의 대형 가속기 시설에서는 GeV 이상의 높은 에너지까지 전자를 가속시키기 위해 그 가속길이가 수백미터에서 수킬로미터까지 되어야 했다

일반적인 전자빔 가속 기술과 달리 레이저 웨이크필드 가속 기술은 고출력 레이저 펄스를 이온화된 가스 상태인 플라즈마에 조사하여 레이저 펄스와 같은 방향으로 진행하는 플라즈마 파동을 발생시키고, 이 플라즈마 파동에 전자빔을 실어 가속시키는 원리이다. 

이 연구결과는 세계적인 학술지 ‘네이처(Nature)’의 자매지인 "네이처 포토닉스(Nature Photonics)" 9월호에 게재될 예정이며, 이에 앞서 지난 10일 웹사이트(http://www.nature.com/nphoton) 에 공개되었다.   

□ 용어 설명

1. 플라즈마 (Plasma)

플라즈마라는 말을 물리학 용어로 처음 사용한 사람은 미국의 물리학자 Langmuir 이며, 물질의 상태는 고체, 액체, 기체 등 세 가지로 나눌 때 플라즈마는 제4의 물질 상태라고 호칭됨. 전자들과 이온들로 만들어진 가스로 전체적으로 음과 양의 전하수가 같아서 중성을 띠게 됨. 별의 내부나 그를 둘러싸고 있는 주변 기체도 플라즈마 상태임.

2. 입자가속기 (Particle Accelerator)

입자 가속기는 전자나 양성자와 같이 전하를 띠고 있는 입자를 강력한 전기장이나 자기장 속에서 가속시켜 큰 운동에너지를 발생시키는 장치로 주로 물질의 미세구조를 밝히는 물리 분야에 필수적인 실험장치로 이용되고 있다.