중이온을 생성시켜 초전도선형가속기에 전달하는 장치이다. 다중하전된 이온을 생성하고 빔을 발진한다.
ECR이온원에서 생성된 중이온 빔을 고주파사중극자(RFQ, Radio-Frequency Quadrupole)를 거쳐 초전도 선형가속기(SCL, Super Conducting Linear accelerator)에 전달하고, 초전도 선형가속기는 입사기로부터 전송된 중이온 빔을 최대 200MeV/u까지 가속 시킨다.
ECR 이온원(Electron Cyclotron Resonance Ion Source)
전자 사이클로트론 공명 이온원은 마이크로파의 특정 주파수와 자기장에서 전자의 공명현상에 따른 회전 운동을 이용하여 고밀도 플라스마(plasma)를 발생시킬 수 있는 이온원을 말한다.
고주파사중극자(RFQ, Radio-Frequency Quadrupole) 선형 가속기
빔 모으기(이온빔 집속)와 최초로 저에너지 가속을 담당한다. 고주파사중극자(RFQ)는 선형 가속장치로 고주파를 인가함으로써 이온빔을 흩어지지 않도록 모아주는 빔집속(focusing) 기능, 고주파 가속장치로 가속하기 위해 빔을 번칭(bunching)하는 기능과 함께 이온빔의 에너지를 높이는 가속(acceleration) 기능이 동시에 가능한 장치이다. 일반적으로 선형 가속기의 저에너지 부에 설치하여 초기 가속장치로 널리 활용되고 있다.
가벼운 이온(원소, 양성자 등)을 가속하여 무거운 표적원소(우라늄 등)에 충돌시켜 많은 양의 희귀동위원소를 생성해 얻을 수 있는 방식의 ISOL 시스템이 있다. 희귀동위원소를 추출하는 과정이 여러 번 반복되어 최종 추출되는 희귀동위원소의 순도가 매우 높아지는 특징을 가진다. 주요 구성은 표적 및 이온시스템, 빔 분리 시스템, 제어시스템으로 구성된다.
무거운 이온(원소, 우라늄 등)을 가속하여 가벼운 표적 원소(탄소 등)에 충돌시켜 다양한 종류의 희귀동위원소를 생성해 얻을 수 있는 방식의 IF 시스템이 있다. 이 방식을 통해 다양하고 짧은 수명의 희귀동위원소를 얻을 수 있다. 주요 구성은 표적시스템, 빔 덤프시스템, 입자판별검출기, 빔분리시스템으로 구성된다.
희귀동위원소의 정밀 질량 측정을 통해 희귀동위원소의 구별과 새로운 원소를 발견하는 장치이다. 주요 시스템으로 다중반사 시간비행장치(MR-ToF-MS)가 있으며 정밀 질량 측정 장치로 활용한다. KEK WNSC와 협력하여 개발하였으며 헬륨가스 셀, 이온 전송 장치, 다중반사 챔버 등으로 구성되어 있다.
희귀동위원소 빔 또는 중이온빔을 생체조직에 조사하여 세포파괴, DNA변형 등을 일으키고, 이를 통해 암치료, 희귀동위원소 육종 등의 새로운 의생명 기법을 개발하는 장치이다. 의생명과학 중에서 희귀동위원소를 이용한 암 치료법 개발, 희귀동위원소 육종법 등을 개발하여 효율성과 안전성을 연구한다.
2011년 12월 중이온가속기구축사업단이 발족하여, 부지 매입, 기본설계, 실시설계 등을 거쳐 2021년 5월까지 시설 건설 공사를 하여 준공하였다. 현재는 부지 관리와 시설 관리를 운영 중이다.
시설 규모는 총 11개 동으로 가속기지원시설 4개동, 연구지원시설 2개동, 업무지원시설 4개동과 가속기 및 실험시설 1개동이며, 이중 가속기 및 실험시설 1개동은 총 길이가 546m이고, 6개 구역 (1. SCL 구역, 2. ISOL 구역, 3. IF 분리장치 구역, 4. 저에너지 실험 AB 구역, 5. 고에너지 실험 A 구역, 6. 고에너지 실험 B 구역)으로 구분하고 있다.
기타 지역에는 설계보다 지연된 부분이 있고, 확장 할 수 있는 부지가 있어 창조적인 사업계획과 추가적인 구축이 가능하다. 단계별로 대한민국 최대 규모의 기초과학 연구시설을 구축 할 수 있다.
시설 관리의 유틸리티에는 전기, 수도, 가스, 통신, 소방 설비 등을 포함하며, 인프라 지원 시설의 안정적인 운영을 통해 연구와 업무 환경을 조성하고 있다. 또한
방사선을 다루는 연구시설인 만큼 시공 단계부터 방사선 차폐에 대한 안전 관리 및 보안 사항을 중점적으로 두었다. 현재도 부지 관리 및 유틸리티의 보안ㆍ안전 사항을 지속적으로 유지, 관리하고 있다.
증축 가능한 부지가 있다. 추후 가속기 지원 시설, 연구 개발 시설 건설 또는 차세대 가속기 건설에 사용될 수 있다.
2017년 후기부터 다른 예산보다 우선순위에 밀리고, 논란이 나오면서 설계계획이 변경되었다. 가속기동 일부(입사기, SCL1 구역), 일반조립동, 고주파(RF)시험동, 검출기개발동 등의 시설 일부를 시설건설부분에서 제외하는 축소 구조조정을 했다. 사업에서 제외된 부분은 향후 가속기의 성능 개량 등 후속 조치가 이루어질 경우, 사업비 추가 확보 여부 상황에 따라 추후 변경될 가능성도 있다.
국책사업인 만큼 타 기관이 이곳으로 이전하거나, 국가적으로 5곳(포항 방사광, 청주 방사광, 대전 중이온, 경주 양성자, 부산 중입자) 등 여러 지역의 모든 가속기를 효율적인 지원 및 빠른 소통을 위한 기관도 필요하다는 말도 있다.
2024년 5월부터
과학기술정보통신부는 CERN에 한국의 준회원국 가입 타당성을 살피는 연구용역을 통해 장단점을 검토하고 있다.
# CERN에 참여하고 있는 연구자는 2024년 기준 160명으로, 매년 일정한 성과를 내고 있다.
장점을 본다면 고에너지
입자물리학,
핵물리학, 원자 및 분자 과학 등이 만나
현대물리학(
양자역학 등)의 전략 분야를 포함한 다양한 분야로 파생될 수 있는 긍정적인 시너지 효과를 낼 수 있다. 또한, 중이온가속기연구소의 시설과 데이터를 바탕으로 다른 나라 연구소와 전략적으로 교류와 업무 협력이 가능하다. 단점은 CERN 준회원의 연간 분담금 120억에 달하는데, CERN 한번 가입하면 마음대로 빠져나올 수가 없다.
고에너지물리학계에서는 국제 협력 강화와 네트워크 구축을 통한 역량 강화 차원에서 국가적 연구 컨트롤 타워가 필요하다고 보았는데, 현실적으로 대전의 중이온가속기연구소 부지가 최적의 장소라며 과기정통부와 IBS의 협조가 필요하다고 보았다.
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