캐나다 국립입자핵물리연구소, 신의 입자 '힉스' 존재검증 두각

1974년부터 세계 최고수준 양성자가속기 운용 암치료 등 의료ㆍ우주방사선 등 과학분야에 활용

●르포-캐나다 국립입자핵물리연구소를 가다

▲ 캐나다 국립입자핵물리연구소 양성자가속기 ISAC의 양성자입사기.

두께 7m에 달하는 수많은 콘크리트블록과 셀 수 없는 케이블, 천장에는 크레인, 각종 장치에서 쏟아지는 소음까지….

캐나다 국립입자핵물리연구소(이하 TRIUMF)가 운영하는 세계 최고수준의 방사선동위원소 빔을 생성하는 양성자가속기(이하 ISAC)의 모습은 마치 공사현장 같았다.

사이클로트론과 동위원소 분석기, 검출기시스템으로 구성된 ISAC에 근무하는 연구자들마저 헬멧을 쓰고 있어 세계 최고수준이라는 수식어가 어딘가 모르게 어울리지 않고 어색하기까지 했다.

하지만, 1974년 첫 빔을 생산한 이후 이곳에서 생산한 수많은 동위원소가 암 치료 등에 사용되고 지난 1월 신의 입자로 불리는 '힉스'의 존재를 검증하는데 일조했다는 사실은 비록 공사장 같아 보이지만 이곳이 세계 최고의 가속기 센터라는 것에 고개를 끄떡이게 했다.

ISAC의 입구에 설치된 커다란 파이프라인 같은 양성자 입사기를 지나자 비교적 넓은 공간이 나타났다. 이곳의 지하 30m 아래에는 무게 4000t,직경 18m 크기의 커다란 I 사이클로트론이 자리하고 있다는 설명을 듣기 전까지는 사이클로트론의 존재를 알 수 없었다.

위, 아래 모두 12개의 전자석으로 구성된 사이클로트론을 이곳 사람들은 이를 '12개 거미팔'이라 부르고, TRIUMF를 상징하는 로고로도 사용, 거미팔에 대한 이들의 자부심을 느낄 수 있었다.

12월을 제외하고 연중 가동 중인 사이클로트론은 직접 볼 수는 없어 아쉬워하자 안내를 맡은 팀 메이어 박사는 손바닥 위에 클립(clip)을 올려놓았다. 그러자 클립이 세로로 곧추서는 마술 같은 일이 벌어졌다.

팀 메이어 박사는 “사이클로트론의 거미 팔에서 발생하는 자기장이 지상에 깔린 7m 두께의 시멘트블록을 뚫고 영향을 미쳐 클립(clip)을 세로로 곧추서게 만든다”고 설명했다.

지구에서 달까지 단 2초 만에 갈 수 있는 빛의 속도 75%로 사이클로트론을 회전하고 표적에 충돌하고서 빔라인으로 빠져오는 방사선 동위원소들은 고성능 질량분석기나 검출기 시스템 등 모두 14개 실험장비에 자신의 존재를 알린다. 이들 장비 중에는 세계최고 성능의 동위원소질량측정기인 'TITAN' 동위원소가 닿으면 재료의 물성이 변하는 'BETA-NHR',감마선검출기인 'TIESSGR' 등 물질구조연구와 우주방사선 특성연구 등 과학분야 연구에 활용되고 있다.

또 암, 뇌질환, 심장질환 등의 조기발견과 예방에 획기적인 진단기기로 불리는 PET(양전자방출단층촬영장치) 등 핵의학분야에도 사용되는 다양한 분야에 희귀동위원소가 활약하고 있다. 핵의학 의료진단에 필요한 방사성 동위원소를 제공하기 위해 세계적으로 사이클로트론의 활용도가 점점 증가하고 있어 TRIUMF가 주목받는 이유 중 하나다.

팀메이어박사는 “ TRIUMF는 저에너지 방사성동위원소를 생성하는 ISAC Ⅰ에 이어 최근에는 고에너지 방사성동위원소를 생성하는 SAC Ⅱ를 완공했다. 또 2015년에는 초전도가속기인 아리엘 (ARIEL)완공, 과학과 의료분야에 동위원소를 폭넓고 다양하게 활용할 계획”이라며 TRIUMF가 세계적인 가속기연구소를 목표로 있음을 밝혔다.

캐나다 밴쿠버=권은남 기자 silver@