고에너지 레이저 시설 국내 과학미래 밝힌다

원자력연, 태양 중심부의 4배밀도 구현 플라즈마 등 첨단기초연구 가속화 기여

▲ 한국원자력연구원이 구축한 국내 최대 규모 고에너지 레이저시설 전경.

태양 중심부보다 4배에 가까운 고에너지밀도를 가진 플라즈마 실험을 수행할 수 있는 레이저 시설이 국내에 마련됐다.

우주의 초신성 폭발 또는 태양 중심부와 같은 초고온·고압·고밀도의 극한상태에 관한 연구가 국내에서 가능해졌음을 의미한다.

한국원자력연구원은 임창환 양자광학연구부 박사팀을 중심으로 1킬로주울(KJ)의 광자 에너지를 발현하는 고에너지 레이저 시설 구축을 완료하고, 본격 운영에 들어간다고 20일 밝혔다.

이는 교육과학기술부 원자력연구기반확충사업의 일환으로 지난 3년간 36억원을 투입해 구축됐다.

광자 에너지량 기준 세계 10위권, 국내 최대 규모의 고에너지 레이저 시설로, 태양 중심부 밀도의 4배에 이르는 600g/cc의 고에너지밀도 환경 구현이 가능하다.

고에너지밀도 과학 및 양자광학 분야에서 다양한 첨단연구가 가능하도록 나노초(1/10억 초)와 피코초(1/100억 초) 영역에서 발진하는 혼합형의 레이저 발진기를 각각의 빔 라인은 250J의 레이저 빔을 발생하며, 이를 3차원으로 조합하기 위한 지름 1m의 구형 반응 챔버도 설치됐다.

거대 혹성 또는 별 내부에서 발생하는 고에너지 밀도 상태를 실험실에서 재현하는 한편, 태양 내부 도는 초신성 폭발같은 우주현상 재현 및 규명 연구에도 활용할 수 있다.

또 다이아몬드와 같은 초고온·고압 상태에서 형성되는 희귀광물의 생성과정 규명에도 기여할 것으로 기대된다.

▲ 4개의 레이저 빔을 3차원으로 조합할 수 있는 구형 반응 챔버 모습.

실험실 우주물리와 레이저 입자 가속, 플라즈마의 불안정성 및 상태방정식 등 차세대 유망 분야로 꼽히는 고에너지밀도 과학 연구를 활성화하고 플라즈마 기초 분야를 세계적인 수준으로 끌어올리는데 기여할 것으로 보인다.

레이저 핵융합 효율을 높일 수 있는 고속점화 연구와 고준위 방사성 폐기물의 핵종변환, 반도체 리소그래피용 극자외선 광원 개발, 레이저 단조 등 다양한 기초연구 및 산업 분야에 활용함으로써, 국가 필수 연구시설로 자리매김할 전망이다.

사전 조사 결과 30여개 기업 및 기관이 이 시설에 관심을 보임에 따라, 향후 산·학·연 이용자 프로그램을 운영할 계획이다.

임창환 양자광학연구부 박사는 “레이저 플라즈마에서 발생하는 중성자와 고에너지 전자, 이온 등 새로운 양자빔 발생과 함께 X-선 영상, 우주 추진체, 신물질 제조, 레이저 핵융합 등 다양한 분야의 첨단 연구를 가속화할 것”이라고 말했다./이희택 기자 [e-mail]