미래부, 4세대 방사광가속기 핵심기술 연구기관 공모…3년간 15억원 지원

모듈레이터와 클라이스트론 [사진=미래부 제공]

아주경제 최서윤 기자 = 미래창조과학부는 내년부터 대형가속기 핵심부품을 개발해 상용화하고 ‘가속기 핵심기술개발사업’을 신규로 시행한다고 22일 밝혔다.

가속기 핵심기술개발사업은 4세대 방사광가속기에 적용할 최첨단 나노·펨토초 현상 관측 실험기법을 개발하는 프로젝트다. 방사광가속기는 빛의 속도로 가속한 전자에서 나오는 방사광(햇빛의 1억배 이상)으로 물질의 미세구조·현상을 관찰하는 거대실험장치다. 전 세계 30여 기가 가동되고 있다.

미래부는 가속기 핵심장치인 클라이스트론 상용화와 펨토초 X-선 동역학 실험기법 개발에 각각 연간 연구개발비 5억원을 3년간 지원할 계획이다. 내년 1월 28일까지 주관연구기관을 공모한다.

가속기는 기본입자를 빛의 속도로 가속해 목표물질을 타격하거나 부수적으로 발생하는 빛을 활용, 물질의 구조·현상을 관측하는 첨단 연구장치다. 기초연구에서 생명과학, 의학, 핵공학, 재료공학, 나노산업, 방위산업 등 다양한 분야에 폭넓게 쓰인다.

우리나라는 그동안 방사광가속기, 양성자가속기 등 대형가속기 구축·운영을 통해 상당한 수준의 기술 확보와 부품 국산화를 달성했다. 하지만 일부 핵심부품은 아직 해외수입에 의존하고 있다. 또한 올해 말 미국, 일본에 이어 세계 3번째로 완공되는 최첨단 4세대 방사광가속기를 활용하기 위한 실험기법은 전 세계적으로 개발 초기단계다. 국내 연구자들의 새로운 연구영역 개척을 지원하기 위한 첨단 실험기법 개발이 시급한 상황이다.

미래부는 국내외 수요와 향후 부가가치, 성공 가능성, 수입대체 및 운영비 절감 효과 등이 큰 5개 가속기 핵심장치 관련 기술을 개발해 상용화할 계획이다. 첫해인 내년에는 우선 ‘클라이스트론’ 개발에 착수한다. 클라이스트론은 가속기 핵심장치인 고주파 발생장치로 포스텍은 현재 전량 일본(도시바)에서 수입하고 있다.
 

가속기 [사진=미래부 제공]

기술력 있는 산업체가 주관하고 20여 년간 가속기를 운영해 온 포스텍의 노하우를 활용해 설계, 수리·시험기술 개발, 시제품 제작 및 생산기반 마련 등 클라이스트론을 상용화할 계획이다. 

특히 가격을 해외수입 대비 80% 이하로 낮춰 정부가 지원하는 운영예산을 절감하고 기술개발과 성능 향상을 통해 해외 가속기 시장 진출도 도모할 방침이다. 방사광가속기 교체 수요는 한 해에 10여 기에 달하는데 매년 수입대체 약 30억원, 운영비 약 8억원을 절감할 것으로 예상된다. 

빔진단 장치, 이온용 선형가속관, 초전도 삽입장치 등 가속기 핵심부품 상용화를 확대하면 국내기업의 해외 가속기시장 진출과 파생기술의 타 산업 확산 등 산업적 효과도 클 것으로 기대된다. 가속기 핵심부품 5개 상용화하면 연간 수입대체 약 180억원, 운영비 약67억원 절감이 예상된다. 세계 산업·의료용 가속기 시장은 연간 5조4000억원 규모로 매년 약 10% 성장하고 있다. 

아울러 올해 말 건설을 완료하고 내년부터 시운전에 들어가는 세계 최첨단 4세대 방사광가속기를 폭넓게 활용하기 위해 4세대 가속기에 적용할 ‘펨토초 X-선 동역학 실험기법’을 개발한다. 4세대 방사광원은 기존 3세대 보다 100억배 이상 밝은 빛과 1000분의 1 짧은 펄스로 물질의 미세구조와 현상을 나노․펨토초 단위까지 관측할 수 있으나, 관련 실험기법은 4세대를 보유한 미국과 일본 등이 이제 막 초기단계 측정기법을 개발, 발전시키는 중이다.

이에, 미래부는 물질의 초고속 현상을 분석하는 데 필요한 펨토초 시간분해·이미징·분광 측정기술을 개발해 4세대 방사광가속기를 활용하고자 하는 국내 산학연 연구자들에게 제공할 계획이다.
 

(위)3세대 방사광가속기와 (아래)4세대 방사광가속기 비교. 4세대 방사광가속기는 기존 3세대보다 광원이 100억배 밝아 살아있는 세포의 동적(動的) 현상을 실시간 분석할 수 있다. [그림=미래부 제공]

한편 4세대 방사광가속기는 1년의 시운전과 표준실험 등을 거쳐 내년 말 목표수준의 X-선 자유전자 레이저 빔을 발생할 예정이다. 미래부 관계자는 "2017년부터는 국내 연구자들이 4세대 방사광원을 이용해서 극미세 공간에서 펨토초에 일어나는 세포활동, 단백질 구조변화, 화학촉매 반응 등을 실시간 관찰·측정하는 것이 가능해질 것"이라며 "우리나라가 새로운 과학기술 탐구영역을 선도적으로 개척할 수 있을 전망이다"고 말했다.