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Facility
 

Holidield Radioactive Ion Beam Facility (Oak Ridge National Laboratory)

2012년 현재 가동되고있는 방사성 동위원소 중이온가속기에는 Michigan State University의 National Super-conducting Cyclotron Laboratory(NSCL), Oak Ridge National Laboratory의 Holifield Radioactive Ion Beam Facility(HRIBF, 이상 미국), TRIUMF(캐나다), Grand Accélérateur National d'Ions Lourds(GANIL, 프랑스), GSI(독일), 이화학연구소(RIKEN, 일본) 등이 있다. 이들 가속기는 중이온의 가속 방식에 따라, 크게 Isotope Separation On-Line(ISOL) 방식과 In-Flight Fragmentation(IFF) 방식으로 나뉜다.

미국 Tennessee 주의 Oak Ridge National Laboratory 내에 위치한 HRIBF의 경우, ISOL 방식을 이용해 방사성 동위원소 빔을 생성하고 가속한다. 1차로 Oak Ridge Isochronous Cyclotron(ORIC)에서 가벼운 이온을(p, d, 3He) 가속하여 target ion souce에 위치한 표적에 입사시키는데, 그 결과로 방사성 동위원소들이 생성된다. 생성된 동위원소들은 이온화의 과정을 거쳐서 25 MV tandem 가속기에서 실험에 필요한 빔의 에너지를 갖도록 다시 한번 가속된다. 그림 1에 HRIBF에서 방사성 동위원소 빔의 생성과 가속 과정을 보여주는 그림을 개념적으로 보였다.

 

그림 1. HRIBF에서 방사성 동위원소 빔의 생성과 가속 과정을 보여주는 개념도.
출처: http://www.phy.ornl.gov/hribf/accelerators/

 

한국형 중이온가속기 라온 (RAON)

2021년 완공 예정인 한국형 중이온가속기 라온은 방사성 중이온 빔을 만드는 두 가지 방법인 ISOL 방식과 In-Flight Fragmentation 방식을 복합적으로 사용하여, 지금까지 지구상에서 생성해보지 못했던 희귀 동위원소 빔을 이용한 핵물리 실험이 가능하게 할 것이다. 대전광역시 신동지구에 들어서게 될 국내 최초의 중이온가속기 라온에서는 70 MeV, 0.75 mA의 상업용 사이클로트론, 초전도 가속관, high-power IFF 표적 등이 설치되어 완공과 동시에 세계적 수준의 중이온가속기 시설이 될 것으로 기대하고 있다.

본 연구실에서는 라온의 건설을 담당하고 있는 Rare Isotope Science Project(RISP)에 적극적으로 참여하여 2012년 gas jet target의 상세설계, 2013년 fast ionization chamber의 제작과[1, 2] Multi-Wire Proportional Chamber(MWPC)의 상세설계를 수행하였으며, 앞으로도 RISP와의 공동연구를 통해 라온에서 사용할 다양한 검출 시스템을 개발할 계획 중이다.

 

그림 2. 한국형 중이온가속기 라온의 조감도. (RISP 제공)

 

KOrea Broad acceptance Recoil spectrometer and Apparatus (KOBRA)

라온에서 저에너지 핵물리 기초실험은 주로 KOBRA 빔 라인에서 이루어지게 된다. KOBRA 시설 안에서 IF 방식을 이용하여 방사성 빔을 생성하고 불순물을 거르는 용도로 사용될 stage 1과 스펙트로미터의 역할을 담당하게 될 stage 2를 결합하여, 라온에서 생성된 다양한 종류의 방사성 동위원소빔으로 핵천체물리를 비롯한 저에너지 핵물리 실험들이 수행될 것이다.

본 연구실에서는 2012년부터 KOBRA에서 사용할 표적, 검출 시스템, 빔 추적 시스템 등의 장비에 관한 상세설계와 시작품 제작 등을 담당하여 supersonic gas jet target, fast IC, 그리고 MWPC 등에 관한 연구를 진행하였다.

 

참고 문헌

[1] K.Y. Chae et al., Nucl. Instrum. Methods A 751, 6 (2014).
[2] K.Y. Chae et al., J. Korean Phys. Soc. 64, 516 (2014).