괗과학비지니스벨트 중이온가속기 (가칭) KoRIA 프로젝트 채종서 성균관대학교.

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1 괗과학비지니스벨트 중이온가속기 (가칭) KoRIA 프로젝트 채종서 성균관대학교

2 1. 외국의 중이온(RI)가속기 현황 2. 한국의 현황 3. 과학비지니스벨트의 중이온가속기 KoRIA? 애니메이션 삽입

3 1. 외국의 중이온(RI)가속기 현황 현재 2001년부터 전세계는 불안정 원소의 가속으로 추구하고 있음 (아래 지도 참조)
현재 2001년부터 전세계는 불안정 원소의 가속으로 추구하고 있음  (아래 지도 참조) 새로운 불안정 원소의 가속을 위하여 새로운 가속기를 건설하거나 기존의 가속기를 개조하고 있는 중 검은색은 건설 완성한 연구소, 붉은색은 건설 중 혹은 추진 중 인 연구소

4 1-1. ISAC II ( TRIUMF, 캐나다) ISAC I 1998년에 완성하여 실험중
                                                                                            1                                                                                             1-1. ISAC II ( TRIUMF, 캐나다)     500 MeV 100uA source    ISAC I  1998년에 완성하여 실험중    현재 ISAC II 구축중 (2010 완성 목표)

5 1-2. RIBF ( RIKEN 일본) 기존의 RRC 사이클로트론에 fRC, RRC SRC(Superconducting Ring Cyclotron)의 3 가지 형태의 사이클로트론을 source로 사용 기존의 RRC k=540, fRC k=520, IRC k=980, SRC k=2500 우라늄 이온에 대하여 350 MeV/n 2007년 3월에 처음 빔 인출 실험 완성 현재 빔 테스트 실험 계속중, 실험시설 확충 중 그럼에도 2008년 가동률 61%

6 3. International Accelerator Facility (GSI, 독일)
Universal Linear Accelerator (UNILAC), the heavy (Schwer) Ion Synchrotron SIS18, FRagment Separator (FRS) Experimental Storage Ring (ESR). UNILAC/SIS18 (입사가속기) superconducting synchrotrons SIS100 (100Tm) SIS200 (200 Tm 둘레 1100 m) High Energy Storage Ring (HESR), Collector ring (CR) New Experiment Storage Ring (NESR) Superconducting FRagment Separator (Super-FRS).

7 4. SPIRAL 2 at GANIL 기존의 2 대 쌍둥이 가속기에 새로운 시설을 추가
구동가속기 5 mA D+ to 20 MeV/u에서 14.5 MeV/u (1 mA of A/q = 3 ions) 30 개의 공진기 (resonators , β = 0.07, 88 MHz quarter-wave) 3 개의 공진기 (β = 0.14, 166 MHz half-wave )resonators. ECR sources. 등

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9 5. RIA (미국) 미국은 중이온 (불안정원소)가속기의 세계적 선점을 위하여 아래와 같은 시설의 RIA 프로젝트를 추진하였으나 예산등의 문제로 규모를 반으로 줄인 프로젝트를 기획중에 있음 현재 ANL과 MSU가 경합중임

10 5-1 Argonne에서 추진중인 프로젝트(Advanced Exotic Beam Laboratory)
(1) 초전도 선형가속기 (400-kW, 200-MeV/u superconducting linac driver accelerator) (2) 기존의 ATLAS로 exotic beams 재 가속

11 5-2 ISF(Isotope Science Facility) 동위원소과학시설
                                                                                                                         고출력 초전도 중이온 선형가속기 (200 MeV/n, beam출력 400 kW) • fragment-separator 포함된 in-flight production target  •  fragment analyze포함 high-power ISOL target • 고속빔연구시설 • 고선속단수명동위원소빔 인출 시설, 고효율 개스 stopper • 100 keV 미만의 저에너지실험시설 • 12 MeV/n 후단 가속기

12 1. 외국의 중이온(RI) 가속기 현황? 2. 한국의 현황 3. 그런데 우리나라는? 애니메이션 삽입

13 국내 연구용 가속기 현황 중이온가속기 연구시설 없음! 포항공대, 포항 방사광가속기 원자력의학원 사이클로트론
2.5 GeV 전자가속기 및 저장링 (방사광원) 1995년 국내 개발 완공, 운영 중 물질구조 분석용 원자력의학원 사이클로트론 50 MeV 소전류 (60 uA) 사이클로트론 (양성자, 중양자, He-3, He-4) 1986년 도입, 운영 중 기초과학 전용 (200여명 치료) 자원연구소,서울대공동기기원,KIST 1 ~ 6 MeV 정전형 가속기 물질분석 및 연구 양성자기반공학기술개발사업단, 경주 양성자가속기 중 에너지 (100 MeV) 대전류 (20 mA) 양성자 선형가속기 2012년 국내 개발 완공, 예정 재료, 나노, 생명, 우주, 의료 등 원천기술 개발 및 생산용 운영 중인 소형 가속기 사이클로트론 : 저에너지(3~50MeV) 소전류(0.1mA이하); 20여기(4기 국내개발) 의료용 동위원소 생산 (양성자, 한국원자력의학원, 한국원자력연구원(정읍) 양성자 치료 가속기 (230 MeV) 소형 의료용, 산업용 전자가속기 제외 중이온가속기 연구시설 없음!

14 중이온 가속기 관련 정책과제 수행 현황 정책과제명 과제책임자 날짜 과제내용 중입자가속기 개발에 관한 타당성 연구 2003. 8
최 병 호 (한국원자력연구소) 중입자 가속기의 국내외동향 및 추진 타당성을 위한 추진 사업의 내용 분석 국립핵과학연구소설립계획(안) 이 춘 식 (중앙대학교) 세계적인 수준의 가속기와 핵심시설을 기반으로 하는 미래 핵과학연구소 설립 안 국가 핵과학 연구체계 구축에 관한 연구 민 동 필 (서울대학교) 국가 핵과학 연구체계를 위한 기초 및 응용 연구의 중심역할을 할 연구소 건립 제안 중입자 가속기의 사전 기획 조사연구 김 만 원 (한국과학기술원) 중입자 가속기 연구 기반 구축 사업 기획을 수립하여 사업추진의 효율성과 일관성을 높이는 기술체계와 활용성 및 파급효과를 제시 의룡용중입자가속기 개발 타당성 조사연구 김 일 한 중입자치료와 양성자 치료의 비교 분석 및 중입자 가속기 개발 필요성 및 타당성 사전 조사 연구

15 3. 과학비지니스벨트의 중이온가속기 KoRIA?
2. 한국의 현황 3. 과학비지니스벨트의 중이온가속기 KoRIA? 애니메이션 삽입

16 중이온 가속기와 기초과학 연구 기초과학의 필요성 기초과학 대형인프라 부재 다목적 인프라 국제적 리더십을 갖춘 인력 양성
21세기 지식기반 세계화의 무한경쟁에서 국가 경쟁력 확보를 위한 기초과학선진입국 필요성 연구의 질적 향상 필요 : 지금의 응용기술로는 3만불 시대 진입이 불가능 기초과학 대형인프라 부재 산업-기술-응용과학에 중점을 둔 선택과 집중 전략에 의해 양적 측면에서 비약적 발전을 이루었다. 그러나 그동안 방치되어왔던 기초과학의 정부지원을 늘리고 대형 인프라 구축해야 할 시점 다목적 인프라 중이온 가속기 시설은 다양한 연구 프론티어 개척용 시설 - 다양한 원소빔 : 수소 빔에서 우라늄 빔까지 가능 - 다목적 이용 : 우주 물질의 기원 탐구, 새로운 원소의 탐색, 물성, 재료, 의료(진단, 치료), 생명, 농학, 환경, 안보 국방 등 다양하고 광범위한 연구 가능 국제적 리더십을 갖춘 인력 양성 - 박사 학위 후 신진 과학자들의 leadership 훈련 시설 필요 - 대형 국제 공동 실험을 준비하기 위한 국내 홈베이스

17 국제과학비즈니스벨트 중이온가속기 시설도(안)

18 Materials Research Hall
국제과학비즈니스벨트 중이온가속기 시설 평면도(안) High Energy Physics Research Heavy Ion Therapy P ~ U 400MeV/n C12 Nuclear Physics Superconducting LINAC 200MV/u U ISOL Target Driver LINAC 200MV Post-LINAC Materials Research Hall RI beam Research

19 중이온가속기 (연구용, 의학용 복합형) 가속기 구성 및 크기 특성 이용 분야 가속기 제원
가속 이온; 수소(H) – 우라늄(U) 이온 초전도 선형가속기 빔 에너지; 200 MeV/n 싱크로트론 가속기 빔에너지; 400 MeV/n (C이온 기준) 빔 전류; 수소(H)이온 4 mA(CW) 우라늄(U)이온 2 puA (CW) 가속기 구성 및 크기 선형가속기 ; 이온원+RFQ+초전도 LINAC(200MV, 길이 70m) 부 가속기; 싱크로트론(1)(400MeV/n, 직경 50m) RI Beam 시설 및 후단 가속기 특성 아시아권의 선도 중이온가속기 – 세계 최다 빔 선속수 기초과학+의학용 겸용시설 입사기 빔; 저 에너지 실험 싱크로트론 가속빔; 암치료, 중에너지 실험 선형가속기가속빔; 방사성 이온빔 실험 이용 분야 핵구조 및 희귀원소 생성 연구 원소의 생성 및 우주의 진화과정 탐구 중이온 암치료 생명과학, 나노재료, 첨단전자재료, 항공우주 이용

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21 국제과학비즈니스벨트 중이온가속기 시설 예산(안)
1. 건설 비용 (추정) 4,600 억 원 가속기 및 치료기 3,500 억 원 검출기 및 실험 시설 1,100 억 원 2. 건설 기간 및 방법 개념설계 1년 (2009) 상세설계 및 R&D 1년 (2010) 장치제작 시험 3년 ( ) 설치 및 시험 2년 ( ) 건설 공사(가속기개발과 병행) 3년 ( ) 3. 이용자 수 (운영 초기 추정) 핵과학 분야 200명/년 의료 및 생명과학 분야(환자수) 500명/년 기타분야 (전자, 재료, 반도체, 우주과학 등) 300명/년 4. 운영인력 및 운영비 운영 인력 약 80 명 운영비 약 150 억 원/년

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23 중이온가속기는 국민의 건강을 지키고 기초과학연구 및 국가 기술력 향상에 필수적인 다목적 기반시설입니다.