지난 5월 2일 미국 미시간주립대 희귀동위원소빔연구소 (에프립·FRIB)가 운영하는 에프립 가속기가 본격 운영을 시작했다. 에프립은 가속한 입자를 탄소 표적에 충돌시켜 동위원소를 만드는 장치다. 동위원소는 원자 번호가 같지만 질량수가 다른 원소를 말한다. 지금껏 보지 못한 희귀동위원소를 찾는 것이 에프립의 목적이다. 희귀동위원소를 통해 우주의 비밀을 풀어낼 수 있을 것으로 기대가 된다. 특히 에프립은 검출기를 바꿔가며 여러 연구팀에서 찾고자 하는 희귀동위원소를 대부분 찾을 수 있다. 핵물리학을 비롯해 모든 분야 과학자들의 꿈을 실현할 장치에 과학계의 시선이 모인다.
에프립 가속기
약 490m 길이의 클립 모양이다. 원형 가속기와 달리 내부에서 입자를 회전시키며 가속할 수는 없지만, 입자를 에너지 손실 없이 고정된 목표물에 충돌시킬 수 있다. 클립의 한쪽 끝에서는 동위원소로 만들 타깃 원자를 발사한다. 통로를 지나며 가속된 타깃 원자는 다른 쪽 끝에 있는 탄소 표적에 충돌해 양성자와 중성자를 일부 잃고 동위원소가 된다.
1.ECR 이온원
이온 빔을 만들기 위해 중성인 원자에서 일부 전자를 떼어내 양이온으로 만드는 장치. 전자가 자기장의 수직 방향으로 운동하는 전자 사이클로트론 공명(ECR) 현상을 이용함.
2.상온 RFQ 가속기
3MeV 이하의 낮은 에너지로 이온원에서 나온 이온 빔을 가속하는 장치. 이온 빔을 1차로 가속해 전하 증식장치로 넘겨 고속으로 가속할 수 있도록 함.
3.전하 증식장치
ECR 이온원에서 양이온이 된 원자에서 다시 한 번 전자를 떼어내 초전도가속의 효율을 높임. 전자를 떼어낼 때 사용된 리튬은 액체 상태로 흐르기 때문에 열에 손상되더라도 이온 빔의 품질을 유지함.
4.1/4 파장 및 1/2 파장 공명기
상온 RFQ 가속기 이후 이온 빔을 추가로 가속하는 장치. 차례대로 1/4 파장 공명기, 1/2파장 공명기가 이온 빔을 점차 가속함.
5.타깃 빔 전달 시스템
가속된 이온 빔이 표적에 정확히 충돌하도록 하는 장치. 장치 끝에 탄소 표적이 있음. 탄소 표적과 충돌한 이온 빔은 양성자와 중성자를 잃어 동위원소가 됨
