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기초과학연구원(IBS) 가족 여러분!

2018년 무술년(戊戌年) 새해가 밝았습니다.

올해는 어느 해보다 새롭게 시작한다는 의미가 크게 느껴집니다.
전민동 KT대덕2연구센터를 비롯하여 여기저기에 임시로 머물렀던 6년의 시간을 뒤로 하고, 엑스포 과학공원 터에 자리 잡은 우리 연구소 건물의 문을 활짝 열게 되었습니다.

여러분들이 땀과 힘을 모아준 덕에 지난해 본원을 무사히 완공하였고, 2주 뒤면 본원 연구단과 행정조직은 이사를 시작합니다.
불가피하게 이곳저곳 흩어져 있던 연구원들이 함께 모여 연구할 것입니다.
소통을 키워드로 설계한 새 공간을 잘 활용해 연구 장비와 실험 시설을 제대로 갖추면, 더욱 뛰어난 아이디어와 연구 성과가 나올 것으로 생각합니다.


우리가 건물을 짓지만, 다시 그 건물이 우리를 짓는다(We shape our buildings, and afterwards our buildings shape us).”
윈스턴 처칠이 1943년,영국 국회의사당을 재건할 것을 약속하며 연설했던 내용입니다.
건물과 사람의 관계를 잘 이야기해주는 구절입니다.
우리가 지은 본원 연구원 역시 앞으로 우리의 연구, 일하는 모습, 관계, 문화에 큰 영향을 미칠 것입니다.

본원 연구원 건물과 공간은 단순한 구조물이 아닙니다.
그렇기에 우리는 앞으로 연구원 건물을 채우고, 꾸미는 일에 힘을 다해야 할 것입니다.
채움은 실험실, 편의시설과 같은 하드웨어 뿐 만 아니라 우수한 연구단, 지원조직과 같은 소프트웨어에도 해당됩니다. 꿈과 땀으로 만든 여러 공간들은 다시금 연구원과 직원들의 비전과 열정을 빚어낼 것입니다.


IBS 가족 여러분!

IBS가 들어선 엑스포 과학공원은 대전이 25년 전 엑스포를 열고 과학도시의 비전을 밝힌 의미 있는 터입니다.
IBS 연구자들과 직원들은 이 역사적인 공간에서 과학의 미래를 펼쳐나간다는 자부심과 함께 책임감을 지녀야 할 것입니다.
당시 엑스포 주제였던 ‘새로운 도약에의 길’은 바로 지금 IBS가 품어야 할 정신입니다.

IBS 설립 후 대통령을 세 번 맞이했고, 담당부처도 세 번 거치는 시간이 흘렀습니다.
그럼에도 기초과학 거점을 만들고 인재를 모으고, 특히 호기심으로 가득한 연구자들에게 무한한 자율성을 보장한다는 철학과 원칙은 흔들리지 않았습니다.
원칙이 실현되도록 힘을 보탠 과학자, 공무원, IBS 임직원 모든 분들께 감사의 말씀을 드립니다.
특히 새 정부와 리더의 과학에 대한 철학이, 불확실성과 겨루는 과학과 과학자를 존중한다는 점에서 우리의 도전을 응원할 것이라 기대합니다.


존경하는 IBS 연구자 여러분!

짧은 기간에 연구단을 성공적으로 구축하고, 뛰어난 연구 성과를 내고 있는 연구단장님들과 각 연구단 연구원들께 새해를 맞아 감사와 격려의 말씀을 드립니다.
IBS가 지난 6년 동안 세계의 주목을 받으며 성장한 것은 우리 연구원들의 헌신이 없었다면 불가능했을 것입니다.

국제 학술지 네이처는 지난해 ‘과학도시(Science Cities)’특집기사에서 IBS를 커버스토리로 다루었습니다.
IBS가 한국 연구정책의 방향이 경제성장에서 기초과학으로 전환하는 것을 보여주는 상징적인 기관이며, IBS 발전으로 기초과학의 중심이 서울에서 대전으로 이동하고 있다는 내용을 담고 있습니다.
한 마디로 대한민국 과학의 지형을 만들어가고 있다는 평가입니다. 앞으로도 IBS가 한국 기초과학 발전을 주도하는 연구기관이 되도록 연구원들을 아낌없이 지원하겠습니다.


지난 해 IBS는 9개 연구단을 대상으로 첫 연구단 성과평가를 실시하였습니다.
해외석학 37명을 포함하여 평가위원 66명이 참여하였으며 서면평가, 현장방문평가, 종합평가 등 3단계에 걸쳐 총 8개월간의 평가를 진행하였습니다.

기초과학 연구에 대해 질적평가를 처음으로 시도했다는 점은 매우 뜻깊습니다.
IBS가 시도한 동료평가(Peer-Review) 방식은 우리나라 평가 문화를 양에서 질로 전환하는 초석이 될 것입니다.
무엇보다 석학들로부터 9개 연구단 모두 세계적 수준에 있음을 인정받은 사실은 고무적입니다. 일부 연구단은 세계적 연구그룹 보다 앞선다는 평을 받기도 했습니다.

다만 앞으로 IBS가 추구하는 집단연구를 더 활성화하고 연구단의 연구 그룹 간 협력의 수준을 높여야 한다는 숙제도 안게 되었습니다.
여성과학자를 키우는 일도 미룰 수 없는 과제입니다.


사랑하는 IBS 가족 여러분!

IBS는 2013년~2017년 5개년 계획에서 목표로 내세웠던‘국가 기초과학 거점 조성’은 국내외에서 인정할 만큼 성공적으로 달성하였습니다.
연구 영향력은 지속적으로 확대되고 있으며, 기초과학 리더로서 역할도 커지고 있습니다.

예컨대 지난 2012~2017년의 인용영향력(1.81), 피인용상위 1% 논문 비율(4.7%), 피인용 상위 10% 논문 비율(22.09%) 등은 세계적 연구기관인 독일 막스플랑크 협회, 일본 이화학 연구소, 이스라엘 와이즈만 연구소 보다 우수합니다.
단장님들이 세계적 과학상을 수상하거나 저명한 국제학술단체 회원으로 선정된 사례는 일일이 나열하기 어려울 정도입니다.

영 사이언티스트 펠로십(YSF)으로 젊은 연구자들에게 독립적인 연구기회를 부여했고, 세계적 석학들과 국내 연구자들이 함께 지식을 교류하는‘IBS 콘퍼런스’시리즈로 연구커뮤니티 발전에도 기여하였습니다.


이제 우리는 2018년부터 5년을 이어갈 새 계획을 세우게 됩니다.
다음 5년간의 목표는 세계적 연구기관으로 자리 잡는 것입니다.
이를 바탕으로 2023년 이후 IBS는 세계 기초과학 패러다임을 주도할 수 있는 역량을 갖출 것입니다.
저는 우선 집단연구 체제를 더 튼튼히 하여 ‘팀 사이언스’의 진수를 보여주고자 합니다.
IBS라서 할 수 있는 모험과 그에 따르는 뜻밖의 성과는 점점 뚜렷해 질 것입니다.
또 본원을 중심으로 연구단을 확대할 것이며, 연구단 형태를 다양화하여 잠재력 있는 젊은 과학자들이 마음껏 기량을 펼칠 수 있는 제도를 실현할 것입니다.

이를 위해 과감한 질문을 던지고, 위험한 모험에 나서고, 지식의 경계와 한계를 허물 수 있는 탐험가들을 초대하고자 합니다.
연구원의 개방성유동성도 꾸준히 높일 것입니다. 인재들이 끊임없이 연구원에 흘러들고, 성장하여, 확산할 수 있도록 하여, 국가 기초과학 생태계를 크게 키우고자 합니다.

우리나라 기초과학 투자에서 그 규모가 역사상 초유라 할 중이온 가속기 건설구축 사업은 이제 장치R&D 단계를 지나 본격적인 장치구축 단계에 들어갔습니다.
얼마 전 산소중이온빔 초전도가속시험에서도 좋은 성과가 나왔습니다.
기초과학에 크게 투자한 국민과 정부의 기대에 부응하고 과학의 진보와 인류 삶에 공헌하도록, 최선을 다해 최고의 장치와 시설을 구축해야 할 것입니다.
가속기를 잘 활용할 수 있는 연구자 그룹을 키우는 데도 노력을 기울 것입니다.

IBS 연구단을 운영하는 데도 역시 큰 국가예산이 들어갑니다.
그만큼 IBS 연구자와 모든 직원들은 늘 사명감을 안고, 최고를 넘어서고자 노력해야합니다.
저 역시 도전과 책임의 최전선에 항상 서 있겠습니다.


IBS 가족 여러분!

2018년은 새로 마련한 본원 연구원을 거점으로 삼아 IBS가 세계적 연구기관으로서의 비전을 선포하는 첫 해가 될 것입니다.
가슴 벅찬 희망과 뜨거운 소망을 경영진과 직원, 또는 연구자와 행정·기술 인력 모두가 함께 나눈다면 IBS는 여러분의 멋진 일터가 될 것입니다.
올 한해 어떤 한계든 뛰어넘는 큰 도약을 이루어봅시다. 마지막으로, 새해 여러분의 건강과 행운을 빌겠습니다.

감사합니다.


2018년 1월 2일

기초과학연구원장
김   두   철


김두철 기초과학연구원장



posted by 글쓴이 과학이야기

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한국원자력연구원 양성자기반공학기술개발사업단이 8년 여의 연구 끝에 대용량 선형 양성자가속기(100MeV, 20mA) 개발에 성공했습니다.

선형 양성자가속기 구성



이는 미국과 일본에 이어 세계 3번째로 대용량 가속기 기술개발에 성공한 것으로, 우리나라는 양성자 가속기 기술 선진국으로 도약할 수 있는 역량을 보유하게 됐습니다.

이에 따라 우리나라는 최근 경쟁적으로 양성자가속기 사업을 추진하고 있는 EU나 중국, 인도 등으로부터 기술 제공 요청 등 다양한 분야에서 국제 협력을 제안 받고 있습니다.

 이번에 개발된 가속기는 현재 원자력연구원 내에서 가동 중인 20MeV가속기를 연결해 2012년 경주 양성자가속기연구센터 건설됩니다.

개발 완료된 100MeV

경주 양성자가속기연구센터는 방사성폐기물처분시설 유치지역 선정과 연계되어 추진되는 정부-지자체 공동사업으로 약 3000억원이 투입돼 2012년에 완공될 예정입니다.


 이 가속기가 운영되면 초당 10경(京, 만 조)개 이상의 양성자를 가속해, 다양한 분야의 이용자들에게 대량으로 동시 공급할 수 있게 됩니다.

대표적 이용분야로는 IT분야의 고효율 전력 반도체, 고성능 반도체 소재(웨이퍼) 제조기술, BT분야의 식물 돌연변이 유발기술, 생분해성 플라스틱 생산기술, ST분야의 우주 부품 내방사선(耐放射線) 시험기술, 의료분야의 양성자 암치료 연구, 의료용 동위원소 생산기술 등이 있습니다.

이번 가속기 개발을 통해 원천기술을 확보함으로써 양성자와 중성자를 이용한 21세기 아(亞)원자시대의 연구개발 활성화와 함께 우리나라 가속기 기술의 자립화, 선진화를 앞당기는데 기여할 것으로 기대되고 있습니다.

한편 현재 한국원자력연구원에서 운영 중인 20MeV 양성자가속기는 지난 2007년부터 3년간 시험운전을 통해 약 900건의 빔을 제공하여 양성자가속기를 활용한 연구에 기여했습니다.

현재 운영 중인 20 MeV 양성자가속기

 

국내 가속기 구축 현황 

구 분

장치개요

활 용

추진주체

사업기간

예산

(국비/기타)

비 고

양성자가속기

(선형)

가속한 양성자를 물질에 조사함으로써 물질 변화 또는 중성자 생산

가속입자:양성자(수소원자에서 전자를 제거한 이온) (100MeV)

물질을 변화시키거나,

중성자 생산

(의료용, 산업용 동위원소 생산, 전력반도체 제조)

한국원자력

연구원

(양성자기반공학기술개발사업단)

‘02~’12

3,074억원

(1,763/1,311)

건설 중

방사광

가속기

3세대

(원형)

전자를 가속한 후, 방향을 바꿀 때 발생하는 방사광 이용

가속입자 : 전자 (3.0GeV)

물질의 정적 구조 분석

(생명, 재료, 화학, 물리, 기계, 반도체, 응용과학분야)

포항가속기

연구소

‘91~’94

1,500억원

(569/904)

운영 중

(2.5GeV)

성능향상

‘09~’11

1,000억원

(1,000/-)

성능향상 중

(3.0GeV)

4세대

(선형)

◦가속된 전자빔을 삽입장치로 통과시 진행방향이 휠 때 방출되는 X-선 레이저 이용

1천조분의 1초 광원 발생

3세대에 비해 100억배 밝기

가속입자:전자 (10GeV)

물질의 동적현상 실시간 관측, 3차원 분석

(생명공학, 신약,

신물질 개발 등)

교육과학

기술부

‘11~’14

4,260억원

(4,000/260)

 

건설 예정

중이온가속기

(선형)

양성자보다 무거운 헬륨, 탄소, 우라늄이온 등을 물질에 조사

가속입자:중성자․양성자, 우라늄 등 (200Mev/n)

핵물리 등 기초연구 활용

(중이온 암치료, 신물질, 신품종 개발)

과학비즈

니스벨트

구축 진행

4,600억원

(4,600/-)

개념

설계 중

중입자가속기

(원형)

(수익운영사업)

탄소 등 무거운 원소의 원자를 가속시켜 암세포에 쏘이는 장치

가속입자:탄소핵 (400MeV)

의학분야 활용

(중입자 암치료, 의학연구)

동남권의학원

‘10~’16

1,950억원

(700/1,250)

건설 중



 용  어  설  명

MeV(Mega electron Volt)
: 양성자의 에너지 단위. 1전자볼트는 1볼트의 전압이 걸려 있는 금속판 사이를 지나면서 양성자가 얻는 에너지. 1MeV의 에너지로 가속시키기 위해서는 약 67만개의 1.5볼트 건전지를 직렬로 연결하고 금속판에 연결하면 가능함. 100MeV양성자는 초속 약 13만km의 속도로 날아간다.

mA((mili Ampere)
: 몇 개의 양성자를 가속시키는지를 나타내는 단위로 에너지와 함께 가속기의 성능을 나타냄. 20mA 양성자 빔은 초당 약 120,000조 개의 양성자를 가속하는 것을 말함.

대용량 양성자 가속기
: 빔 전류 10mA 이상의 대용량으로, 현재 미국 오크릿지국립연구소(ORNL; Oak Ridge National Laboratory)와, 일본 원자력연구기구(JAEA; Japan Atomic Energy Agency)에서 개발 운영 중

아(亞)원자(subatomic) 시대
: 21세기 원자수준의 연구 개발을 위하여 원자를 구성하는 양성자, 중성자, 전자, 광자를 관찰과 조작의 도구로 사용

posted by 글쓴이 과학이야기

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'ECR 이온원'은 강한 자장 속에 플라즈마를 가두고 고주파 전자공명 현상을 통해 전자들을 집중 가열함으로써 전자의 온도를 수십 keV (수억 도) 이상으로 높여 원자를 '다가이온'으로 만든 뒤 이를 선별적으로 추출해서 가속기에 공급해주는 장치입니다.

이는 가속기의 규모를 크게 늘리지 않고도 가속 에너지를 획기적으로 높일 수 있기 때문에 중이온 가속기의 성능을 좌우하는 핵심 부품 중 하나입니다.

전자공명 이온원의 원리



한국원자력연구원은 중입자 가속기와 중이온 가속기에 필수적인 중이온 다가이온 빔을 발생시킬 수 있는 '마이크로파 전자 공명(ECR; Electron cyclotron resonance) 이온원'을 개발하고 다가이온 빔을 인출하는 데 성공했습니다.

원자력연구원이 개발한 14.5 GHz 전자공명 이온원 본체 구성도



부산 기장에 건설될 의료용 중입자 가속기는 물론 국제과학비즈니스벨트의 핵심 연구시설이 될 중이온 가속기 구축에도 직접 적용될 수 있는 핵심 원천기술을 확보한 것입니다.

오병훈 박사

한국원자력연구원 핵융합공학기술개발부 오병훈 박사팀은 교육과학기술부 원자력연구개발사업의 지원으로 지난 2007년부터 4년간 18억 원을 들여 수행한 '초전도 사이클로트론용 ECR 이온원 개발' 과제를 통해 'ECR 이온원'을 자체 설계와 제작을 통해 개발하고 성능 검증을 마쳤습니다.


오병훈 박사팀은 '차세대 초전도 핵융합연구장치(KSTAR)'의 플라즈마 가열을 위한 '중성입자빔 가열장치' 및 '고주파 가열장치' 개발을 통해 축적한 기술력을 바탕으로, 통상적인 '방전 플라즈마'를 통해서는 얻어낼 수 없는 다가이온 빔을 높은 전류로 만들어낼 수 있는 'ECR 이온원'을 순수 국내 기술로 개발한 것입니다.

'ECR 이온원'은 2015년 완성을 목표로 한국원자력의학원을 중심으로 순수 국내 기술로 개발 중인 의료용 초전도 중입자 가속기의 핵심 부품이며, 향후 국제과학비즈니스벨트에 들어설 중이온 가속기 구축에도 직접 활용될 것으로 기대됩니다.

특히 외국에서 개발한 동일 기종보다 더 강력한 자장 구조를 만들어 내기 위해 전자석과 영구자석 등 복잡한 자석들의 구조를 최적화해 배치, 다가이온 발생 영역을 효과적으로 제어할 수 있는 자장 구조를 구현했습니다.

이를 위해 특수 플라즈마 용기를 이용해서 높은 효율로 플라즈마를 만들어내고, 14.5㎓의 마이크로파를 주입해서 공명 현상에 의한 전자가열로 원자의 외곽에 있는 전자 뿐 아니라 원자의 내각에 위치한 전자들까지 궤도에서 떨어져 나간 상태의 다가이온을 생성시켜 20~30 keV의 고전압을 걸어 다가이온 빔을 인출하고, 이 중 필요로 하는 다가이온만 선택적으로 골라내서 가속부에 전달할 수 있도록 하는 'ECR 이온원'을 설계 제작하고 실험을 통해 이를 검증했습니다.

헬륨 가스에 의한 다가이온빔 인출 및 질량분석 결과



완성된 'ECR 이온원'은 의료용 중입자 가속기가 요구하는 C+6 이온(탄소 원자 한 개에서 전자가 6개 떨어져 나온 다가이온)의 인출을 최대 20㎂까지 인출할 수 있도록 장치를 안정화한 뒤 중입자 가속기에 적용할 계획입니다.

이번 'ECR 이온원' 개발을 통해 확보한 기술은 중이온 가속기의 이온원을 설계 제작하는 데 직접 적용 가능할 뿐 아니라, 반도체 생산 공정과 나노 공정 등 다양한 분야에 활용이 가능합니다.

이번에 개발한 'ECR 이온원'은 중이온 가속기가 최종적으로 요구하는 성능과는 아직 거리가 있지만 일부 실험이 가능한 수의 우라늄 다가이온을 충분히 만들어낼 수 있는 성능을 갖춰, 초기 중이온 가속기 실험에는 직접 투입될 수 있을 것으로 보입니다.


원자력연의14.5 GHz 전자공명 이온원 본체 전경




 용  어  설  명 

중성입자빔 가열장치, 고주파 가열장치 : 토카막의 플라즈마를 핵융합이 가능한 초고온(1억도 이상)으로 가열하기 위한 중성입자빔 또는 고주파를 플라즈마에 입사시켜 플라즈마 내의 전자 또는 이온의 온도를 높이는 장치

중이온 가속기 : 수소에서 우라늄까지 다양한 원소들을 높은 에너지로 가속시켜 다른 원자의 핵에 충돌시키는 과정 등을 통해 원자 이하 크기인 펨토 미터(1천 조 분의 1 미터) 세계를 연구하는 거대 과학 장비. 원자핵이나 소립자(물질의 가장 작은 단위)를 관찰하거나 새로운 입자를 만들어낼 수 있음

중입자 가속기 : 중이온 가속기의 일종으로, 탄소 이온을 빛의 속도의 70%로 가속한 뒤 환자의 몸 속으로 보내 암세포를 파괴하는 첨단 의료 장비. 주변 세포나 조직의 손상을 최소화하고 암세포와 같은 특정 세포만 선택적으로 사멸시킬 수 있어 꿈의 암 치료기로 불림

다가이온(multi-charged ion) : 전자가 2개 이상 떨어져 나간 이온 상태. 같은 이온이라도 전자를 더 많이 떼어낸 것이 더 강한 +극을 띠므로 낮은 전압에도 더 빨리 가속이 된다. 높은 수의 다가이온을 만들어내기 위해서는 높은 온도의 전자들이 필요함

posted by 글쓴이 과학이야기

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