미래창조과학부(장관 최양희)는 우리나라의 미래 첨단과학을 선도할 최첨단 4세대 방사광가속기¹⁾를 미국, 일본에 이어 세계에서 세 번째로 완공하여 종합 시운전을 시작했다고 4월 18일 밝혔다.

1) 방사광가속기: 빛의 속도로 가속한 전자에서 나오는 밝은 빛(방사광)으로 물질의 미세구조/현상을 관찰하는 거대 실험장치(전 세계 30여기 가동)

미래부는 포항공대(총장 김도연)와 함께 총사업비 4,298억 원(국고 4,038억 원, 지자체 260억 원) 규모의 4세대 방사광가속기²⁾ 구축사업을 2011년 4월에 시작해 지난해 말 건설을 완료했다. 

2) EU 4세대 방사광가속기(2009년 ~ 2016년) 보다 짧은 기간에 구축 완료

지난해 10월부터 설치된 세부장치를 테스트해 왔으며, 방사선발생장치 사용허가(4.12)에 따라 4월 14일 전자총³⁾ 시운전을 시작해 불과 2일 만에 설계 성능인 6 MeV 전자빔⁴⁾ 발생에 성공했다. 

3) 전자총: 전자 발생/공급 장치(6MeV:1.5V건전지 400만개 에너지, 국내 최대파워)
4) 이 전자빔(전자 다발)들은 가속관에서 10 GeV의 에너지로 가속되어, 삽입장치에서 사행운동을 하면서 X-선 자유전자레이저 빔(4세대 광원)을 생성

특히 국내기술로 설계·제작한 전자총(설계·제작: 포항공대, 부품 가공: 나노테크)으로 시운전 첫 단계에 성공해 더욱 의미가 크다. 4세대 방사광가속기 건설에는 300여 국내 기업이 참여해 핵심장치의 약 70%를 국산화했다.  

4세대 방사광가속기는 기존 3세대⁵⁾ 보다 100억배 밝고, 1/1,000 짧은 시간분해능으로 물질의 미세구조와 현상을 펨토초 시간 단위까지 관측할 수 있는 세계 최첨단 연구 장치다. 

5) 3세대: 태양빛의 1억 배/피코초 관측, 4세대 : 태양빛의 100경(京)배/펨초토 관측

단분자 단백질이나 살아있는 세포의 움직임을 실시간으로 분석할 수 있게 되어 획기적인 신약개발⁶⁾에 활용되고, 신물질·신소재 분석을 통한 원천기술 확보 뿐 아니라 IT·반도체소자산업, 의료분야 등 다양한 산업발전⁷⁾에 기여할 것으로 기대된다. 

6) 질환 단백질 구조 분석을 통해, 이를 억제/저해하는 신약개발
7) 인공광합성(에너지 효율 100% 태양전지), 단원자 트랜지스터, 수소에너지 등

미래부와 포항공대는 올 한해 에너지와 주파수를 단계별로 높여가는 시운전을 통해 상반기 중에 4세대 방사광원인 X-선 자유전자 레이저 빔⁸⁾ 생성을 확인하고, 연말까지는 목표성능*을 달성할 예정이다.

8) X-선 자유전자 레이저빔(에너지: 10 GeV, 파장: 0.1 nm,  펄스폭: 펨토(10~15)초)

올 12월에는 국제수준의 성능 검증을 위해, 국내 연구진을 중심으로 해외 유수 연구자가 참여하는 4세대 방사광원 데모실험을 실시하고, 내년부터 본격적인 이용자 실험지원을 시작한다(이용자협회(약 1천명)는 단백질 결정구조 관찰 등 4개 실험주제 제안 중).

이에 따라 2017년부터 국내 연구자들이 극미세 공간에서 펨토초에 일어나는 세포활동, 단백질 구조변화, 화학촉매 반응 등을 실시간 관측하는 것이 가능해져, 우리나라가 새로운 과학기술 탐구영역을 선도적으로 개척할 수 있을 것으로 전망된다.

한편 오는 5월에는 세계 35개 국의 가속기 관련 연구기관과 기업 전문가 약 1,300여 명이 참석하는 국제가속기 컨퍼런스(IPAC 2016)⁹⁾가 부산 벡스코에서 개최될 예정이다.

9) 국제가혹기 컨퍼런스 2016(2016.5.9~13, 벡스코): 36개 국 1,055명(해외 800명)/74개 기업(해외 64개) 등록(2016.4.14 기준)

IPAC 2016은 가속기 분야 최대 규모의 국제학술행사로, 세계에서 3번째로 4세대 방사광가속기를 구축한 우리의 기술력을 국제적으로 인정받는 계기가 될 것으로 기대된다.