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양자공학 및 핵융합기술

                                          양자공학 및 핵융합기술 연구 분과 소개

한국원자력학회의 제 9분과인 양자공학 및 핵융합기술 연구분과는 입자가속기공학, 레이저광공학, 핵융합 및 플라즈마기술, 방사선원 발생장치기술 등 네 개의 분야로 구성되어 있으며, 최근의 연구결과를 소개하고 다양 분야의 전문가 사이에 심도 있는 토의를 목적으로 한다.

입자가속기공학
현재의 가속기는 기초과학용으로 활용되는 고에너지 가속기뿐만 아니라 에너지, 나노, 소재, 반도체, 생명, 의료, 중성자원 등 첨단 산업분야에 응용되는 대용량 중/저에너지 가속기 개발도 활발하게 이루어지고 있다. 미국의 ORNL의 SNS, 일본의 J-PARC에서는 파쇄 중성자원을 목적으로 하는 가속기를 운영이며, 중국의 CSNS와 유럽의 ESS와 같은 프로젝트가 진행 중이다. 물질 분석 도구로 사용되는 4세대 방사광 가속기 프로젝트로는 미국 SLAC의 LCLS, 일본 SPRING-8의 SCSS,   독일 DESY의 Euro XFEL 등이 있다. 한편 국내에서도 최근 다양한 가속기 프로젝트가 진행 중이다. 양성자기반공학기술개발사업단의 100MeV 선형 양성자가속기, 포항가속기연구소의 방사광가속기 업그레이드 프로젝트 및 제4세대 방사광 가속기 개발, 국제과학비지니스벨트의 중이온가속기, 국립암센터에서 운영 중인 암치료용 싱크로트론, 한국원자력의학원에서 개발 중인 중입자 치료기 등이 대표적인 예가 된다. 

레이저광공학
100 TW이상의 고출력 레이저를 이용하여 하전입자를 가속하는 레이저 플라즈마 가속기는 고출력 레이저를 이용하는 새로운 분야로 많은 연구개발이 진행 중이다. 1979년에 Tajima와 Dawson에 의해 짧은 펄스의 레이저가 플라즈마를 통과할 때 생기는 섭동 또는 웨이크를 이용하면 전자를 짧은 거리에서 높은 에너지까지 가속시키는 것이 가능하다는 것이 알려지면서 빠른 속도로 발전하였다. 국내에서는 광주과기원, 부산대학교, 한국원자력연구소 등많은 학교 및 연구소에서 관련 연구를 수행하고 있다. 광주과기원의 경우 500TW급 레이저 시설을 갖추고 레이저 플라즈마 관련 기초연구를 진행 중이다.

핵융합 및 플라즈마기술
태양이 빛을 만들어내는 원리인 핵융합은 핵분열을 이용하는 기존의 원자력발전을 대체할 미래의 에너지원으로 국내외에서 활발한 연구개발이 진행되고 있다. 현재 프랑스의 Cadarache에 지어지고 있는 ITER는 국제적으로 가장 규모가 큰 토카막 핵융합 발전로로서 핵융합 발전의 상용화에 대한 기술적인 문제를 해결하는 것을 목표로 하고 있다. 이 프로제트에는 우리나라와 유럽 연합, 미국, 일본, 중국, 인도, 러시아 등이 참여하고 있으며, 500MW의 열출력을 1000초 이상 유지하는 것을 목표로 한다. 국내에서는 국가핵융합연구소에서 2007년 개발에 성공한 초전도 토카막인 KSTAR가 운영중이다. ITER와 기본적인 설계 개념이 같으면서 규모가 약 1/25인 KSTAR는 JT-60U, TFTR, JET에서 ITER로 넘어가는 중요한 역할을 수행할 초전도 토카막으로 전 세계의 주목을 받고 있다. 

방사선원 발생장치기술
방사선 발생장치 분야에서는 여러 분야에서 사용되는 이온원을 중심으로 연구가 진행되고 있다.  국내의 가속기용 이온원 개발은 양성자 가속기를 위한 마이크로웨이브를 이온원 및 수소음이온원, 중이온 가속기 및 중입자 치료기를 위한 ECR 이온원 등이 개발되었으며, 핵융합 플라즈마 가열을 위한 NBI에 사용될 이온원이 개발되었다.  산업적인 목적으로 이온 주입장치에서 사용되는 대면적, 대전류의 다양한 이온원 개발이 진행되고 있으며, 이온원을 이용한 소형 중성자 발생장치에 대한 연구도 활발하다.

용어
CSNS: China Spallation Neutron Source
ECR: Electron Cyclotron Resonance
ESS: European Spallation Source
FEL: Free Electron Laser
ITER: International Thermonuclear Experimental Reactor
JET: Joint European Torus
J-PARC: Japan Particle Accelerator Research Complex
JT: Japan Torus
KSTAR: Korea Superconductiong Tokamak Advanced Research
LCLS: Linac Coherent Light Source
NBI: Neutral Beam Injector
ORNL: Oak Ridge National Laboratory
SCSS: Spring-8 Compact SASE Source
SLAC: Stanford Linear Accelerator Center
SNS: Spallation Neutron Source
TFTR: Tokamak Fusion Test Reactor