양자공학 및 핵융합기술 연구부회

양자공학 및 핵융합기술 연구부회는 입자가속기, 레이저광공학, 핵융합 및 플라즈마기술 그리고 방사선원 발생장치기술 전문위원회로 구성되어 비교적 광범위한 기초 및 응용분야 연구를 포함하고 있다. 각 분야가 독립적인 성격이 강하지만 차세대 원자력연구인 핵융합기술의 완성이라는 측면에서 밀접한 연관성도 있다. 국외에서는 입자가속기 또는 레이저를 사용하는 관성 봉입 핵융합 (Inertial Confinement Fusion, ICF) 기술연구가 진행되어 왔고 수십 메가와트급 입자 빔 가속기 및 고출력 레이저 등의 장치개발 결과는 차세대 핵융합 기술뿐만 아니고 핵종 변환 시스템, 신 개념의 방사선 발생장치 등 파생기술 발전에도 중요한 역할을 하고 있다. 한편 방사선 발생장치 분야는 대규모 가속장치 연구개발 결과의 활용 및 실용화에 주안점을 두고 활용도 높은 소규모 장치개발에 매진하고 있다.

입자가속기 전문위원회
입자가속기 전문위원회는 전자, 양성자 또는 중이온을 GeV 이상의 에너지로 가속하여 우주의 생성원리 규명 등 기초연구에 활용되는 고에너지 가속기 및 수백 MeV 이하의 낮은 빔 에너지로 나노, 소재, 생명, 의료 등 산업분야에 사용되는 대용량 중/저에너지 가속기개발 관련 전문가 그룹이다. 물질 분석 도구로도 사용되는 4세대 방사광가속기(X-ray Free Electron Laser)는 미국 SLAC의 LCLS, 일본의 SACLA, 독일의 European XFEL, 한국의 PAL-XFEL, 스위스의 SwissFEL 등이 있다. 국내에서는 원자력연구원의 100 MeV 선형 양성자가속기와 포항의 PLS-II가 사용자들에게 빔을 제공하고 있고 기초과학연구원의 중이온가속기는 2021년 완공을 목표로 구축 중으로 유사 성능을 가지는 FRIB (Facility for Rare Isotope Beams)이 미국 미시건 주립대학에 설치되고 있다. 의료용 가속기로는 국립암센터 및 삼성의료원에서 양성자 치료가속기를 운영 중이고 연세대 병원 및 동남권원자력의학원이 중입자 치료가속기 시설을 구축할 예정이다.

레이저광공학 전문위원회
레이저광공학 전문위원회는 원자력의 여러 분야에 활용되고 있는 레이저 시스템 개발관련 위원회이다. 저출력 및 고출력, 연속파 및 펄스 등 레이저의 유형에 따라 원자력 관련 산업 및 연구 등에서 다양한 응용이 이루어지고 있는데 특히 고출력 레이저는 과거에 불가능했던 연구들을 가능하게 해주는 새로운 도구로 최근 활발하게 연구 개발되고 있다. 특히 테라와트(TW) 이상의 고출력 레이저를 이용한 고에너지 전자 및 이온 가속, 중성자 발생장치 개발이 진행되고 있고 감마선이나 엑스선 등의 발생 연구는 원자력과 직접 연관이 있는 분야이다. 국내에서는 광주과학기술원, 기초과학연구원, 한국원자력연구원, 한국전기연구원 등 대학 및 연구소들이 PW 및 수십 TW급 고출력 레이저 시설들을 보유하고 있고 다양한 기초 및 응용 관련 연구를 수행하고 있다. 레이저광공학 전문위원회에서는 다양한 형태의 레이저를 개발하여 원자력 관련 연구 및 응용에 활용하기 위한 활동을 지속하려 한다.

핵융합 및 플라즈마기술 전문위원회
핵융합 및 플라즈마기술 전문위원회는 태양 에너지의 근원인 핵융합기술개발 전문가 그룹으로 핵분열을 이용하는 기존의 원자력발전을 보완 또는 대체할 미래의 에너지원으로 국내외에서 활발하게 연구개발이 진행되고 있다. 핵융합개발을 위한 국제 공동 프로젝트인 ITER 토카막은 현재 50% 이상의 공정률로 건설되고 있고 500 MW의 열 출력을 1000초 이상 유지하는 것을 최종 목표로 한다. 우리나라는 국내 초전도 토카막 프로젝트인 KSTAR의 성공적 건설 및 운영을 기반으로 ITER 프로젝트 내의 공학 분야에서 상당한 주도권을 가지고 기여하고 있다. KSTAR는 초전도 토카막 기술 측면에서 이전의 주요 토카막에서 ITER로 넘어가는 중요한 가교 역할을 수행하고 있으며 우수한 공학적인 완성도 및 첨단 진단장치를 기반으로 플라즈마 유체현상 및 요동현상 제어 연구에서 선도적인 실험 환경을 제공하고 있다. 이러한 연구 환경을 바탕으로 국가핵융합연구소를 중심으로 국내 다수의 대학 및 연구소, 기업, 그리고 국제 연구 기관들이 활발한 공동 연구를 수행하고 있다.

방사선원 발생장치기술 전문위원회
방사선원 발생장치기술 전문위원회는 산업 또는 학술연구 등의 활용을 목적으로 다양한 방사선 발생 기술을 개발하는 전문가 그룹이다. 산업용으로는 컨테이너 검색, 핵물질 검색, 생산품의 내부검사, 보안검색 등에 사용하는 소형 고주파 가속기와 이를 활용하는 엑스선 발생장치, 중성자 발생장치 등을 개발하고 있으며, 마이크로파 및 테라헤르츠파 발생 장치 등에 관한 개발도 진행 중이다. 핵융합기술과 연관하여 연구 및 산업분야에서는 고출력 이온원을 개발하고 있으며, 특히 원자와 분자의 나노구조와 동적현상을 동시에 측정하는 초고속 전자회절용 펨토초 전자빔 발생 연구와 소형 중성자 발생장치 등에 대한 연구도 최근 활발히 진행되고 있다.