주요 연혁

1988. 04 방사광가속기 추진본부 발족(포철/포항공대)

1988. 05 포항가속기연구소 설립(포항공대부설연구소)

1989. 07 부지조성 공사 착공(약 660,000 m²)

1991. 04 방사광가속기 건물 공사 착공

1994. 12 포항방사광가속기(PLS) 준공

1995. 09 방사광 이용연구 개시

2001. 11 저장링 1/2구간 증축 완료

2008. 11 포항방사광가속기 설립 20주년

2009. 01 방사광가속기 성능 향상(PLS-II) 사업 착수(총 3개년)

2010. 12 PLS 빔라인 30기 보유

2010. 12 PLS 종료 및 PLS 장치 해체

2011. 04 4세대 방사광가속기(PAL-XFEL) 구축 사업 착수

2011. 06 PLS-II 장치 설치 완료

2012. 03 PLS-II 이용자 지원 재개(빔라인 30기 보유)

2012. 09 PAL-XFEL 기반 시설 공사 착수

2013. 04 포항가속기연구소 설립 25주년

2013. 07 PLS-II 3 GeV, 400 mA 달성

2016. 09 4세대 방사광가속기(PAL-XFEL) 준공

2017. 06 PAL-XFEL 이용자 제공 개시

2020. 03 EUV 광원 및 장비 기술 개발 사업 착수

2023. 03 EUV 광원 및 장비 기술 개발 사업 종료

2025. 현재 PLS-II 36기 빔라인, PAL-XFEL 3기 빔라인 운영, EUV 방사광가속기 시운전

장치 소개

• 1. PLS-II (3세대 방사광가속기)

  방사광가속기란 전자가 자기장 속을 지날 때 궤도가 휘어지면서 접선 방향으로 나오는 빛을 이용하는 장치입니다. 3세대 방사광가속기는 선형가속기와 저장링, 빔라인으로 이루어져 있습니다.

  
  • 선형가속기
    

    PLS-II 선형가속기는 가속 빔 에너지가 3 GeV이고 전자빔을 입사하는 입사기로서의 역할을 합니다. 전체 길이는 170m 이고 지하 6m 터널에 설치되어 있으며 선형가속기에서 가속된 전자빔 빔 전송선을 지나서 저장링에 입사됩니다.

  • 저장링
    

    저장링의 둘레 길이는 281m로 전자빔이 24개의 2극 전자석을 지날 때마다 15도씩 방향을 바꾸어 원형 궤도를 유지시킵니다. 저장링에는 전자빔이 저장링을 회전하면서 잃어버리는 에너지를 보충 시키는 고주파 가속공동장치가 설치되어 있습니다.

  • 빔라인
    

    전자가 저장링에서 회전하면서 방출하는 방사광으로 실험하는 장치를 빔라인이라고 합니다. 빔라인에서는 방사광을 이용하여 신물질의 합금, 고효율 태양전지 재료연구, 마이크로 의학용 로봇, 신약개발 등 다양한 분야에서 연구가 이루어집니다.

  • [PLS-II 빔라인 배치도]
    
  • [PLS & PLS-II 사양 및 성능]

    구분	PLS	PLS-II
    사업기간	1991 ~ 1994(4년)	2009 ~ 2011년(3년)
    건설비	1,500억 원	1,000억 원
    빔에너지	2.5 GeV	3.0 GeV
    저장링 빔전류	200 mA	400 mA
    선형가속기 길이	160 m	170 m
    저장링 둘레	280 m	281 m
    빔라인 수	30 기	36 기

• 2. PAL-XFEL (4세대 방사광가속기)

  PAL-XFEL에서 나오는 빛은 레이저와 같이 결맞음 특성이 우수하고, 직선 방향으로 나아가는 성질을 띠고 있어 ‘X-선 자유전자레이저(X-ray Free Electron Laser)’라고 불립니다. 4세대 방사광가속기는 선형가속기 터널과 언듈레이터 홀, 빔라인으로 이루어져 있습니다.

  
  • 선형가속기
    

    선형가속기는 전자총에서 전자빔을 만들어 10 GeV 에너지로 가속합니다. 동시에 빔 압축기를 이용하여 전자빔 길이를 10 micro-meter 이하로 줄여줍니다.

  • 언듈레이터
    

    전자빔이 언듈레이터를 지나면 강력한 X-선 자유전자레이저가 발생됩니다. 발생된 X-선 자유전자레이저는 빔라인으로 들어가고 전자빔은 이극 자석에 의해 X-선 자유전자레이저와 분리됩니다.

  • 빔라인
    

    PAL-XFEL에는 이용자 실험을 위한 경X-선 빔라인 2기와 연X-선 빔라인 1기가 있습니다. 빔라인에서는 그린에너지 산업, 생명과학, 신소재 개발, 신약개발 등 다양한 분야의 실험을 진행 중입니다.

  • [PAL-XFEL 빔라인 배치도]
    
  • [PAL-XFEL 사양 및 성능]

    최대 전자빔 에너지		10 GeV
    전자뭉치 당 전하량		20 ~ 200 pC
    X-선 펄스 폭		10 fs ~ 100 fs
    최대 순간 전류		3 kA
    X-선 펄스 개수		60 Hz
    X-선 광자 개수		~ 1012/pulse
    X-선 광자 에너지	경X-선	2.5 ~ 12.8 keV
    	연X-선	0.3 ~ 1.2 keV

활용 분야

• - 생명과학
  • 

    우리 몸을 이루는 단백질이나 질병을 일으키는 바이러스의 구조를 알아내 질병의 원인을 밝히고 신약을 개발합니다. 질병 단백질 구조 파악을 위해 유전자 조작으로 질병 단백질을 다량 추출한 뒤 순도 높은 상태로 결정화합니다. 방사광을 이용하면 결정화된 단백질의 회절무늬를 얻어낼 수 있고 컴퓨터로 분석하면 질병 단백질의 3차원 구조 및 기작 원리를 규명할 수 있습니다.

    • ∘ 세계 최초 신종플루 치료제 타미플루 개발
    • ∘ 고해상도 종양 촬영을 통한 암 치료법 개발
• - 재료과학
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    반도체나 디스플레이에 사용되는 여러 물질들이 구조에 따라 전기적 특성이 어떻게 달라지는지 알아냅니다. 두께가 수백 나노미터밖에 되지 않는 유기 반도체 물질의 분자 구조를 알아내려면 방사광에서 나오는 강열한 X-선이 필요합니다. 유기반도체에 X-선을 비추고 이로부터 얻어지는 회절 무늬를 분석하면 전기적 특성에 큰 영향을 미치는 분자구조에 대한 정보를 얻을 수 있습니다.

    • ∘ 종이처럼 접는 '플렉시블 디스플레이'에 들어가는 유기반도체 물질의 특성 연구
    • ∘ 연료전지, 수소 저장 재료, 친환경 배터리 등 에너지 저장 및 변환 소재 개발
• - 나노기술
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    레이저의 특성을 갖는 방사광을 이용하면 작고 정 밀한 기계 부품이나 복잡하고 미세한 전자회로 패 턴을 만들 수 있습니다. 일반적으로 직접회로를 만드는데 사용되는 자외선 기반 리소그래피 기술은 깊이가 얕은 평면구조밖에 만들 수 없습니다. 하지만 방사광에서 나오는 X-선을 이용하면 더 깊고 입체적인 구조물을 만들 수 있습니다.

    • ∘ 사람 몸 안에서 병을 진단하고 치료하는 나노로봇에 들어가는 초소형 기계 부품 제작
    • ∘ 고집적 저장매체 개발에 응용할 수 있는 고분자 나노패턴 구조 주형 개발
• - 화학
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    아주 적은 양의 재료라도 성분을 분석할 수 있고, 성분 물질의 구조가 온도나 압력 등에 따라 어떻게 변하는지 파악할 수 있습니다. 원소 속의 전자들은 고유의 에너지를 가지고 있는데, 방사광에서 나오는 X-선을 비추어 광전효과로 튀어나오는 전자들의 에너지 값을 측정하면 물질이 어떤 원자들과 결합되어 있는지 분석 가능하며 결합 구조의 안정성에 대한 정보도 얻을 수 있습니다.

    • ∘ 베토벤의 머리카락을 분석해 그의 사망원인을 파악
    • ∘ 지방층을 없애 표면에 하얀 지방층이 생기지 않는 초콜릿 개발
    • ∘ 제올라이트, 그래핀 등 차세대 신재료, 신제품 개발
• ※ 홈페이지 및 연락처

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