| 초록 |
1. 가속기(accelerator)의 분류 1.1. 가속입자에 따른 분류 1.1.1. 전자가속기(electron accelerator) 가장 가벼운 입자인 전자(질량 0.5Mev)를 가속시켜서 이용하는 가속기. 전자가 가벼우므로 비교적 쉽게 전자를 높은 에너지까지 가속시킬 수 있다. 전자의 소스는 아래 그림과 같은 전자총이다. 주요 용도로는 밝은 빛을 발생시켜서 그 밝은 빛을 사용하는 방사광가속기, 자연의 기본 구성물질을 탐구하는 입자물리 실험용 가속기 등이 있다. 국내의 대형 가속기 중 전자가속기는 포항가속기연구소 (Pohang Accelerator Laboratory, PAL)에 있는 PLSII와 PAK-XFEL이다. 그림 1. 전자총 1.1.2. 양성자 및 이온 가속기(proton and ion accelerators) 전자보다 약 1,800배 무거운 양성자 및 이보다도 훨씬 무거운 이온을 가속하여 이용하는 가속기. 양성자는 아래 그림과 같이 수소원자의 전자를 제거하여 만든다. 이온들은 원자를 여러 방법으로 이온화하여 만든다. 이런 가속기는 핵물리학 실험용, 입자물리학 실험용, 암 치료용 등에 사용된다. 무거운 입자를 가속하기 때문에 높은 에너지로 가속하기 위해서는 전자의 경우보다 훨씬 더 큰 파워가 필요하다. 그림 2. 양성자 소스 1.2. 가속 원리에 따른 분류 1.2.1. 싱크로트론(synchrotron) 싱크로트론은 아래 그림과 같은 원형의 가속기로 전자, 양성자 모두 가속할 수 있으며, 가속입자는 원형 궤도를 여러 차례, 경우에 따라 수백만 회를 돌면서 최종 에너지까지 가속된다. 대표적인 대형 가속기의 형식이며, 세계적으로 가장 큰 가속기들은 모두 이 싱크로트론이다. 싱크로트론의 한 종류로 저장 링(storage ring)이 있는데, 이것은 주목적이 입자의 가속이 아니라 입자를 장시간 저장하는 것이다. 현재 세계 최대의 싱크로트론은 유럽 CERN에 있는 Large Hadron Collider(LHC)로 양성자가속기인데, 그 둘레가 무려 27km에 달한다. 그림 3. 세계 최대 가속기인 CERN의 LHC(왼쪽), LHC의 내부 터널(오른쪽) 1.2.2. 선형가속기(linear accelerator) 선형가속기란 아래 그림과 같이 선형의 가속기이며, 역시 전자, 양성자 가속에 모두 사용된다. 최종 가속 에너지는 가속기의 길이에 비례하게 된다. 미국 SLAC(Stanford Linear Accelerator Center)에 있는 선형가속기는 전자가속기인데, 그 길이가 3.2km에 달하며 세계 최대의 가속기이다. 소형의 전자선형가속기는 병원에서 x-ray 발생기로 사용되고 있다 아래 그림과 같다. 국내의 대형 병원에도 여러 기가 있다. 그림 4. SLAC에 있는 세계 최대의 선형가속기(위 왼쪽), SLAC의 내부(위 오른쪽), X-ray 발생용 의료용 선형가속기(아래) 1.2.3. 사이클로트론(cyclotron) 다음 그림과 같은 사이클로트론은 주로 양성자 가속에 쓰이며, 궤도는 나선형(spiral)인 것이 특징이다. 최근에는 주로 암 치료용으로 사용한다. 그림 5. 의료용 사이클로트론(왼쪽), 사이클로트론 개념도(오른쪽) ** 원문은 파일 다운받기를 해주세요 :-) |
