한국형 중이온가속기 'RAON' 연구 성과…저에너지 핵반응 데이터 측정

(대전=뉴스1) 김종서 기자 = 기초과학연구원(IBS)이 한국형 중이온가속기 'RAON'을 활용한 첫 물리 연구 성과를 국제학술지에 게재했다.

IBS 희귀핵연구단 한인식 단장 연구팀과 중이온가속기연구소(IRIS)와의 협력으로 수행한 연구에서 쿨롱 장벽(양전하를 띤 원자핵들이 서로 가까워질 때 형성되는 전기적 반발) 근처 저에너지 영역에서의 아르곤-40(안정 동위원소)+양성자 탄성산란 데이터를 측정해 기존 핵반응 모델의 한계를 실험적으로 확인했다고 24일 밝혔다.

연구팀은 이를 토대로 모델 검증과 개선에 활용 가능한 실험 데이터를 제시했다.

핵물리학의 주요 연구 주제 중 하나는 다양한 희귀핵의 성질을 밝히고, 별의 진화와 우주 원소 생성 과정을 핵반응 관점에서 이해하는 것이다.

이를 위해서 원자핵과 입자가 충돌할 때 나타나는 산란과 흡수 과정을 예측·해석하는 핵반응 모델과 그 신뢰도를 검증할 수 있는 실험 데이터가 함께 필요하다.

기존 핵반응 모델은 주로 높은 에너지 영역의 산란 실험 데이터를 바탕으로 해 실험 데이터가 제한적인 쿨롱 장벽 근처의 저에너지 영역에서는 기존 모델의 검증이 잘 이뤄지지 않았다.

이에 IRIS 연구진과의 RAON에서 가속한 아르곤-40 빔을 KoBRA 실험장치에서 전송조건을 최적화해 쿨롱 장벽 영역에서도 아르곤-40과 양성자의 저에너지 탄성산란 데이터를 확보했다.

이어 연구진은 이 데이터를 기존 글로벌 광학퍼텐셜 계산값과 비교했다. 그 결과 기존 광학퍼텐셜은 이번에 측정한 저에너지 영역의 산란 데이터를 제대로 재현하지 못하는 것으로 나타났다.

연구진은 이번 실험 데이터를 바탕으로 해당 에너지 영역에 적합한 광학퍼텐셜을 도출해 향후 핵반응 연구에 사용 가능하도록 제시했다.

연구팀은 향후 RAON 희귀동위원소 빔을 활용해 더 다양한 핵종과 에너지 영역으로 산란 및 반응 연구를 확장할 계획이다.

교신저자인 안성훈 연구위원은 "이번 연구는 RAON에서 얻은 새로운 핵물리 실험 데이터가 처음으로 논문 성과로 이어졌다는 점에서 뜻깊다"며 "이번에 확보한 데이터는 향후 RAON을 활용한 저에너지 핵반응 연구, 희귀핵 구조, 핵천체물리 연구 등 다양한 분야에서 중요한 자료로 활용될 것으로 기대된다"고 말했다.

연구 결과는 물리 분야 국제학술지 ‘리절트 인 피직스(Results in Physics)'에 게재됐다.

이번 성과는 RAON 빔과 중이온가속기연구소가 개발·운영하는 KoBRA 실험장치를 통한 안정적인 빔 제공과 희귀핵연구단(CENS)의 자체 검출기 개발 능력, 세계적 수준의 데이터 분석·해석 역량이 결합해 창출한 첫 물리 논문이다.

IRIS에서 초기 이용자 빔 시범운영 성과가 물리 분야 국제학술지 논문으로 이어진 첫 사례로, 향후 RAON 활용 연구가 본격적으로 확장될 수 있음을 보여주는 상징적인 출발점으로 평가된다.

jongseo12@news1.kr