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초고강도 레이저에 의한 고에너지 이온 발생기구와 가속 비례규칙

전문가 제언: ○ 레이저(LASER : Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)는 유도방사선에 의한 증폭 광에서 따온 합성어로서 그의 메커니즘은 많은 원자가 들뜬 상태의 전자를 갖고 있는 계의 예로 설명할 수 있다.

○ 원자의 허용된 전자궤도 사이의 에너지 차이가 쬐어진 광자 에너지와 같으면 들뜬 상태에서 바닥상태로의 전자상태의 천이가 유도된다(보통은 바닥상태의 전자가 빛을 흡수하지만, 전자가 들뜬 상태에 있으면 빛에 의해 같은 빛이 방출된다). 방출된 빛은 광자와 같은 에너지를 갖고 파동의 마루가 정돈되며, 두 번째 빛이 다시 전자의 천이를 유도하여 잇달아 빛을 방출하고, 그 결과 1개의 빛에 의해 물질속에 같은 광자의 홍수가 일어나, 원자 집단 양끝에 평행으로 거울을 놓으면 광자가 거울에 반사되고 각 광자가 수억 번에 걸쳐 왕복하는 사이에 자신을 증폭하게 된다.

– 여기에서 중요한 것은 2개의 거울 사이에서 정확히 왕복하는 빛만이 레이저 속에 머문다는 것이다. 각도가 있는 광자는 몇 번 반사되었다가 레이저에서 벗어난다.

○ 레이저는 빛의 파장에 따라 색깔이 나누어지는데 반도체 레이저는 일반적으로 600nm 대역의 Red 레이저나, 800nm 대역의 적외선 등이 사용되고 있으며, 400nm Blue 레이저나 500nm 대역의 Green 레이저가 개발되었다.

○ 이와 같이 레이저는 빛을 이용한 것으로 금속가공(창강판재의 모형 절단)이나 섬유재단 등에서는 고에너지 발생의 레이저가 필요하다. 이런 현상에서 집광강도가 1020W/cm2를 넘는 PW 레이저를 사용한 50MeV의 고에너지 프로톤을 관측할 수 있는 메커니즘 확인의 성공은 레이저분야의 새로운 전기를 마련하게 된 것으로 생각되며, 초단펄스 레이저에 의한 이온가속은 각국에서 정력적으로 연구가 시작되고 있으나 레이저로부터 이온으로의 고효율인 에너지변환, 이온의 발생수, 에너지의 향상, 단색 에너지화의 연구는 이제부터 과제라 생각된다.

저자: Yasuhiko SENTOKU
자료유형: 학술정보