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정전기 플라즈마 렌즈

전문가 제언: ○ 기존 정전기 렌즈 및 자기 렌즈와 비교하여 플라즈마 렌즈는 냉각 전자에 의한 빔 blow-up 방지 효과가 있기 때문에 이송 중인 빔의 집속 효과가 큰 장점이 있다. 플라즈마 렌즈는 이온 빔이나 전자 빔 등 대전 입자 빔의 이송에 주로 쓰인다. 최근 반도체 및 나노 기술과 연계되어 이온 빔 주입과 스퍼터링 등 예에서 보듯이 이온 빔 사용이 보편화 되고 있다. 국내에서도 예컨대 광운대학교 전자물리학과는 BK 21 사업인 “대전 입자 빔 및 플라즈마 응용 연구”에서 전자현미경과 이온현미경 개발을 위한 입자 빔 발생과 응용 연구를 수행한다.

○ 한국표준과학연구원에서도 최근 식각장비용 공정 플라즈마의 전자 밀도 절대 값 측정기술을 세계최초로 개발하여 발표한 바 있다. KAIST 신소재 공학과 연구팀은 최근 집속된 이온 빔(FIB)을 이용하여 강유전체 나노구조를 제조한 연구를 발표하였다. 그러나 이 같은 이온 빔의 일반적인 산업 기술 이용에서는 렌즈 시스템의 자발적인 공간전하 효과 상쇄 기능 때문에 시스템 운영자가 의도하지 않아도 빔 blow-up이 방지되는 경우가 많다.

○ 플라즈마 렌즈가 진정 효과를 발휘하는 분야는 선형 가속기의 저 에너지 빔 라인 혹은 중이온 융합 연구에 쓰이는 고 전류 이온 빔의 안정적인 이송이다. 이와 관련된 국내 연구 활동의 대표적인 예가 대덕연구단지의 기초과학지원연구원에 설치 중인 중이온 가속기이다. 최근 이 연구원의 연구팀은 ECR 이온원에서 발생된 중이온 빔을 가속부에 전달하는 저 에너지 빔 전송장치 개발에 성공하였다. 이 장치에서는 중이온 빔을 효과적으로 집속하여 손실을 최소화하고 있다.

○ 이와 관련되어 2012년에는 한국물리학회 주관으로 제 1회 국제입자가속기학교가 개최되어 이 분야 학생과 전문가들의 교류 기회를 정례화하였다. 서울대와 성균관대 및 한국원자력연구원의 참여가 활발하다. 또한 이온 빔과 직접 관련은 없으나, 플라즈마 연구팀도 앞으로 학제간 연구로서 이온 빔과 플라즈마 렌즈 연구 영역 확대에 기여할 수 있을 것이다. 특히 앞으로 서울대학교 풀라즈마응용연구실과 국가핵융합연구소의 플라즈마기술연구센터의 활동을 기대한다.

저자: Alexey Goncharov
자료유형: 학술정보