X선 자유전자 레이저 광원

전문가 제언

○ 광학 레이저에서 전자들이 원자나 분자에 속박되어 있는 것과는 다르게 자기장에 의해 자유롭게 움직인다는 의미에서 자유전자 레이저(Free Electron Laser, FEL)라는 이름이 붙게 되었다. 전자를 가속시켜 자기쌍극자로 구성된 교번자장기(undulator)에서 주기적인 파동을 만들어 가속된 전자빔이 전자파와 상호작용하여 고출력 고효율의 결맞는 빛(coherent light), 즉 X-ray 레이저가 발생된다. 이 레이저가 차세대 방사광원인 X선 자유전자 레이저(X-ray Fee-Electron Laser, XFEL)다.

 

○ 이 리뷰는 독일 Max-Planck의 Jonas Gunst 연구그룹이 간접적인 광여기 작용으로 생성된 레이저 유도 플라스마로부터 전자포획에 의한 NEEC(Nuclear Exitation by Electron Capture) 방법으로 준안정적 상태에서 천이하면서 X-ray가 방출되는 방식을 제시하였다. NEEC 핵자여기 방식이 직접천이 방식보다 100만 배 이상 효과가 있음을 보고하였다. 이 방식으로 에너지 저장에 응용할 수 있어서 마치 핵 배터리 같은 역할을 할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

 

○ X선 자유전자 레이저(XFEL)는 전자의 궤도운동과 단백질 분석이 가능한 현재의 방사광 가속기를 잇는 차세대(제4세대) X-선 광원으로 과학자들의 많은 기대와 함께 개발되고 있다. 미국은 2008년에 LCLS-I를 완성하여 1.5~0.15nm의 XFEL 레이저를 확보하고 또 다시 0.05nm(0.5 Å)의 LCLS-II를 2013년에 완성하였다. 일본은 2010년에 0.08nm의 X-선 레이저를, Euro는 2014년에 0.085nm의 X-선 레이저 광원을 확보하게 된다.

 

○ 한국은 포항가속기 연구소에서 PAL-XFEL 레이저 구축사업을 2011년에 4000억 원 예산으로 시작하여 금년 2014년 완공을 앞두고 있다. 이 사업이 완성되면 빔 에너지 10GeV, 6~0.1nm의 X선 레이저 광원을 전 세계에서 4번째로 갖게 된다. 제4세대 방사광원 구축사업은 차세대 산업기술개발을 위한 과학기술연구의 필수시설로 인식하고 있기 때문에 선진국에서는 제4세대 방사광 가속기를 경쟁적으로 운영하고 건설 중에 있다. PAL-XFEL 완성과 함께 우리의 과학기술 연구역량이 새로운 도약단계로 진입될 것으로 기대된다.

저자

Jonas Gunst et al

자료유형

학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

전기·전자

연도

2014

권(호)

112(8)

잡지명

Physical Review Letters

과학기술
표준분류

전기·전자

페이지

0825011~0825015

분석자

윤*중

분석물

• X선 자유전자 레이저 광원.pdf [314,619 byte]

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