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[IT뉴스]1.5조원 투입 기초과학 연구시설 '라온' 첫 물리 연구성과

온카뱅크관리자

2026-06-24 11:57:28

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> IBS, 중이온가속기 '라온' 활용해 저에너지 핵반응 모델 한계 확인 
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 <img alt="IBS 희귀핵연구단이 개발한 엘라크(ELARK) 실리콘 검출기 배열. 표적 주위를 감싸는 형태로 배치돼 산란된 양성자의 각도와 에너지를 측정한다. IBS 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202606/24/dongascience/20260624114724631fppd.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="BdJbkACEJV" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202606/24/dongascience/20260624114724631fppd.jpg" width="658">
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 IBS 희귀핵연구단이 개발한 엘라크(ELARK) 실리콘 검출기 배열. 표적 주위를 감싸는 형태로 배치돼 산란된 양성자의 각도와 에너지를 측정한다. IBS 제공
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 한국형 중이온가속기 라온(RAON)에서 가속한 빔으로 얻은 데이터를 활용한 첫 물리 연구 성과가 나왔다. 라온이 가속한 원자핵을 수소 표적에 충돌시켜 산란 데이터를 측정한 뒤 이 데이터로 원자핵 충돌 반응을 설명하는 기존 이론 모델이 저에너지 영역에서는 실제 실험 결과를 제대로 설명하지 못한다는 사실을 확인했다. 데이터는 앞으로 희귀핵 구조와 핵천체물리 연구에 활용될 것으로 기대된다.
 기초과학연구원(IBS)은 한인식 희귀핵연구단장 연구팀이 중이온가속기연구소(IRIS)와의 협력으로 기존 핵반응 모델의 한계를 실험적으로 확인하고 모델 검증과 개선에 활용 가능한 실험 데이터를 제시했다고 24일 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 '리절츠 인 피직스(Results in Physics)'에 6월 8일 실렸다.
 핵물리학은 다양한 희귀핵의 성질을 밝히고 별의 진화와 우주 원소 생성 과정을 핵반응 관점에서 이해하는 연구를 주요 주제로 다룬다. 원자핵과 입자가 충돌할 때 나타나는 산란과 흡수 과정을 예측·해석하는 핵반응 모델과 모델의 신뢰도를 검증할 실험 데이터가 함께 필요하다.
 기존 핵반응 모델은 주로 높은 에너지 영역의 산란 실험 데이터로 구축됐다. 실험 데이터가 부족한 '쿨롱 장벽' 근처 저에너지 영역에서는 모델 검증이 잘 이뤄지지 않았다. 쿨롱 장벽은 양전하를 띤 원자핵들이 가까워질 때 전기적 반발력 때문에 넘어야 하는 에너지 장벽이다. 
 연구팀은 라온에서 가속한 아르곤-40 빔을 코브라 실험장치로 전송조건을 최적화해 수소 표적까지 안정적으로 전달했다. 아르곤-40은 아르곤의 안정 동위원소 중 하나로 양성자 18개와 중성자 22개로 이뤄진 원자핵이다.
 빔 에너지는 쿨롱 장벽 근처의 저에너지 영역에서 세 단계로 나눠 실험했다. 아르곤-40 빔이 수소 표적과 충돌하면 표적 안의 양성자가 여러 각도와 에너지로 산란된다. 
 연구팀은 희귀핵연구단이 자체 개발한 검출기 엘라크(ELARK)로 산란된 양성자의 각도와 에너지를 측정해 아르곤-40과 양성자의 저에너지 탄성산란 데이터를 확보했다. 
 연구팀은 이 데이터를 기존 글로벌 광학퍼텐셜의 계산값과 비교했다. 광학퍼텐셜은 핵과 핵 사이의 상호작용을 광학적 개념으로 설명하는 모델로 입자가 어느 방향으로 얼마나 산란되고 얼마나 사라지는지 계산하는 데 쓰인다.
 비교 결과 기존 광학퍼텐셜은 이번에 측정한 저에너지 영역의 산란 데이터를 제대로 재현하지 못했다. 연구팀은 실험 데이터를 바탕으로 해당 에너지 영역에 적합한 광학퍼텐셜을 도출해 향후 핵반응 연구에 사용 가능하도록 제시했다.
 이번 성과는 라온 빔과 코브라(KoBRA) 실험장치의 안정적인 빔 제공, 희귀핵연구단(CENS)의 검출기 개발 능력, 데이터 분석·해석 역량이 결합해 나온 첫 물리 논문이다. 코브라는 라온이 가속한 빔을 실험용 표적까지 전달하고 실험 조건에 맞게 조절·선별하는 빔라인 장치다. 라온은 2023년 빔을 처음 뽑아냈고 2024년 중이온가속기연구소에서 초기 이용자 빔 시범운영을 진행했다. 
 교신저자인 안성훈 연구위원은 “라온에서 얻은 새로운 핵물리 실험 데이터가 처음으로 논문 성과로 이어졌다는 점에서 이번 연구가 뜻깊다”며 “이번에 확보한 데이터가 향후 라온을 활용한 저에너지 핵반응 연구, 희귀핵 구조, 핵천체물리 연구 등 다양한 분야에서 중요한 자료로 활용될 것으로 기대한다”고 말했다.  
 권면 중이온가속기연구소장 직무대행은 “라온의 빔 운전과 실험장치 인프라가 희귀핵연구단의 검출기 개발, 데이터 분석 및 광학모형 해석 역량과 결합해 이번 첫 물리 논문을 만들어냈다는 점에서 의미가 크다”며 “라겠다온이 국내외 연구자들의 우수한 연구 성과를 창출할 수 있도록 안정적인 빔 제공과 실험 지원을 앞으로도 이어가”고 말했다.
 장석복 IBS 원장은 “라온이 우리나라가 독자적으로 구축한 대형 기초과학 연구시설로 이제 본격적으로 과학적 성과를 만들어 낼 단계에 들어섰다”며 “이번 논문이 그 출발점이 되어 라온 기반 희귀핵 연구가 더욱 활발히 이어지기를 바란다”고 말했다.
 &lt;참고자료&gt; doi.org/10.1016/j.rinp.2026.108697
 [조가현 기자 gahyun@donga.com]
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