연구성과

POSTECH 4세대 방사광 가속기

2019-05-24 267

181210_가속기 히어로

POSTECH은 2016년, 첨단 기술의 집약체인 4세대 방사광 가속기를 세계 3번째로 설치, 운영 중이다.

전자가 자기장 속을 지날 때 휘어지면서 접선방향으로 나오는 빛을 이용하는 장치인 방사광가속기는 전자를 빛의 속도로 가속했을 때 생기는 밝은 빛(X선)으로 미세한 물질이나 현상을 관찰하는 장치다. 쉽게 말해 ‘건물만큼 거대한 슈퍼현미경’이다. 단백질 같은 생체구조를 분자 수준에서는 물론, 원자 수준에서도 볼 수 있다. 과학자들은 방사광가속기로 비아그라의 단백질 결합구조를 관찰해 어떻게 발기부전을 치료하는지 밝혀냈고, 신종플루 치료제인 타미플루를 개발하는 데 공헌하기도 했다.

이미 1996년부터 가동했던 POSTECH의 기존 방사광가속기(3세대)와 비교해, 4세대 방사광가속기는 모양부터 확연히 다르다. 1세대와 2세대, 3세대는 원형 모양이다. 동그란 가속기를 이용해 전자빔을 구부리며 가속하는데, 이 과정에서 접선 방향으로 빛이 나온다. 그러나 4세대 방사광가속기는 막대처럼 긴 모양이다.

3세대 가속기에서는 여러 빛이 섞여 있어 원하는 파장을 골라 쓰는데, 4세대에서는 한 파장의 빛을 강력하게 내뿜어 좀 더 정밀하다. 약 2μm(100만분의 1m) 크기의 물체를 구분해낼 수 있다. 사람 머리카락 굵기의 40분의 1 수준이다. 4세대 방사광가속기에서 나오는 빛은 바로 이전의 3세대보다도 1억 배나 밝고, 햇빛보다도 100경 배 밝다. 파장의 폭도 짧아서 나노미터(10억 분의 1m) 단위의 작은 물질을 펨토초 단위(1000조 분의 1초)로 분석할 수 있다. 말하자면 생체 내에서 일어나는 분자나 원자의 움직임을 실시간으로 확인할 수 있다.

4th_generation_original

4세대 방사광가속기를 이용하면 이전보다 효과가 뛰어난 신약을 만들거나, 생체를 훨씬 정교하게 모방하는 기술을 개발할 수 있을 전망이다. 살아 있는 세포 속에서 단백질 같은 생체분자가 움직이는 모습을 순간순간 포착할 수 있기 때문이다. 치매와 당뇨 같은 난치성 질환이 일어나는 기작을 밝힐 수도 있다. 반도체 등 소재분야에서도 새로운 구조를 개발해내는 등 도약이 기대된다. 그만큼 최첨단 기술 개발에 POSTECH이 앞장서겠다는 뜻이다.

또, 포항 4세대 방사광가속기는 준공 이전인 2016년 6월, ‘X-선 자유전자 레이저’ 발생에 세계 3번째로 성공시켜 화제를 모으기도 했다. 이는 시운전 착수 2개월 만에 이룬 성과로서 미국(LCLS) 2년(‘07~’09), 일본(SACLA) 4개월(‘11.2~’11.6)보다도 빠른 성과다.