국내 연구진이 중이온가속기를 활용해 희귀동위원소 빔 기반 레이저분광 실험에 처음으로 성공했다. 반감기가 극히 짧아 측정이 어려웠던 희귀 핵종의 핵 구조를 고정밀로 분석할 수 있는 기반이 마련됐다는 점에서 의미 있는 성과로 평가된다.

기초과학연구원(IBS) 중이온가속기연구소(IRIS)는 공군사관학교(ROKAFA)·희귀 핵 연구단(CENS)·고려대학교·한국교원대학교·한국원자력연구원 첨단방사선연구소와 공동으로, 동축 레이저 분광장치 ‘CLaSsy(Collinear Laser Spectroscopy)’를 이용한 소듐(Na) 동위원소 레이저분광 실험에 국내 최초로 성공했다고 30일 밝혔다.

ISOL(온라인 생성분리) 방식으로 생성된 빔을 활용했으며, 연구 결과는 국제 SCI(E) 학술지 ‘Journal of Instrumentation’에 게재됐다.

CLaSsy 장치는 초속 약 40만 m/s로 날아가는 이온·원자 빔과 레이저를 일렬로 정렬해, 희귀 핵종이 붕괴되기 전에 분광을 수행하는 ‘인-빔(In-beam) 레이저 분광학’ 기반 장비다.

이를 통해 희귀 핵종의 에너지 구조를 측정하고, 핵 모델 수립에 필요한 핵 정보를 도출할 수 있다고 연구팀은 설명했다.

이번 실험에서 CLaSsy 장치의 성능이 검증됐으며, 단반감기 희귀 핵종에 대한 고정밀 핵 구조 연구가 가능함을 실증했다.

박성종 IBS 실험장치팀 연구위원은 “현재 준비 중인 레이저이온원(RILIS)과 CLaSsy 연계 알루미늄(Al) 동위원소 분광 실험의 토대가 될 것”이라며 “레이저 활용 장치가 RAON의 희귀동위원소 연구를 위한 핵심 장치가 될 것”이라고 말했다.

교신저자인 송재현 IBS 박사후연구원은 CLaSsy 장치에 광펌핑(optical pumping) 방법을 적용하면 핵스핀 편극자로도 활용 가능하다며, 핵물리·물성과학·의생명 등 다양한 분야에서의 활용 가능성을 언급했다.

실험 책임자인 공군사관학교 유훈 교수는 인-소스·인-빔에 이어 ‘인-트랩(In-trap) 레이저 분광학’까지 기술이 정립될 경우 △측정 정밀도 향상 △신소재 물성 탐색 △방사선 반응 검출 등으로 연구 범위를 넓힐 수 있다고 밝혔다.

권면 IRIS 소장 직무대행은 “중이온가속기 시설에서 레이저 기술이 희귀핵 연구에 적용된 국내 첫 사례”라며 향후 RAON이 첨단 레이저 기술 기반 시설로 발전하는 토대가 될 것이라고 말했다.