손바닥 크기의 입자 가속기

0.1mm 이하의 장치로 전자를 가속하는 데 성공했다.

전자나 양성자 등 여러 입자를 가속하는 입자 가속기는 현재는 과학 분야뿐만 아니라 의료나 산업 등 광범한 분야에서 꼭 필요한 장치가 되었다.

입자 가속기의 크기는 연구 분야에 따라 수 m에서 수십 km에나 이르며, 비용과 설치 면적의 크기가 제약이 되었다. 최근 연구에서 손바닥 크기의 입자 가속기를 만드는 기술을 개발하고 있다.

독일 프리 드리히 알렉산더 대학교 에를랑겐-뉘른베르크(Erlangen-Nurnberg) 캠퍼스의 샤일로 (R. Shiloh) 박사 연구팀은 전체 길이 불과 77.7m(1m는 100만분의 1m)인 실리콘으로 만든 나노포토닉 디바이스(극소의 광공학 장치)를 사용해 전자 빔을 가속하는 데 세계 최초로 성공했다.

이 장치는 나노 기술에 의해 빗살 모양으로 가공된 광공학적 구조를 띠고 있다고 한다. 이 가운데로 전자 빔과 레이저를 동시에 쬐었더니 레이저의 전자기력에 의해 전자가 효율적으로 가속되어 28.4keV(킬로전자볼트)의 에너지에 이르렀다.

이것은 길이가 3mm 장치라면 1MeV(M 는 100만)를 넘는 에너지에 해당하므로, 손바닥 크기의 입자 가속기를 실현할 수 있는 것이라고 한다.

연구팀은 이번 연구 성과로 비용이나 설치 면적의 제약이 사라지므로 언제 어디서나 사용할 수 있는 입자 가속기가 실현될 것이라고 말했다.

출처: 뉴턴 2022.01 (Nature, 2021년 9월 23일)