싱크로트론 방사선원은 무엇인가요?
싱크로트론 방사선원은 벤딩 자석을 이용하여 고에너지 전자 다발을 고리 모양의 싱크로트론 가속기 내에서 거의 빛의 속도로 회전시킵니다. 편향된 궤적의 접선 방향을 따라 전자는 연속적인 전자기파 스펙트럼을 방출합니다. 이 전자의 자발적인 복사는 높은 강도와 넓은 스펙트럼 범위를 특징으로 하며, 원하는 파장을 임의로 선택하고 연속적으로 조절할 수 있게 해줍니다. 따라서 싱크로트론 방사선원은 과학 연구를 위한 새로운 유형의 광원으로 주목받고 있습니다.
광원의 주요 구조:
이 시설은 주로 선형 가속기, 부스터, 저장 링, 빔라인 및 실험 스테이션으로 구성됩니다.
개발 이력:
광원의 특성
- 고강도
예를 들어, 기존 X선 장비로 결정 결함의 X선 이미지를 촬영하려면 보통 7~15일의 노출 시간이 필요하지만, 싱크로트론 방사선원을 사용하면 단 몇 초 또는 몇 분밖에 걸리지 않습니다. 따라서 작업 효율이 수만 배 향상됩니다. 싱크로트론 방사선은 높은 밝기 덕분에 기존 광원으로는 불가능한 많은 작업을 수행할 수 있습니다. - 광범위 스펙트럼
싱크로트론 복사는 적외선, 가시광선, 진공 자외선, 연엑스선부터 경엑스선에 이르기까지 넓은 스펙트럼 범위를 포괄합니다. 현재 이처럼 넓은 스펙트럼 범위를 커버하면서도 높은 밝기를 제공할 수 있는 유일한 광원입니다. - 고밀도 콜리메이션
광학 부품을 통해 추출된 싱크로트론 복사선은 집속성이 매우 뛰어납니다. 초점을 맞춘 후 밝기를 크게 향상시킬 수 있어 극미량 시료와 재료 내 미량 원소를 연구하는 것이 가능해집니다. - 맥동하는 자연
싱크로트론 복사는 저장 링 내에서 주기적으로 순환하는 전자 다발에 의해 방출되며, 나노초에서 마이크로초에 이르는 시간 범위의 펄스 구조를 생성합니다. 이러한 특성 덕분에 화학 반응, 물리적 여기, 생물학적 세포 변화와 같은 시간 의존적 과정을 연구할 수 있습니다. - 편광
가시광선과 유사하게, 저장 링에서 방출되는 싱크로트론 복사선은 관측자의 각도에 따라 선형 또는 원형 편광을 나타낼 수 있습니다. 이러한 특징을 이용하여 시료 내 특정 매개변수의 방향을 연구할 수 있습니다.
주요 응용 분야:
공학 재료
HEPS 공학재료 빔라인은 강력한 투과력, 다중 스케일 공간 해상도, 고밀도 감도, 높은 각도 해상도 및 광시야 특성을 갖춘 비파괴 검사 방법을 제공합니다. 이를 통해 공학재료의 미세 및 중간 구조적 특징과 잔류 응력 분포에 대한 현장 비파괴 다차원 다중 스케일 연구가 가능합니다. 나아가, 제조 및 가공 기술, 하중 및 환경 조건, 그리고 재료의 거시적 사용 성능 간의 관계에 대한 연구를 지원합니다.
첨단 소재
산업용 3D 프린팅은 첨단 제조 기술의 대표적인 사례로서 “중국 제조 2025” 전략의 핵심 요소입니다. 복잡한 공정은 종종 미세구조 변화와 잔류 응력을 유발하여 재료 성능 저하 및 조기 파손으로 이어집니다. HEPS(고성능 플라즈마 분광법)는 공정 및 사용 조건에 대한 현장 비파괴 실시간 진단을 가능하게 하여 미세구조와 성능 간의 연관성에 대한 중요한 통찰력을 제공하고 첨단 소재의 신뢰성 향상을 지원합니다.
촉매작용과 에너지
효율적이고 깨끗하며 재생 가능한 녹색 에너지 응용의 핵심은 화학 촉매 반응 과정을 이해하고 분자 및 나노 규모에서 제어 가능한 촉매 작용을 달성하는 데 있습니다. 이러한 연구에는 높은 X선 플럭스, 밝기, 뛰어난 시간적 및 공간적 해상도를 갖추고 실제 조건에서 현장 및 작동 중 실험을 수행할 수 있는 싱크로트론 방사선 시설이 필요합니다. 높은 휘도와 극히 낮은 에미턴스를 지닌 싱크로트론 방사선 장치만이 이러한 연구 조건을 제공할 수 있습니다.
새로운 에너지
셰일 오일과 가스는 전 세계 자원 개발의 새로운 핵심으로 떠오르고 있습니다. HEPS의 나노-CT 기술을 이용하면 나노미터 해상도로 셰일 구조의 3차원 이미지를 얻을 수 있어 셰일 공극의 공간적 분포 특성을 파악하고 공극 연결성, 공극 크기 분포, 공극 부피 등의 매개변수를 측정할 수 있습니다. 또한, 소각 산란법을 통해 나노 공극과 다양한 스케일에서의 공극 분포를 분석할 수 있어 셰일 오일과 가스의 저장 특성 연구에 필요한 과학적 데이터를 제공합니다.
싱크로트론 광원의 전 세계적 분포
싱크로트론 방사 광원은 국가 경제, 과학 연구 및 국방 산업에서 널리 사용되며, 다양한 자성 재료는 이러한 광원의 필수적인 구성 요소입니다.
