시리우스: 세계에서 가장 밝은 싱크로트론 광선

밤하늘에서 가장 밝은 별의 이름을 따서 명명되었습니다, 시리우스 는 세계 최초의 4세대 싱크로트론 광원 중 하나로 브라질 상파울루 주 캄피나스 시에 위치하고 있습니다.

미국 역사상 가장 복잡하고 가장 큰 장비인 시리우스는 과학자들이 첨단 연구를 개발할 수 있게 해줄 것입니다. 에너지, 환경, 건강 등 다양한 분야에서 획기적인 발견이 기대됩니다. 시리우스는 별처럼 동종 장비 중 가장 밝은 빛을 내도록 설계되었습니다. 그리고 바로 사용할 수 있습니다.

시리우스는 브라질 과학기술혁신부(MCTI)의 감독 하에 있는 브라질 에너지 및 재료 연구 센터(CNPEM)라는 대규모 민간 기관에 배치되어 있습니다.

이 기관은 다른 4개의 국립 연구소를 이끌고 있습니다. 연구 개발에 중점을 둔 비영리 기관인 CNPEM은 재료, 건강, 식품, 환경, 에너지 등 다양한 분야의 혁신을 지원하는 기능을 담당하고 있습니다. CNPEM은 모든 국립 연구소의 과학 및 기술 지식을 통합할 수 있습니다.

(거대한) 현미경처럼 작동하는 시리우스는 전자기 스펙트럼의 넓은 범위를 커버하며, 적외선부터 자외선까지 빛이 방출되며 X-선도 포함하고 있습니다. 이 모든 기능을 갖춘 시리우스는 분자 및 원자 수준에서 다양한 물질 특성을 밝히고 전자 구조까지 조사할 수 있습니다.

이를 통해 학문적, 산업적 질문에 답할 수 있는 다학제적 연구가 가능합니다. 싱크로트론 빛을 생성하기 위해 전자와 같은 하전 입자를 자기장에 의해 제어되는 경로에서 빛의 속도에 가깝게 가속합니다.

현재 전 세계에는 프랑스에 위치한 유럽 싱크로트론 방사광 시설(ESRF)과 같이 시리우스와 유사한 장비가 한 곳 이상 있습니다. 그리고 시리우스 이전에는 CNPEM이라는 기관에서 또 다른 유사한 장비인 브라질 최초의 싱크로트론 광원(UVX)을 사용했습니다. 시리우스보다 훨씬 작고 신뢰성과 안정성이 높습니다. 하지만 시리우스의 임무가 끝나자 이 장비는 가동이 중단되었습니다. 수년에 걸쳐 과학자들은 UVX가 제공할 수 있는 것보다 더 많은 정보를 필요로 했고, 물리적 공간과 기술 능력의 한계에 도달했습니다.

타임라인을 살펴보면, 시리우스 프로젝트에 대한 첫 논의가 시작된 것은 2003년으로, 프로젝트가 구체화되기 시작했습니다. 2015년에 건물 시설 건설이 시작되었고, 2018년에 마침내 개장했습니다.

건물은 완공되었지만, 모든 장비를 내부에 설치하는 다음 단계 는 시작에 불과했습니다.

표면 수준의 물질만 분석할 수 있었던 UVX와 달리 시리우스에서 생성된 에너지는 수 센티미터 깊이의 단단하고 고체 물질을 투과할 수 있습니다.

"마치 저조도 사진을 찍는 것 같았습니다."라고 물리학자이자 CNPEM 및 SIRIUS의 이사인 안토니오 호세 로케 다 실바는 UVX에 대한 성명서에서 말합니다. "시리우스는 빛의 강도가 더 강하기 때문에 사진이 아닌 영화처럼 더 빠른 방식으로 캡처할 수 있습니다."라고 말합니다.

시리우스는 에너지가 2배 더 많고 방출량은 360배 더 적기 때문에 다른 주파수의 빛이 UVX보다 10억 배 더 밝아집니다.

장비의 작동 방식은 시리우스의 기본 구조입니다:

싱크로트론 광원 기본 구조는 기본적으로 두 가지 주요 입자 가속기 세트로 구성됩니다. 사출 시스템 그리고 보관 링.

주입 시스템에는 선형 가속기 또는 Linac과 인젝터 싱크로트론 또는 부스터가 허용됩니다.

둘 다 함께 전자빔을 생성하고 저장 링에서 작동하는 데 필요한 에너지 수준에 도달할 때까지 가속하는 역할을 합니다.

또한 두 개의 이송 라인이 포함되어 있는데, 하나는 리낙에서 부스터로, 다른 하나는 부스터에서 스토리지 링으로 전자 빔을 전송합니다.

Linac은 펄스 방식으로 전류 펄스를 생성하며, 특히 초당 두 번 펄스를 생성한 다음 생성된 전류 펄스를 부스터에 주입합니다.

부스터에 들어가면 전자빔은 저장 링에 주입하는 데 필요한 에너지 수준에 도달할 때까지 가속됩니다.

그리고 저장된 전자빔을 장기간 유지하는 역할을 하는 주 가속기인 저장 링은 싱크로트론 광이 최종적으로 생성되는 곳입니다.

또한 전자빔 경로를 제어하기 위해 자기장을 생성하는 여러 자석의 조합, 즉 자기 격자를 사용하여 초점을 유지하고 전자빔 경로를 수정할 수 있습니다.

결국 싱크로트론 빛은 빔라인이라고 불리는 저장 링 주변에 위치한 실험 스테이션에서 사용할 수 있으며, 과학자들은 이곳에서 물질 샘플을 배치하고 추가 연구를 위한 데이터를 생성할 것입니다.

CNPEM 웹사이트에서 확인할 수 있는 위 이미지에서 파란색 원으로 표시된 스토리지 링의 둘레는 약 518미터, 주황색으로 표시된 부스터의 둘레는 약 496미터인 SIRIUS의 일러스트를 확인할 수 있습니다.

반면에 리낙은 분홍색 선으로 표시된 32미터에 불과할 정도로 크기가 훨씬 작습니다.

따라서 이러한 4세대 싱크로트론 광원은 과학자들이 복잡한 주제를 분석할 수 있는 공간과 더 나은 도구를 확보하여 말 그대로 더 깊이 연구할 수 있도록 도와줄 것입니다.

예를 들어, 토양 분석이 더욱 발전하면 비료 개발에 대한 지식이 증가하여 독성이 적은 농산물을 생산할 수 있어 인류의 건강과 환경에 도움이 될 것입니다.

마찬가지로 과학자들은 시리우스를 통해 나노 입자 구조에 대한 보다 완벽한 연구를 통해 신소재를 개발할 수 있을 것입니다.

2020년 10월 21일, 마나카라는 이름의 첫 번째 시리우스 빔라인이 연구용으로 개방되었습니다. 이 빔라인은 단백질과 약물과의 상호작용을 연구하는 거대 분자에 초점을 맞추기 위한 것입니다.

앞으로 카르나우바, 카테레테, 에마, 이페, 모그노 등 5개의 빔라인을 추가로 사용할 수 있게 될 예정입니다. 각 빔라인은 특정 유형의 분석에 초점을 맞출 것입니다. 현재 이 빔라인은 설치가 진행 중이며 2021년 말에는 일부 빔라인이 완공될 예정입니다.

시리우스 구조물에는 총 14개의 작업 스테이션이 설치됩니다. 전체 프로젝트에는 2021년에 개통될 것으로 예상되는 7개의 빔라인이 포함됩니다. 그러나 빔라인의 수는 점진적으로 확장되어 최대 40개의 실험 스테이션에 도달할 수 있습니다.

시리우스 구축에 대한 동영상을 확인하세요. 여기에서 관련 엔지니어의 사용 후기 및 설명을 직접 확인할 수 있습니다.

또한 다음을 방문하실 수도 있습니다. CNPEM 공식 웹사이트 에 대한 모든 정보가 있습니다. 시리우스 프로젝트.

결국 시리우스는 브라질 과학자들뿐만 아니라 연구 발전에 대한 기대감이 전 세계로 퍼져나가고 있습니다. 과학의 힘!

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시리우스: 브라질에서 가장 밝은 별

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