공부하고 정리하고

가속기란?

간단하게 말해서 입자를 가속시키는 장치를 말합니다.

중력, 강력, 약력, 전자기력 중에 전자기력을 사용해 가속을 합니다.

그렇다면 가속을 위해서는 무조건 전하를 띄는 입자를 사용해야 합니다.

그럼 이 필수조건에 의해 제외되는 입자가 있습니다.
바로 중성자 입니다. 그래서 중성자는 직접적인 가속이 불가능합니다. 다만, 가속된 고에너지의 하전입자로 인해 생겨나는 파쇄 중서자를 이용할 수는 있습니다.

가속 방법은?

가속 방법은 전위차를 이용하게 됩니다. 이 전위차라는 말은 전압과도 동일합니다. 

폭포에서 물의 높이가 높을수록 물이 떨어진 후의 운동에너지가 크고 물의 양이 많을수록 아래로흐르게 되는 물이 많아집니다. 전압과 전류도 똑같습니다. 전위차가 클수록 전압은 크고 에너지가 크게 되는 것이고 전류가 클수록 흐르는 전하의 양이 커지는 것이죠.

기본적으로 전하량 q를 가진 입자를 전압 V를 걸게 되면 생기는 에너지를 E=qV라고 쓸 수 있습니다. 

V가 커지면 당연히 에너지가 커지게 됩니다. 

따라서 높은 전압은 높은 에너지를 발생시킵니다.

결론은 ‘고전압이 필요하다’ 입니다. 그렇다면 고전압을 어떻게 걸어줄까요? 우리는 아주 높은 에너지까지 가속을 시킬 것이기에 매우 높은 전압을 필요로 합니다.

우선, eV 단위부터 먼저 알아보겠습니다. 가속기에서는 이 eV, 전자볼트 단위를 많이 사용할 건데 1eV라는 것은 1개의 전자를 1V의 전압차로 가속시켜 얻는 에너지를 말합니다.
1eV=1.6ⅹ10-19J 입니다. 

다시 본론으로 돌아와 고전압을 얻는 방법은 직류형과 교류형으로 나뉘어 집니다.

직류형은 DC 전압을 걸어주어서 전하를 띤 입자를 그대로 가속시키는 방법입니다. 이 방법은 106 eV 까지는 가속이 가능하나 그 위로는 힘듭니다. 왜냐하면 높은 전압을 걸어주기 위해서는 강한 전기장과 긴 거리차가 필요하기 때문에 기술적으로 한계가 존재합니다. 또한 일정 이상의 고전압을 걸어주게 되면 공기절연파괴현상이 일어나기 때문에 고전압을 걸어주는데 한계가 있습니다.

다음 방법은 교류형입니다. 교류형은 가속되는 입자에 동일한 전압을 걸어주되 전압의 부호를 주기적으로 바꿔서 지속적으로 높은 전압으로 가속이 되는 방법으로 106eV이상의 전압을 만들 때 사용합니다. 앞의 직류형과 비교해서는 더 적은 공간을 필요로 하는 장점이 있습니다. 이 방식을 사용하면서 가속길이를 직류형 대비 많이 줄일 수 있어 포항 방사광가속기의 경우에는 150m의 가속기 길이에도 GeV의 빔을 얻을 수 있습니다.