가동에 들어간 X-선 레이저 Linac Coherent Light Source II (LCLS-II)

(Credit: SLAC)

미국 에너지부 산하의 SLAC 국립 가속기 연구소 (National Accelerator Laboratory)가 작년에 완공한 Linac Coherent Light Source II (LCLS-II) X선 자유 전자 레이저 (X-ray Free-Electron Laser (XFEL))의 가동에 들어갔습니다. 세상에서 가장 강력한 X선 레이저인 LCLS-II는 전 세대인 LCLS와 비교해서 1만 배나 밝고 8000배 나 빠르게 X선 레이저를 발사할 수 있습니다.

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X선 레이저는 기본적으로 빛에 반사된 피사체를 찍기 위한 조명으로 이해할 수 있습니다. 다만 X선 레이저는 파장이 매우 짧기 때문에 가시광선으로는 볼 수 없는 아주 작은 피사체를 밝게 빛추고 여기서 반사되는 X선을 통해 분자처럼 작은 물체의 모습도 실시간으로 관찰할 수 있습니다.

X선 레이저의 또 다른 장점은 여러 번 발사가 가능하다는 것입니다. LCLS는 초당 120회 정도 발사가 가능해 동영상처럼 분자나 세포의 움직임을 촬영할 수 있었습니다. 하지만 초당 120 프레임은 사람 눈에는 부드럽게 보여도 대부분의 화학 반응이 이보다 짧은 시간에 일어나 정확한 반응 과정을 이해하는데 어려움이 있었습니다. LCLS-II는 초당 100만 회 발사가 가능해 아주 짧은 시간 동안 일어나는 반응, 예를 들어 광합성 반응의 중간 변화도 실시간으로 촬영할 수 있습니다.

(동영상)

높은 해상도를 위해서는 속도 만큼이나 출력도 중요하기 때문에 LCLS-II는 3.2km에 달하는 거대한 초전도 자석을 이용해서 전자를 4GeV의 에너지로 가속합니다. 광속에 가까워진 전자는 물체에 부딪혀 매우 상세한 이미지를 전달합니다. 이 거대한 X선 레이저를 만들기 위해 총 11억 달러의 비용이 투입되었습니다.

SLAC 국립 가속기 연구소의 과학자들은 앞으로 LCLS-II가 여러 가지 화학 반응과 물리 현상을 규명할 것으로 기대하고 있습니다. 앞으로 여기서 나오는 여러 가지 과학적 성과들을 소개할 기회가 있을 것 같습니다.

참고

https://newatlas.com/science/worlds-most-powerful-x-ray-laser-lights-up/

https://www6.slac.stanford.edu/news/2023-09-18-slac-fires-worlds-most-powerful-x-ray-laser-lcls-ii-ushers-new-era-science

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