새로운 일에 도전한다는 것은 긴장의 연속일 수 있지만, 동시에 매우 설레고 보람된 경험이기도 하다. 미래 과학을 선도할 다목적방사광가속기인 Korea-4GSR의 구축에 참여하고 있는 젊은 과학기술인들 역시 그러한 기대와 열정을 안고 이 여정에 함께하고 있다. 이번 특집호에서는 Korea-4GSR의 가속기 및 초기 10기 빔라인 구축에 참여한 젊은 연구자들이 직접, 빔물리 설계와 초기 빔라인의 과학적 활용 가능성에 대해 재료과학, 생명과학, 그리고 결맞음성(coherence)의 활용 측면에서 알기 쉽게 소개하고 있다.

Korea-4GSR은 100 pm·rad 이하의 초저에미턴스(ultra-low emittance), 높은 결맞음성, 그리고 고휘도를 특징으로 하는 4세대 방사광가속기이다. Korea-4GSR의 성공적인 구축을 위해, 과학기술정보통신부가 추진하고, 한국기초과학지원연구원(KBSI)이 주관기관, 포항공과대학교 포항가속기연구소(PAL)가 공동연구기관으로 참여하고 있다. 구축 초기에는 4GSR의 특성을 극대화하고, 이용자 수요 및 산업 응용 가능성, 그리고 첨단 실험기법 도입을 고려해 방사광 이용자로 구성된 ‘빔라인기술위원회(2021년 1월)’의 심의를 거쳐 10기의 빔라인이 선정되었다. 이 중 신약 개발, 에너지 소재, 반도체 및 양자 산업 등에서의 활용이 기대되는 3기의 빔라인은 ‘산업 우선 빔라인’으로 지정되어, 각각의 분야에 특화된 기술이 적용되고 있다. 소각산란 기법을 기반으로 한 BioPharma-BioSAXS 빔라인, 분말회절을 활용한 소재 구조분석 빔라인(Material Structure Analysis Beamline), 그리고 광전자분광학 및 흡수분광학을 결합한 연 X-선 나노프로브 빔라인(Soft X-ray Nanoprobe Beamline)이 그 예이다. 나머지 7기의 ‘연구 우선 빔라인’은 기초과학의 발전을 위한 기여를 목표로 하며, 나노각도분해분광학(Nano-ARPES), 결맞음성 X-선 회절(CoXRD) 및 소각산란(CoSAXS), 실시간 흡수분광(RealTime XAFS), BioNano Crystallography, 고에너지현미경(High Energy Microscopy, HEM), 그리고 결맞음 기반 나노프로브(NanoProbe) 빔라인 등이 이에 포함된다. 또한 HEM 및 나노 프로브 빔라인은 그 길이가 각각 100 m와 150 m로 설계되고 있으며, 시료들의 고공간분해능의 분석이 가능할 것으로 예측된다.

또한, Korea-4GSR에서 생성될 방대한 양의 고정밀 실험 데이터는 고도화된 분석 기술을 요구하며, 이에 따라 인공지능(AI)의 역할이 점차 중요해지고 있고, AI를 활용한 머신러닝 기반의 알고리즘은 실험 조건과 결과 사이의 복잡한 상관관계를 학습함으로써 실험 설계의 최적화는 물론, 실시간 데이터 해석을 가능하게 할 것으로 예측된다. 따라서, AI 기술의 도입 및 적용은 Korea-4GSR 빔라인들의 실험 효율성과 과학적 생산성을 획기적으로 향상시킬 수 있는 핵심 동력이 될 것이다.

수많은 연구자들의 헌신과 열정이 모여 세계적 수준의 Korae-4GSR 이 탄생하게 될 것으로 기대하며, 이 뜻깊은 여정이 대한민국의 미래 과학을 한 단계 도약시키는 발판이 되기를 바란다.

[객원 책임편집위원 포항가속기연구소 수석연구원 김기정 (kjkim@postech.ac.kr)]