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VOL.21/NO.3/Autumn 2014 23 빔라인 소식 Photoemission 분과 4A2 Angle Resolved PES 빔라인 2014년 여름 휴지기 동안 4A2 빔라 인에서는 1> 빔라인 실험 Manipulator 장치 수리 (thermocouple wire 및 세라 믹 교체, 오염된 부분 세척 및 교체), 2> Manipulator 장치 절연 체크 및 작 동 테스트, 3> Chemical Chamber Turbo Pump 교체를 통한 진공도 향 상, 4> 실험 측정 및 데이터 처리 소 프트웨어 개발/구축 등을 진행하였 다. 그리고 Liquid Nitrogen Storage Dewar (100 L)를 구입하여 저온실험 을 보다 원활하게 진행될 수 있게 하 였다. 한편 4A2 ARPES 빔라인은 2014 년도 하반기 이용자 지원을 끝으로 IBS에서 운영하는 spin ARPES 빔라 인으로 용도변경이 되며, 2015년도 부터는 4A1 μ-ARPES 빔라인에서 통합운영하여 이용자 지원을 할 예 정이다. 동시에 spin ARPES 빔라인 은 2016년도부터 운영을 시작하기위 하여 예비 작업을 수행하고 있다. 이영미 선임연구원 [email protected] 10A Nanoscopy 빔라인 2013년 하반기에 Scanning Transmission X-ray Microscopy (STXM) 장비를 10A 빔라인에 설치 완료하였다. 두 개의 미러 (M1, M2) 를 적절하게 조정하면서 X-선을 Exit Slit 까지 집속 가능하며 이를 통과한 X-선은 STXM 장비로 들어 가게 된다. 이에 따라 장비 설치와 함께 X-선 빔을 STXM 실험 장비까 지 성공적으로 보내었으며, 2014년 상반기에는 빔라인 자체적으로 언듈 레이터 (EPU72)의 갭과 극성을 조 정하는 시험과 동시에 Premirror 와 Grating을 조정하여 X-선 빔의 에너 지를 제어하는 시험을 하였다. 특히, 2014년 5월에 Bruker와 미국의 ALS 의 전문가가 5일 간 방문해서 최종 적으로 STXM 장비를 점검하였으며 원활한 실험수행을 위해서 최적화하 는 작업을 완료하였다. 결과적으로 Zone Plate로 집속함으로써 얻어진 공간분해능은 20-30 nm 정도이다. 이로써 상반기 기간 동안 생체 세포, 폴리머 박막, 유기박막 소자, 자성박 막, 나노입자, 나노소자 등의 다양 한 시료들에 대한 실험을 수행하였 다. 비록 빔라인 운행 초기이지만 수 십 nm의 공간 분해능을 갖고 안정 적으로 시료들의 X-선 투과 이미지 를 얻고 있다. 다만 탄소 흡수 영역 인 284-300 eV에 해당하는 에너지 를 제외한 200-1800 eV 영역의 에 너지를 이용한 흡수스펙트럼은 현재 잘 얻어지고 있다. 한편, 최적화 이후로 소프트웨어 의 기능을 충분히 활용하게 됨으로 써 일반 이용자들도 쉽게 실험에 익 숙해질 수 있게 되었다. STXM 컨트 롤 소프트웨어를 통해서 시료 장착 이후 모든 모터들의 움직임을 제어 하여 빔 정렬 및 시료를 빔 집속위 치에 손쉽게 가져갈 수 있는 상황이 다. 물론 앞으로 In situ 실험과 같 은 경우는 수정 보완이 필요하겠지 만, 현재 장착된 그대로의 시료 상태 에 대한 투과 이미지와 흡수 스펙트 럼을 얻는 것은 안정적으로 할 수 있 는 상황이다. 고정된 한 에너지에서 2x2 um 2 크기의 이미지를 400x400 points 로 얻는데 보통 수 분 안에서 얻을 수 있다. 이 경우 한 픽셀의 크 기는 5 nm 에 해당하며, 1 ms 정도 의 시간동안 데이터를 받아들인다. 한편 수 eV 의 에너지 구간을 작은 에너지 간격으로 연속해서 이미지 를 얻을 수 있는데 이러한 경우 보통 40-50 분 정도의 시간으로 이미지 스택을 얻을 수 있다. 이러한 이미지 스택으로부터 각 위치에 해당하는 에너지 흡수스펙트럼을 얻을 수 있 분야별 빔라인 소식

분야별 빔라인 소식kosua.postech.ac.kr/ckfinder/userfiles/files/... · 2016-12-28 · Turbo Pump 교체를 통한 진공도 향 상, 4> 실험 측정 및 데이터 처리 소

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VOL.21/NO.3/Autumn 2014

23

빔라인 소식

Photoemission 분과

4A2 Angle Resolved PES 빔라인

2014년 여름 휴지기 동안 4A2 빔라

인에서는 1> 빔라인 실험 Manipulator

장치 수리 (thermocouple wire 및 세라

믹 교체, 오염된 부분 세척 및 교체),

2> Manipulator 장치 절연 체크 및 작

동 테스트, 3> Chemical Chamber

Turbo Pump 교체를 통한 진공도 향

상, 4> 실험 측정 및 데이터 처리 소

프트웨어 개발/구축 등을 진행하였

다. 그리고 Liquid Nitrogen Storage

Dewar (100 L)를 구입하여 저온실험

을 보다 원활하게 진행될 수 있게 하

였다.

한편 4A2 ARPES 빔라인은 2014

년도 하반기 이용자 지원을 끝으로

IBS에서 운영하는 spin ARPES 빔라

인으로 용도변경이 되며, 2015년도

부터는 4A1 μ-ARPES 빔라인에서

통합운영하여 이용자 지원을 할 예

정이다. 동시에 spin ARPES 빔라인

은 2016년도부터 운영을 시작하기위

하여 예비 작업을 수행하고 있다.

이영미 선임연구원

[email protected]

10A Nanoscopy 빔라인

2013년 하반기에 Scanning

Transmission X-ray Microscopy

(STXM) 장비를 10A 빔라인에 설치

완료하였다. 두 개의 미러 (M1, M2)

를 적절하게 조정하면서 X-선을

Exit Slit 까지 집속 가능하며 이를

통과한 X-선은 STXM 장비로 들어

가게 된다. 이에 따라 장비 설치와

함께 X-선 빔을 STXM 실험 장비까

지 성공적으로 보내었으며, 2014년

상반기에는 빔라인 자체적으로 언듈

레이터 (EPU72)의 갭과 극성을 조

정하는 시험과 동시에 Premirror 와

Grating을 조정하여 X-선 빔의 에너

지를 제어하는 시험을 하였다. 특히,

2014년 5월에 Bruker와 미국의 ALS

의 전문가가 5일 간 방문해서 최종

적으로 STXM 장비를 점검하였으며

원활한 실험수행을 위해서 최적화하

는 작업을 완료하였다. 결과적으로

Zone Plate로 집속함으로써 얻어진

공간분해능은 20-30 nm 정도이다.

이로써 상반기 기간 동안 생체 세포,

폴리머 박막, 유기박막 소자, 자성박

막, 나노입자, 나노소자 등의 다양

한 시료들에 대한 실험을 수행하였

다. 비록 빔라인 운행 초기이지만 수

십 nm의 공간 분해능을 갖고 안정

적으로 시료들의 X-선 투과 이미지

를 얻고 있다. 다만 탄소 흡수 영역

인 284-300 eV에 해당하는 에너지

를 제외한 200-1800 eV 영역의 에

너지를 이용한 흡수스펙트럼은 현재

잘 얻어지고 있다.

한편, 최적화 이후로 소프트웨어

의 기능을 충분히 활용하게 됨으로

써 일반 이용자들도 쉽게 실험에 익

숙해질 수 있게 되었다. STXM 컨트

롤 소프트웨어를 통해서 시료 장착

이후 모든 모터들의 움직임을 제어

하여 빔 정렬 및 시료를 빔 집속위

치에 손쉽게 가져갈 수 있는 상황이

다. 물론 앞으로 In situ 실험과 같

은 경우는 수정 보완이 필요하겠지

만, 현재 장착된 그대로의 시료 상태

에 대한 투과 이미지와 흡수 스펙트

럼을 얻는 것은 안정적으로 할 수 있

는 상황이다. 고정된 한 에너지에서

2x2 um2 크기의 이미지를 400x400

points 로 얻는데 보통 수 분 안에서

얻을 수 있다. 이 경우 한 픽셀의 크

기는 5 nm 에 해당하며, 1 ms 정도

의 시간동안 데이터를 받아들인다.

한편 수 eV 의 에너지 구간을 작은

에너지 간격으로 연속해서 이미지

를 얻을 수 있는데 이러한 경우 보통

40-50 분 정도의 시간으로 이미지

스택을 얻을 수 있다. 이러한 이미지

스택으로부터 각 위치에 해당하는

에너지 흡수스펙트럼을 얻을 수 있

분야별 빔라인 소식

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24 │방사광과학과기술│

빔라인 소식

다는 강력한 기능이 가능한 상황이

다. 이러한 기능을 통해서 수십 나노

미터 영역에서의 화학적 상태를 예측

할 수 있다. 앞으로 이러한 기능을 활

용하여 다양한 분야의 시료들에 대한

실험이 가능하리라 기대한다.

위에 그림들은 초기에 얻은 데이터

들로써, 첫 번째 그림은 20 nm 두께를

가지는 패턴에 대해 25 nm outermost

zone width를 가지는 zone plate로 얻

은 이미지로써 각 패턴들이 잘 분리

되어 나타남을 보여주고 있다.

두 번 째 그림은 300 nm의 직경을

갖는 실리카들에 대해서, 각기 다른

분광정보를 제공해주는 4개의 광자

에너지에서 얻은 이미지들(각 이미

지를 얻은 광자 에너지가 초록색 점

들으로 나타나 있음)과 실리카 외부

및 내부에서 얻은 O K-edge 스펙트

럼들(내부에서 얻은 하늘색과 외부

에서 얻은 빨간색)을 보여주고 있다.

김남동 선임연구원

[email protected]

XRD&Topogrpahy 분과

3D X-ray Scattering 빔라인

3D XRS 빔라인은 X-선 일반 산란

실험을 위한 PLS 최초의 빔라인으로

서 노후화로 수리 및 성능향상이 절

실히 요구되고 있다. 특히, 2014년에

는 2차원 검출기의 설치와 적용, 그

리고 회절기 수리 및 시료 정밀제어

스테이지의 설치를 in-situ 실험의

수월성 확보를 통해 빔라인을 차별화

하기 위한 계획을 진행 중이다. 간략

한 성능향상 계획을 소개하자면, 약

20keV 의 에너지까지 에너지 영역을

확대하고 빔 세기를 높이기 위한 미

러 검토를 완료하고 구매가 진행되

고 있다. 미러와 함께 목표 에너지 영

역에 부적합한 노후화된 현재의 분광

기를 연구소가 보유하고 있는 분광

기로 수정/교체하여 높은 에너지 영

역이 안정적으로 운용되도록 한다.

2014년 여름 휴지기에 2차원 검출기

를 설치/적용하여 3차 빔타임부터는

그림3.(좌)3D빔라인용2차원검출기,(우)3D빔라인회절기

그림1.20nmspacing을가지는패턴에

대한이미지

그림2.300nmsilicaimagesatdifferent

photonenergies&OK-edgespectrafrom

edge&centerofsilicananoparticle

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VOL.21/NO.3/Autumn 2014

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빔라인 소식

2차원 검출기(MAR345 Image Plate)

를 이용한 실험이 가능하도록 한다.

2015년 1차 빔타임부터는 시료 위

치 정밀제어 스테이지(XYZ stage)

를 적용하여 다양한 형태의 시료를

정렬하여 2차원 검출기로 측정할

수 있을 것이다. 2014년 여름 휴지

기에 설치된 2차원 검출기(MAR345

Image Plate)의 간단한 사양은 다

음과 같다: 스캔 영역의 직경은

345mm, 픽셀 사이즈는 100x100μm,

픽셀의 수는 3450x3450, dynamic

range는 1:128,000, 스캔/삭제 사이

클 소요시간은 34~108초이다. 예상

되는 in-situ 실험분야로는 2차전지

충방전 실험, 고압실험, 기타 다양한

물리화학적 인자들에 따른 시료의 구

조변화를 실시간으로 관찰하는 실험

들에 적용될 것으로 판단된다. 3D 빔

라인은 포항가속기연구소의 최초의

빔라인이라는 상징적 의미에 머물지

않고 진행되고 있는 성능향상 과정을

통해 in-situ 실험들에 최적화되어

관련 과학분야에 크게 기여할 수 있

을 것으로 기대된다.

전태열 선임연구원

[email protected]

SAXS 분과

9A U-SAXS Beamline Update 상황

9A U-SAXS 빔라인은 2014년 5월

26일부터 6월 4일까지 소각 X선 산란

분야의 전문가인 미국 APS(Advanced

Photon Source)의 이병두 박사를 모

시고 9A U-SAXS 빔라인에서 개선을

진행하고 있는 부문에 대한 자문을

실시하였으며 이를 통해 절대 산란강

도 측정 및 GI-WAXD 실험에서의 입

사각 보정 방법 등 다양한 성능향상

을 실시하였다.

먼저 Glassy Carbon 표준시료를

이용하여 절대 산란강도의 측정 및

보정이 가능하게 되었다. APS에서

보정된 Glassy Carbon 표준시료를

이용하여 9A U-SAXS에서 절대 산

란강도를 측정하였다. 1mm 두께의

Glassy Carbon을 이용하여 4.5m의

SDD (sample- to-detector distance)

실험 조건에서 측정한 결과 아래 그

림과 같이 절대 산란강도 보정 곡선

을 얻을 수 있었으며 추후 이용자 지

원 시 Glassy Carbon을 이용한 절대

산란강도 정보를 제공할 예정이다.

두 번째로 직사각형 형태 (400 μm (H)

* 50 μm (V))의 pin-hole을 부착하여

Theta angle scan시 발생하는 오차를

감소시켰다. 기존 GI-WAXD에서는 샘

플의 정렬을 위하여 Beam stopper에 부

착되어 있는 Photo diode를 이용한

Theta angle scan을 통한 입사각의

보정을 하였다. 하지만 실제 입사각

과 Theta angle scan에 의하여 보정

된 입사각 사이에 약 0.02o의 오차가

발생하는 문제점이 있었으며 이러한

오차 발생의 원인은 800 μm hole을

가지는 pin-hole 내부로 Directed

Beam과 Reflected Beam이 동시에

관측이 되기 때문이다. 오차 발생 원

인을 줄이기 위해서 기존에는 작은

크기의 pin-hole을 (100μm 이하) 부

착하거나 Photo diode의 위치를 수직

방향으로 이동하여 Reflected Beam그림4.GlassyCarbonAbsoluteintensity

측정결과

그림5.Photodiode전면Pinholesize에

따른Thetascan결과

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26 │방사광과학과기술│

빔라인 소식

을 피하는 방법을 사용하였다.

하지만 작은 형태의 pin-hole을

사용할 경우 Direct beam이 이동할

경우 Beam의 위치를 찾기 어려운 단

점이 있었으며 Photo diode의 위치

를 임의로 수직방향으로 이동할 경

우 반복적인 실험을 할 때 초기 위치

로 완벽하게 돌아오지 않는다는 단

점이 있었다. 이런 단점을 극복하기

위해서 직사각형 형태 (400 μm (H)

* 50 μm (V))의 pinhole을 부착하

여 Theta angle scan시에 발생하는

Reflected Beam을 제거하고 동시에

Horizontal 방향으로 큰 사이즈의

pin-hole을 사용함으로써 쉽게 Direct

beam의 위치를 찾을 수 있게 되었으

며 동시에 Theta angle scan을 통한 입

사각 보정을 할 경우 아래의 그림과 같

이 실제 입사각과 보정에 의한 수치 오

차가 0.005o이내로 발생하게 되어 더

욱 정교한 GI-WAXD 실험이 가능하게

되었다.

마지막으로 CCD 전면부에 설치되

어 있는 CCD Cover를 샘플의 정렬

을 위해 수동으로 제어 했던 과정을

EPICS 및 SPEC 프로그램과 연동을

통해 자동화 시켜 샘플 정렬 및 시료

측정 중에 별도의 제어가 필요 없이

자동으로 개폐가 가능하게 수정되었

다. 기존의 수동 제어 방법의 경우

시료의 정렬 과정마다 CCD Cover를

열고 닫는 과정이 필요하였으며 동

시에 실험자의 실수로 인하여 CCD

Cover를 닫지 않을 경우 x-ray의 장

시간 노출에 의한 CCD 손상 위험이

있었지만 이번 CCD Cover 자동화를

통해 실험자의 편의성을 확보 할 수

있었고 동시에 CCD 손상 위험을 줄

일 수 있게 되었다.

안형주 선임연구원

[email protected]

MX 분과

5C 구조생물학2 빔라인 소식

2014년 2분기에 있었던 5C 빔라

인의 업데이트 소식이다. 여러가지

크고 작은 일들이 진행되었지만 가

장 먼저 소개하고 싶은 일은 MxDC

프로그램의 업데이트 부분이다. 첫

번째는 Raster 기능을 프로그램에

추가하였다. Raster 기능은 일반적

으로 마이크로 MX 빔라인에서 결정

의 회절능이 가장 좋은 부위를 스캔

하거나 혹은 loop에서 결정의 위치

를 현미경으로 찾을 수 없을 때 사

용하는 기능이다. 현재 5C 빔라인

의 빔의 크기가 100 um 를 기본으로

사용하고 있기 때문에 Raster는 크

게 효과를 발휘할 수는 없으나, 결

정의 크기가 매우 크거나 혹은 막대

기 모양을 가진 결정의 경우에는 회

절능이 좋은 부분을 비교적 편리하

게 찾을 수 있다. 각각의 회절 이미

지는 자동으로 분석되어서 회절능에

그림6.MxDC프로그램의Raster텝.50um크기의빔으로2D스캔할loop부분이원으로표

시되어있다.각각의회절이미지에대한랭킹은우측공란에나타난다.

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VOL.21/NO.3/Autumn 2014

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빔라인 소식

따른 랭킹이 매겨지게 된다. 두번째

는 auto-processing tab의 활성화이

다. 이 텝에서는 수집된 회절 데이터

를 XDS 프로그램을 사용해서 자동

으로 processing 해주는 기능이다.

이를 위해서 다양한 프로그램이 순

차적으로 데이터를 프로세싱하게 된

다. 라이소자임 결정과 같이 회절능

이 좋은 데이터는 매우 정확하게 sp

ace group을 잡아주고 integration에

서 scaling까지 완벽하게 처리해주

는 것을 확인하였다. 본 기능은 제약

회사 등에서 주로 사용하는 다양한

ligand screening 에서는 매우 편리

하게 적용할 수 있을 것으로 생각된

다. 다만 일반 사용자들의 적당한 회

절능을 가지는 결정 데이터에 대한

auto-processing의 적용 여부에 대

해서는 좀더 많은 경험이 필요하다.

김연길 선임연구원

[email protected]

BMI 분과

4B XMD 빔라인 (Imaging 그룹)

2014년에 4B 엑스선 미세회절(X-

Ray Microdiffraction) 빔라인에서

는, 가반 중량의 부족으로 그 동안

가끔 제어성을 읽어버려 문제를 일

으키던 Z축 스테이지를 가반 중량이

25kg인 M-ILS100LM으로 교체 설치

하였으며, 미세실험의 원리상 분광

기의 출력이 원천적으로 낮은 문제

점을 해결하는 방안의 일환으로, 기

존 사용하던 피코 전류계측기(6485)

를 대체하여 펩토 수준의 전류까지

측정 가능한 SourceMeter(2635B)를

그림7.MxDC프로그램의Processing텝.Datacollection에서수집된데이터는XDS를통해

서자동으로분석할수있다.

그림8.시편이송기의재구성

(a)기존미세실험을위한A마운트가시편이송기에장착된모습

(b)B마운트에조립된인장시험기

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28 │방사광과학과기술│

빔라인 소식

도입/운용하고 있다. 이 SourceMeter를

이용함으로써 12keV 이상의 에너지 범

위에서 이온 챔버 전류치의 부호가 역

전되던 현상을 제거할 수 있게 되었다.

금년 4월부터 시작된 이용자지원

초기에 빔 궤도 변화로 인하여 빔 강

도가 현저히 약화되었었는데, 허치

내부의 Be 창구 하부에 빔 중심이 가

려지는 것으로 최종적으로 파악되었

으며, Be 창구를 재정렬함으로써 빔

강도를 정상화 시킬 수 있었다.

한편, 기존의 미세회절 실험 및

미세형광 실험에 추가적으로 인장

중 미세실험을 수행할 수 있도록 시

편이송기의 재구성이 이루어졌다.

[그림 8(a)]에는 일반적인 미세회절

및 미세형광 실험을 수행하거나 빔

을 집속할 때 사용되는, 기존의 시

편홀더를 장착할 수 있는 마운트(A

마운트)가 시편이송기에 장착된 모

습이 나타나 있다. [그림 8(b)]에는

도입된 인장시험기를 시편이송기

상부에 장착하기 위해서 설계/제작

된 다른 마운트(B 마운트)에 인장시

험기가 조립된 모습이 나타나 있다.

두 마운트는 시편이송기에 장착되는

부분은 동일한 설계를 가지고 있으

며, 영구자석과 전자석을 겸비한 세

개의“Hybrid Holder”를 구비하고

있어 시편이송기 상에 실험 종류에

따라 간편하게 서로 교체 설치될 수

있도록 설계되었다.

길계환 책임연구원

[email protected]

6C 생명의학영상 빔라인

6C 생명의학영상 빔라인은 단색광

의 방사선 X-선을 이용하여 고해상

도 영상 연구와 방사선치료연구를 수

행하는 시설이다. 2014년 2분기 운

전 기간 중 이용자 지원과 함께 단색

화 장치 (monochromator)의 성능 개

선, X-선 토포그라피 (topography)

와 X-선 굴절차 영상 기법, 다결정체

의 결정 배열 분석 기법 개발 등을 수

행하였다.

20-33 keV 사이의 단색광을 생산

하는 double crystal monochromator

(DCM) 2호기가 빔 정렬이 어렵고 빔

의 밝기가 기대에 미치지 못하는 문

제가 있었는데, 첫 번째 결정으로부

터의 산란을 차폐하는 목적으로 설

치한 덮개를 제거하였더니 밝은 빔을

얻을 수 있게 되었다. 덮개가 빔을 일

부 가리고 있었던 것으로 추정된다.

이 빔의 밝기와 크기 등에 대한 측정

은 가을에 수행할 예정이다. 그리고,

33-50 keV 사이의 단색광을 생산하

는 DCM 1호기도 동일한 문제가 있을

것으로 예상되어 여름 정비기간 중에

진공 챔버를 열고서 덮개를 제거할

계획이다.

밝은 단색광을 제공함으로써 고해

상도 X-선 영상을 빠르게 얻기 위한

double multilayer monochromator

(DMM)은 energy scan을 하기 위한

프로그램을 개발 중에 있다.

X-선 토포그라피는 결정의 다양

한 결함들을 비파괴적으로 관찰하는

영상 기법이며, 특히 산업체에서 수

요가 크다. Lang topography 기법을

사용하여 dislocation, scratch 등을

삼차원 영상화하는데 성공하였다.

그림9.6C생명의학영상빔라인에서개발중인X-선굴절차영상기법으로촬영한관절부

위영상.(좌)일반영상기법,(우)X-선굴절차영상기법

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빔라인 소식

영상의 질은 백색광 X-선 토포그라

피와 비슷한 수준이었다. 로보트 팔

에 X-선 현미경을 설치하여 결정에

서 반사되는 빔을 검출하였는데, 사

용한 로보트 팔이 공간 상의 임의의

위치와 방향으로 X-선 현미경을

위치시키는데 제약이 많아서 정렬

이 매우 어려웠다. 그래서, 전용의

goniometer를 제작 중에 있다. 가

을에 설치될 예정이다.

X-선 굴절차 영상은 감도를 극대

화하여 미세한 밀도 차이도 영상화

할 수 있는 기법으로, 특히 생명의

학 분야의 연구자들이 연조직 (soft

tissue)에 대한 영상 연구를 위해 필

요성을 제기해 왔다. 이를 구현하

는 여러 가지 방법이 있으나, 본 빔

라인에서는 X-선 토포그라피의 연

장선에 있는 결정 기반의 회절 영상

기법을 구현하였다. 이를 위해 일

본 Tokyo University of Science의

Ando Masami 교수가 큰 도움을 주

었다. 비대칭으로 절삭한 실리콘 결

정을 사용하여 빔의 크기를 수직방

향으로 키워서 현재 수평 3 cm, 수

직 4 cm의 field of view를 제공한다.

그리고 analyzer로는 Laue 결정을

사용하였다. [그림 9]에 나타낸 바와

같이 관절의 연골도 선명하게 볼 수

있었다.

현재 X-선 굴절차 영상 CT를 구

현하기 위해 장치를 개발하고 있다.

가을 운전기간에 CT를 테스트할 예

정이며, 이를 바탕으로 겨울에는 최

적화 및 장치의 안정성을 높혀서 내

년부터 일반 이용자들에게 본 실험

을 제공할 계획이다.

임재홍 선임연구원

[email protected]

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30 │방사광과학과기술│

빔라인 소식

3세대 가속기 운전

2014년 2분기 가속기 운전은 9 차

에서 14차 이용자 기간까지 6차례 이

용자 기간이 있었고 이 기간 동안 기

본적으로 Top-up mode 빔 제공을 하

였다. 다만 14차 이용자 기간 중에 선

형가속기 2번 klystron에 문제가 발

생하여 정상적인 빔 입사가 불가능

하여 3일간 Decay mode로 빔을 제

공하였다. 이기간 중에는 단계적으

로 저장 전류를 증가시켜 상반기 마

지막 14차 운전 기간에는 350 mA 빔

을 제공할 예정이었다. 이에 9차 이

용자 기간 250 mA 빔 제공을 시작으

로 10차, 11차는 280 mA, 12차, 13 차

는 320 mA 빔을 제공하였다. 하지만

14차 기간 350 mA 빔 제공 준비 중에

저장링의 진공도가 높아져서 320 mA

빔 제공을 하게되었다. 진공도의 변

화는 빔 수명에도 영향을 주어서 320

mA에서 평균 10 시간에서 평균 7.9

시간으로 감소하였다. 빔 수명의 감

소는 입사 시간을 지연시키는 요인이

된다. 진공도가 높아진 원인을 분석

한 결과, 하게 정비 기간중에 이상 용

인을 제거할 예정이다. Top-up mode

빔 제공 중 입사 간격은 190 초이다.

입사 전하량은 10 Hz로 평균 18.1 pC

이다. 이기간 동안 입사 효율은 평균

70.0 %를 유지했다. 이용자 기간별

저장전류와 입사 전하량, 빔 수명 등

이 표 1에 나타나 있다.

이 기간 동안 사용자에게 빔을 제

공한 전체 시간은 193 시간으로 예

가속기 운전 소식

그림1.이용자기간중빔제공실패횟수(왼쪽)와시간(오른쪽)

표1.이용자기간별최고저장전류및입사전하량,빔수명,빔저장모드

표2.이용자기간별빔제공시간과가용률

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VOL.21/NO.3/Autumn 2014

31

빔라인 소식

정은 209 시간이어서 평균 가용율

은 92.9 % 이었다. 9차 이용자기간

에는 전력 공급 계통에 문제가 발생

하여 가용율이 81.0 %였으며 14차 운

전 기간은 선형가속기 klystron 문제

로 입사가 불가하여 가용율이 79.0 %

로 낮아졌다. 이런 가용률 저하를 미

연에 방지하기 위하여 전력 공급 계

통을 다시 점검하는 한편 선형가속

기 보강 사업도 추진 중에 있다. 평균

fault recovery에 걸린 시간(MTTR)은

3.3 시간이며, fault 사이의 평균 시간

(MTBT)은 84.9 시간이다. 이용자 기

간별 운전 시간과 가용율 등이 표 2에

나와있다. [그림 1]에는 이용자 기간

중의 저장링 운전 실패 원인이 발생

한 횟수와 소요된 시간 별로 분석되

어 있다.

김문경 선임연구원

[email protected]

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32 │방사광과학과기술│

빔라인 소식

4세대 방사광가속기 사업은 2011

년에 시작, 2015년에 준공을 목표로

건설 중에 있으며, ’14년 8월 현재 4

세대 방사광가속기 기반시설은 터널

공사, 철골설치, 지붕, 벽체 및 기술

지원동 등 전체공정의 약 70%까지

진행되고 있다[그림 1].

기반시설의 완공에 즈음하여 4세

대 방사광가속기 장치 설치를 위한

TFT를 구성하였으며, 장치에 대한

설치 순서 및 공정에 대한 시나리오

를 수립 중이며, 설치완료 후 2016년

시운전에 대한 계획도 수립 중에 있

다. 이에 따라 가속장치는 9월중 터

널을 인도받아 모듈레이터시스템,

가속관 등 주요장치에 대한 설치에

들어갈 예정이다.

빔라인 장치는 빔라인 사양이

결정되어 광학장치 등이 발주 진

행 중에 있다. 특히 CXI 빔라인 실

험장치로 단백질 결정을 냉각하

지 않고 실온에서 단백질 구조 정

보를 얻을 수 있도록 결정 시료를

연속적으로 제공하는 액체빔 샘플

인젝터 시스템을 개발 중에 있다

[그림 2].

4세대 가속기 소식

그림1.4세대방사광가속기건설현장(2014년7월24일)

그림2.공기역학렌즈에의해직경약3마

이크론크기로focusing된액체빔이안정적

으로제공되는상태