RAON 우주방사선 단일사건효과, 2차 중이온 빔 첫 실험 시연
RAON 우주방사선 단일사건효과, 왜 지금 이 연구가 중요한가
RAON 우주방사선 단일사건효과 연구는 단순한 실험 성공 소식이 아닙니다. 기초과학연구원 중이온가속기연구소가 국내 독자 기술로 구축한 중이온가속기 RAON에서 2차 중이온 빔을 활용해 우주용 반도체의 단일사건효과를 실제로 측정했다는 점에서 의미가 큽니다. 그동안 해외 시설에 의존해 오던 우주 방사선 시험을 국내에서도 수행할 수 있는 가능성을 처음으로 실험적으로 입증했기 때문입니다.
우주 산업이 확대되는 지금, 반도체 신뢰성은 곧 국가 경쟁력입니다. 이번 연구는 국내 우주 반도체 시험 자립을 향한 실질적인 출발선에 해당합니다.
연구배경: 우주에서는 왜 반도체가 고장나는가
우주에는 지구 대기권이 막아주지 못하는 고에너지 입자들이 존재합니다.
이 입자가 반도체 내부를 통과하면 순간적으로 전하가 발생하며 회로 상태가 바뀔 수 있습니다. 이를 단일사건효과라고 합니다.
단순 오류로 끝날 수도 있지만, 위성 통신 두절이나 임무 중단으로 이어질 수도 있습니다. 한 번 발사된 위성은 수리하기 어렵기 때문에 지상에서의 사전 검증은 필수입니다.
그동안 국내에서는 이런 방사선 내성 시험 인프라가 제한적이었고, 많은 연구진이 해외 가속기를 이용해 시험을 진행해 왔습니다. 일정과 비용, 접근성 측면에서 한계가 분명했습니다.
연구방법: 2차 중이온 빔이라는 새로운 접근
▲ RAON 우주방사선 단일사건효과 2차 중이온 빔 생성 모식도
RAON에서는 1차 중이온 빔이 표적에 충돌하면서 다양한 희귀동위원소와 2차 중이온 빔이 생성됩니다.
연구팀은 바로 이 2차 중이온 빔을 활용해 반도체 단일사건효과 측정 가능성을 검증했습니다.
2차 빔은 입자 종류와 에너지가 혼합되어 있어 실험 제어가 까다롭습니다. 따라서 어떤 입자가 언제 반도체에 조사되는지를 실시간으로 구분해야 합니다.
이번 연구에서는 입자 식별 시스템을 통해 이를 안정적으로 구현했습니다. 이는 단순 시험이 아니라, 데이터 신뢰성을 확보했다는 점에서 기술적 완성도가 높습니다.
연구결과: 실험적 가능성의 확인
▲ RAON 우주방사선 단일사건효과 측정 데이터 분석 결과
실험 데이터에서는 질량대전하비와 원자번호 분포를 통해 다양한 입자가 생성되었음을 확인했습니다.
이 입자들을 기반으로 실제 반도체 조사 실험이 이루어졌고, 단일사건효과 측정 가능성이 입증되었습니다.
특히 이번 논문은 RAON에서 외부 연구자에게 제공한 빔을 활용해 도출된 첫 국제 SCI(E) 논문이라는 점에서 상징성이 큽니다.
이는 RAON이 단순 연구 시설이 아니라, 산업과 학계를 연결하는 개방형 연구 인프라로 발전할 수 있음을 보여줍니다.
핵심 정리 표
| 항목 | 내용 | 의미 |
|---|---|---|
| 시험 대상 | 우주·항공용 반도체 | 실제 임무 적용 부품 신뢰성 검증 |
| 가속기 | RAON 중이온가속기 | 국내 독자 기술 기반 |
| 빔 특성 | 희귀동위원소 생성 과정의 2차 중이온 | 혼합 입자 환경 시험 가능성 확인 |
| 기술 성과 | 실시간 입자 식별 및 안정적 조사 | 데이터 정확성 확보 |
| 의의 | 단일사건효과 국내 시험 가능성 시연 | 해외 의존도 완화 기반 마련 |
실험 장치와 현장 구성
▲ RAON 우주방사선 단일사건효과 반도체 조사 장치
진공 챔버 내부에 설치된 조사 스테이션에서 우주용 반도체가 중이온 빔에 노출되었습니다.
실시간으로 오류 신호를 수집하며, 입자 조건과 오류 발생을 연계 분석했습니다.
이 구조는 향후 반복 실험과 데이터 축적의 기반이 됩니다.
연구진과 협력 구조
▲ RAON 우주방사선 단일사건효과 연구진
(왼쪽부터) 이광복 연구위원(IBS), 곽동현 선임연구원(KAERI), 김은희 연구위원(IBS), 김미정 연구위원(IBS), 함철민 연구위원(IBS), 오건희 연구위원(IBS), 김재천 연구위원(IBS), 편성재 연구위원(IBS), 손창욱 선임기술원(IBS), 김태효 선임연구원(KARI), 이우준 선임연구원(KARI, 교신저자), 박근영 책임연구원(KARI), 곽민식 연구위원(IBS, 제1저자), 추경호 연구위원(IBS, 교신저자), 김동건 연구위원(IBS), 이상진 연구위원(IBS).
이번 연구는 IBS 중이온가속기연구소와 한국항공우주연구원 공동연구로 수행되었습니다.
제1저자는 곽민식 연구위원이며, 공동 교신저자는 추경호 연구위원과 이우준 선임연구원입니다.
가속기 운영진과 외부 연구진의 긴밀한 협력이 있었기에 제한된 빔 타임 내 실험이 성공적으로 이루어질 수 있었습니다.
논문 정보
논문명: First demonstration of single event effects induced by secondary heavy ion beams at RAON
게재지: Nuclear Engineering and Technology
DOI: https://doi.org/10.1016/j.net.2025.104105
이번 논문은 2차 중이온 빔을 활용한 단일사건효과 측정의 첫 시연 사례로 기록됩니다.
왜 이 연구가 우리에게 중요한가
이 연구는 단순한 과학 성과가 아닙니다.
국내 우주 산업이 성장하려면 반도체 신뢰성 데이터가 필요합니다.
국내에서 반복 시험이 가능해진다면 개발 일정은 단축되고, 비용은 절감되며, 기술 자립도는 높아집니다.
기업과 연구기관은 이제 방사선 시험을 설계 단계부터 고려해야 합니다.
RAON 우주방사선 단일사건효과 연구는 그 방향성을 제시한 첫 걸음입니다.
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맺음말
좋은 연구는 단순한 결과 발표로 끝나지 않습니다.
왜 중요한지, 누구에게 영향을 주는지, 앞으로 무엇을 준비해야 하는지를 생각하게 합니다.
RAON 우주방사선 단일사건효과 연구는 국내 가속기 기술이 산업과 연결되는 전환점입니다.
데이터 축적과 시험 표준화가 이어진다면, 대한민국은 우주용 반도체 신뢰성 평가 분야에서도 독자적 기반을 갖추게 될 것입니다.