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09
'25
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CERN이 KNF 다이어프램 펌프를 채택한 이유 – 입자 충돌기 실험을 위한 가스 혼합물 오염 방지
반물질(Antimatter)과 힉스 보손(Higgs Boson)을 포함해 우주를 구성하는 물질에 대한 가장 놀라운 발견 중 상당수는 CERN의 입자 가속기를 통해 이루어졌다. 이러한 입자 검출기 내부에서 가스 혼합물을 순환시키는 펌프는 매우 높은 신뢰성을 갖춰야 하며, 가스를 오염 없이 유지할 수 있어야 한다. CERN은 이러한 엄격한 요구사항을 충족하기 위해 다이어프램 펌프(Diaphragm Pump) 기술 분야의 세계적인 선도 기업인 KNF를 선택했다.
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CERN은 스위스와 프랑스 국경에 걸쳐 위치해 있으며, 다양한 원형 및 선형 입자 가속기를 운영하고 있다.
우주는 무엇으로 이루어져 있는가?
저명한 연구기관인 CERN은 우리 주변을 구성하는 모든 물질의 근본적인 입자 구조를 탐구하고 있다. 스위스와 프랑스 국경 인근의 지하 깊은 곳에 위치한 CERN의 여러 원형 및 선형 입자 충돌기는 힉스 보손의 발견이나 반물질 분리와 같은 실험에 활용되어 획기적인 성과를 이끌어냈다.
입자 가속기를 활용한 아원자에 대한 심층적 인사이트 확보
CERN은 연구를 위해 세계에서 가장 크고 복잡한 과학 장비들을 사용한다. CERN에서 가장 큰 입자 충돌기인 LHC(Large Hadron Collider)는 방사선과 같은 외부 환경의 영향을 차단하기 위해 지하 100m에 설치되어 있다. 이곳에서 입자들은 거의 빛의 속도로 가속한 뒤 서로 충돌하게 되며, 검출기는 이러한 충돌 과정에서 발생하는 현상을 기록하게 된다.
CMS(Compact Muon Solenoid)와 같은 검출기는 입자 충돌로 발생하는 현상을 관측하는 데 사용된다.
충돌 감지를 위한 가스
전하를 띤 고에너지 입자가 가스와 충돌하면, 그 경로에 이온화 흔적이 남는다. 전기장을 이용해 이러한 신호를 증폭한 후 전자적으로 측정하면, 입자의 이동 경로를 매우 높은 정밀도로 추적할 수 있다. 이러한 실험 결과는 물질 구조에 대한 심도 깊은 통찰력을 제공한다.
까다로운 가스 혼합물이 필요한 입자 가속기
CERN은 LHC 실험 검출기에 적절한 가스 혼합물을 공급하기 위해 약 30개의 가스 시스템을 운영하고 있다. 이 혼합물은 전하를 증폭하여 신호를 생성하고, 이를 기록 및 분석하는데 사용되는 매우 민감한 매질이다. 따라서 정확하고 안정적인 가스 혼합물의 조성 유지는 효율적이면서도 안정적으로 입자 충돌기 실험을 수행하는 데 매우 중요하다.
입자 가속기의 복잡한 검출기에는 초고순도의 다양한 가스 혼합물이 사용된다.
광범위한 가스 사용
이러한 입자 검출기에 사용되는 가스 혼합물은 아르곤, 제논, 헬륨과 같은 비활성 기체를 비롯해 테트라플루오로메테인, 테트라플루오로에테인, 육불화황, 아이소부탄, 이산화탄소 등 여러 종류의 가스로 구성된다. KNF 다이어프램 펌프는 이러한 가스 혼합물을 순환시켜 오염을 방지하는 데 사용된다.
축적된 경험과 전문성 활용
수십 년간 KNF와 협력해 온 CERN의 실험 팀은 KNF의 전문성과 경험을 높이 평가하고 있다. CERN은 4대의 입자 검출기 중 하나인 CMS(Compact Muon Solenoid)에서 특정 가스 혼합물을 정제하고, 순환시키기 위해 새로운 다이어프램 펌프가 필요했을 때에도 KNF 펌프 2개를 선정했으며, 백업용으로 1개를 추가 설치했다.
CERN이 사용하는 KNF의 다이어프램 펌프는 긴밀한 협력을 바탕으로 고도의 맞춤 설계로 제작되었다.
맞춤형 입자 충돌기 솔루션을 위한 협업
CERN과 수십 년간 성공적인 협업을 이어온 KNF는 고도로 특화된 응용 분야에 대한 심층적인 이해를 바탕으로 맞춤형 솔루션을 제공하고 있다. 최근에는 CERN 가스 팀이 KNF의 공정용 펌프인 N 0150과 N 1200의 맞춤형 개발 과정에 적극적으로 참여하기도 했다.
협업을 통한 서비스 수명 연장
한편, KNF는 CERN 가스 팀의 관찰 결과를 바탕으로 펌프 설계를 개선하여 다이어프램의 수명을 연장할 수 있었다. CERN은 약 170l/min 유량을 제공하는 KNF 펌프 18대를 추가로 주문함으로써 KNF에 대한 지속적인 신뢰를 보여주었다. 이 펌프들은 2022년에 입자 가속기에 설치되었다.
