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KISTI 누리온, IBS 라온을 만나다

작성자 박준수

작성일 2025-06-20

KISTI 누리온, IBS 라온을 만나다

- 라온 실험 정밀 예측으로 핵물리 국제 무대 주목

□ 한국과학기술정보연구원(원장 이식, 이하 KISTI)의 국가슈퍼컴퓨터 5호기 ‘누리온(NURION)’이 기초과학연구원(이하 IBS) 중이온가속기연구소가 구축한 중이온가속기 ‘라온(RAON, Rare isotope Accelerator complex for ON-line experiments)’ 실험의 정밀 예측을 지원하며, 세계 핵물리학계의 주목을 받고 있다.

□ 대전 유성구 신동지구에 위치한 라온은 중이온*을 가속해 표적에 충돌시켜 새로운 희귀동위원소**를 생성하는 장치로, 2024년 7월부터 본격 가동을 시작했다. 이에 발맞춰 IBS 희귀 핵 연구단 김영만 박사 그룹과 KISTI 첨단과학컴퓨팅센터 조기현 박사 그룹이 공동 연구팀을 꾸려, 누리온을 활용한 거대규모 전산 모사를 통해 라온에서 계획된 실험의 타당성을 검증하고, 라온의 주요 미래 실험 주제를 제안하는 연구를 수행했다.

*중이온: 수소, 헬륨보다 무거운 지구상 모든 원소의 이온을 말한다.

**희귀동위원소: 양성자의 수는 같지만 중성자의 수가 달라 질량이 다른 동위원소 중 수명이 짧고 매우 희귀하여 자연에는 거의 존재하지 않는 동위원소이다.

□ 이번 연구는 KISTI의 2024년도 2차 R&D 혁신지원 프로그램 중 거대연구 분야 지원과제로 선정되어, 2024년 5월 1일부터 6월 30일까지 2개월간 누리온 1,500노드를 전용으로 할당받아 수행되었다.

□ 라온은 우주 탄생 초기 비밀 규명, 우주 원소의 기원 추적, 별의 진화 규명, 핵의 구조 및 핵력의 본질 이해 등을 주요 과학적 목표로 삼고 있다. 그러나 기술적·경제적 제약으로 빔타임이 한정되어 있어 실험 전 정밀한 시뮬레이션을 통한 타당성 검증과 독창적인 주제 제안이 매우 중요하다.

□ 원자핵은 수십~수백 개의 핵자(양성자·중성자)가 복잡하게 상호작용하는 유한한 양자 다체 시스템이다. 이를 양자역학적으로 정확히 모델링하려면 원자핵의 파동 함수와 핵자 간 상호작용을 동시에 고려하는 고차원 계산이 필요하며, 그 연산량은 기하급수적으로 증가한다. 이른바 ‘양자 다체 문제(Many-body problem)’로 알려진 이 문제는 슈퍼컴퓨터를 이용한 고성능 병렬 연산 없이는 해결이 불가능하다.

□ 이번 연구에서 누리온은 미시적·선험적 핵이론에 기반해 희귀 핵종의 구조와 성질을 정밀하게 계산하는 데 활용되었으며, 특히 나트륨-21(21Na)의 핵 구조 예측에 성공했다. IBS는 시뮬레이션 결과를 바탕으로 2024년 12월 라온의 CLaSsy(Collinear Laser Spectros) 장치에서 실제 실험을 수행했으며, 후속 실험도 계획 중이다.

□ IBS 희귀 핵 연구단 김영만 박사는 “이번 연구는 라온 가동 초기 단계에서 누리온과의 시너지를 통해 실험의 예측정확도를 높이고 비용과 시간을 절감할 수 있었던 선도적 사례”라며, “앞으로는 실험 설계 단계부터 슈퍼컴퓨터 계산 결과를 반영함으로써 실험의 불확실성을 획기적으로 줄일 수 있을 것”이라고 밝혔다.

□ KISTI 이식 원장은 “KISTI는 세계 수준의 AI 및 HPC 인프라를 바탕으로, 중이온가속기를 비롯한 국가 대형 장비 기반의 계산과학 연구를 적극 지원해 나가겠다”며, “대체 불가능한 연구 인프라 제공 기관으로서 국가 과학기술 혁신에 핵심적인 역할을 수행하겠다”고 강조했다.

□ 한편, 이번 연구에 따른 실험 결과는 지난 5월 27일 대전컨벤션센터에서 개최된 ‘INPC(International Nuclear Physics Conference)*** 2025’에서 “Nuclear Charge Radius Measurement for Neutron-deficient Na Isotopes”라는 제목으로 발표되었다.

***INPC: 전 세계 50여 개국 800여 명의 핵물리 전문가들이 참여하는 세계 최고 권위의 핵물리학 학술대회로, 제29회인 2025년 대회가 한국에서 열렸다.