119th General Meeting of the KCS

Type Symposium
Area Chemical Application of X-ray Free Electron Laser (XFEL)
Room No. 304호
Time FRI 10:00-:
Code PHYS2-3
Subject 4세대 방사광가속기 빔라인 및 레이저시스템 현황과 XFEL 연구를 위한 레이저 응용 (Status of PAL-XFEL Beamlines and laser applications on XFEL sciences)
Authors 엄인태
포항가속기연구소 4세대 빔라인부, Korea
Abstract 포항의 4세대 방사광가속기 (이하 PAL-XFEL)는 미국의 LCLS와 일본의 SACLA에 이어 세계에서3번째로 운영이 시작될 X선 자유 전자 레이저 (X-ray free electron laser, XFEL)이다. 2014년 건물 완공 이후 주요 가속장치 및 빔라인 장치의 구축이 2015년말 완료 되었으며, 2016년 6월 0.5 nm 자유전자레이저 발생을 시작으로 가속기 최적화와 빔라인 시운전을 거쳐 2017년 하반기 이용자 지원을 시작을 앞두고 있다. 더불어 올해 1월에는 연X선 자유전자레이저 발생에도 성공하여 현재 시운전 및 실험을 위한 준비가 진행 되고 있다. PAL-XFEL에서 제공되는 광원은 펨토초 X선 레이저로, 광자빔의 파장에 따라 0.6~0.06nm 영역의 경 X선과 4.5~1.0nm 영역의 연 X선으로 구분되며 초기에는 경X선 1개 빔라인에 2개의 end-station, 연 X선 1개 빔라인에 1개의 end-station이 각각 설치되어 운영된다. 실험적으로 XFEL이 가져온 가장 큰 변화는 펨토초 수준의 짧은 펄스를 이용한 극초고속 시간분해 동역학 연구가 X선 영역에서 가능하게 되었다는데 있다. X선을 이용한 다양한 측정 - 회절, 산란, 이미징 등 모든 영역 -에서 XFEL을 이용한 시간분해 동역학 연구는 ‘펌프’ 펄스에 의해 순간적으로 만들어진 비평형 상태의 계가 이완 또는 변화하는 과정을 XFEL을 이용하여 ‘탐침’하는 펌프-프로브 방법을 주로 이용한다. 현재 가장 많이 쓰이고 있는 펌프 광원은 펨토초 광학레이저 펄스이다. PAL-XFEL의 실험용 광학레이저 시설은 경 X선과 연 X선 실험홀에 각각 1실이 구축되어 있으며 레이저 시스템은 총 3기로 각 end-station당 하나의 펨토초 레이저 시스템이 할당 되어 있다. 레이저 시스템의 주요 장치는 모두 클린룸 환경에서 운영되며 실험을 위한 펨토초 레이저 펄스는 각 end-station의 시료 위치까지 전송되어 XFEL을 이용한 동역학 연구에 이용된다. 또한 펨토초 레이저 펄스는 XFEL 광원의 시간 지터(jitter)를 측정하여 실험 결과를 보정함으로서 실험의 시간분해능을 높이는데 결정적인 역할을 한다. 본 발표에서는 4세대 자유전자레이저(FEL), 실험을 위한 PAL-XFEL의 빔 라인 시운전 결과와 준비 현황에 대한 소개와 함께, XFEL을 이용한 동역학 연구에서 사용되는 실험용 광학레이저 시스템과 그 응용에 대해 말하고자 한다.
E-mail neplus@postech.ac.kr