강원도 양양군에 위치한 양양 양수발전소(양양 발전소)는 국내 최대 규모의 양수 발전소이다. 양양 발전소는 아시아에서 가장 높은 1,000미터 낙차를 이용한다(그림 1). 이 발전소는 IBS 본원이 있는 대전에서 약 300 km 떨어져있다. 2006년 8월부터 상업적 전력 생산을 시작하였고, 4개 터빈을 완전 가동하면250 MW 까지 전력을 생산할 수 있다.
전력 생산 터빈과 같은 발전소의 주요 시설은 지표(地表)에서 700미터 아래에 위치해있다. 지하에는 주 터널 뿐만 아니라 주요 시설 주변에 몇 개의 작업 터널(작업 갱도)이 있다. 지하 실험 그룹은 A5 작업 갱도를 발전 회사와 합의를 통해 관리하고 있다. 지하실험연구단은 IBS 연구단 중 하나로 시작한 직후인 2013년 7월 또다른 지하 실험 시설을 A5 터널에 착공하여 2014년 말 완공하였다.
2003년 양양 발전소가 건설되었을 때, 서울대의 암흑물질창의연구센터(DMRC, Dark Matter Research Center) 는 100 m2 넓이의 Y2L-A6 실험실 구축을 700미터 깊이에 완료하였다. DMRC는Y2L에서 암흑 물질 후보인 Weakly Interacting Massive Particle (WIMP)을 직접 관측하려고, CsI(Tl) 검출기로 이루어진 실험을 건설하고 운영하였다. 또한 High Purity Germanium (HPGe) 검출기도 구축하여 현재까지 운영하고 있다.
Y2L-A6는 지형학적 제약으로 공간을 확장할 수 없었다. 2014년 11월 지하실험연구단은 Y2L-A6와 가까운 곳에 위치한 A5 터널에 ~200 m2 넓이의 또다른 지하실험시설을 만들었다. 이 실험 시설은 Y2L-A5로 명명하였다. Y2L-A5 구축 후, 순차적으로 AMoRE 검출기(2015), COSINE 검출기(2016) 그리고 HPGe array(2017)가 만들어졌다.
Y2L-A6와 A5 실험실들은 모두 700미터 깊이에 위치해있다. 시뮬레이션을 통해 뮤온 감소율을 지표면 대비 10-5 배로 예측하였고, COSINE 그룹이 A5 실험실에서 측정한 뮤온 다발(Muon flux)은 ~4×10-3/m2/s 이다. 이 값은 지표면에서의 일반적인 뮤온율인 ~102/m2/s 을 고려할 때 서로 일치한다. 또한, Y2L-A5 뮤온율은 세계적으로 유명한 지하 실험 시설 중 하나인 LSC(Laboratorio Subterraneo de Canfranc)에서 측정한 결과와도 일치한다. 전세계 지하 실험실들의 깊이 대비 뮤온 다발은 그림 2와 같다.
Y2L-A5 시설은 각 실험을 위한 2개의 청정실과 모니터링실로 구성되어 있고, 라돈 저감 장치, 냉각수 시스템(PCW) 그리고 전기실이 있다(그림 3). 또한, 작업자의 작업 환경을 위해 깨끗한 공기를 제공하는 급배기 시스템, 화재 알람 장치, 화재시 작동하는 제연 설비를 갖추고 있다.
AMoRE 실험과 COSINE 실험을 위한 두 청정실의 넒이는 각각 45 m2 와 49 m2 이다. 이 청정실은 에어 샤워실을 갖추고 전용 BFU로 급기하여10,000 클래스 청정실로 유지하고 있다. 뿐만 아니라, 라돈 저감 장치로부터 얻은 라돈 없는 공기를 스테인레스관을 통해 두 개의 청정실과 에어 샤워실에 공급한다.
Y2L-A5 시설의 전체 전력량은 180kW 이고, 각 실에3상 380V, 3상 220V, 단상 220V를 제공한다. 예기치 못한 정전으로 부터 보호하려고, 정전시 모든 주요 장치에 전기를 공급하기 위한 80KVA UPS 시스템 설치하였다. 이 UPS 는 정전시 한 시간 동안 전력을 공급할 수 있다. 뿐만 아니라, 안정적으로 일정한 전압을 공급하려고 AVR(Automatic Voltage Regulator) 시스템을 설치하였다.
앞서 언급한 바와 같이, 라돈 저감 장치(그림 4)는 약 1/10,000 의 라돈저감효율을 가지며 라돈이 제거된 공기 ~120 m3/h 를 공급한다. Y2L-A5의 또 다른 중요한 장치로 냉각수 처리 시스템(Process Cooling System, PCW)이 있다. AMoRE 검출기와 라돈 저감 장치의 압축기(compressor)를 냉각하려고, 1톤과 0.5톤의 냉각수를 매시간 각각 공급하고 있다.
양양 발전소 입구로부터 2 km 떨어진 곳에 80 m2 넓이의 지상 사무실이 위치해있다. 한 명의 과학자를 포함하여 세 명의 상주 인력이 Y2L 전체 시설을 모니터하고 관리한다. 정전과 같은 일반적인 위급 상황 발생시, 관련 있는 연구자들에게 전파할 뿐 아니라 필요시 자체적으로 상황에 대응한다. 특히, 화재와 같은 심각한 위급 상황시 알람 시스템이 자동적으로 양양 발전소 감시 요원, 가까운 소방서 그리고 연구단 관계자에게 알린다. 그러나 특정 실험의 위급 상황의 경우, 책임있는 연구자가 각각의 이슈에 대응해야만 한다.
예기치 못한 상황 발생을 막으려고 AMoRE 와 COSINE 그룹은 그들의 시스템을 24시간 모니터링 하기 위한 쉬프트 작업자를 Y2L 에 파견한다. Y2L은 지속적으로 개선하는 시스템화된 관리 정책에 기반하여 운영되어 필요한 조치가 즉각 취해질 수 있다.
Y2L의 일부 실험 장비와 시설은 2020년 새 지하실험실이 운영을 시작할 때 새 지하 공간으로 옮길 예정이다. COSINE 과 같은 실험은 계속 Y2L에서2025년까지 운영할 예정이다.