Y2L-A5 시설은 AMoRE R&D 실험(pilot과 phase-I)을 위해서만 계획되었고, 본격적인 규모의 실험(phase-II)에는 해당하지 않는다. 큰 규모의AMoRE phase-II 검출기, 작은 질량 암흑 물질 탐색, 암흑 광자 실험들은 Y2L-A5에서 가능한 공간보다 더 큰 공간이 필요하다. 검출기 크기가 커짐에 따라 자연스럽게 실험 공간 규모도 함께 커진다. 실험 계획에 따르면, AMoRE phase-II, 작은 질량 암흑 물질 탐색, HPGe 실험에 각각 약 600 m2, 250 m2, 200 m2 넓이의 공간이 필요하다. 중성미자 실험 뿐 아니라 다가올 차세대 암흑 물질과 암흑 광자 탐색 같은 실험을 위해 900 m2 넓이의 공간이 추가로 필요하다. 큰 공간을 확보하려고, Y2L-A5 확장 계획을 연구하였으나 양양 발전소의 허가를 받지 못했다. 그래서 적합한 대체지를 체계적으로 탐색하기 시작했다.
2년 동안 새 지하 실험실을 구축할 적합한 지역을 찾으려고 국내 곳곳을 답사하였다. 2016년 초 운영중인 철광으로 결정하였다. 한덕철광산업(주)는 현재 국내 유일의 철광 회사이다. 이 철광은 백두대간의 중심인 강원도 정선에 위치해있다. 같은 해 중반에 구축 계획을 수립하였다. 하나씩 협의하여 만든 필요한 모든 행정 절차를 완료하고 2017년 9월부터 구축을 시작하였다. 구축 작업은 현재 계획대로 진행되고 있다.
Yemilab 이라고 명명된 새 지하 시설은 1000미터의 흙덮이(overburden)와 3000 m2 넓이의 실험 구역을 갖는다. 이곳에서 700미터 흙덮이와 200 m2 넒이를 가진 Y2L에서 할 수 없는 실험들을 들여놓을 것이다.
Yemilab은 한덕 철광의 편리한 접근성을 활용하여 구축될 것이다. 이곳은 제2수갱이라 불리는 600미터 깊이의 수갱을 가지고 있다(제1수갱은 오래되었고 깊이는 300미터 밖에 안된다). 또한, 6 km 길이의 운송용 터널(램프웨이)을 갖고 있다. 두 진입로는 이곳을 선정한 중요한 이유이다. 특히, 제2수갱은 지하로 빠르게 접근할 수 있게 해준다. 제2수갱은 공사와 운영을 위한 주 출입로로 사용할 것이다. 더욱이 수갱 아래부터 굴착을 시작할 때, 같은 흙덮이를 가지면서도 진입 터널을 짧게 만들 수 있다. 수갱은 새 지하 시설의 가장 중요한 요소 중 하나이다. 5 m x 5 m 단면을 가진 6 km 길이의 램프웨이는 수갱으로 옮길 수 없는 큰 장비 옮기는데 사용되는 대체경로로 제공된다.
Yemilab 구축은 2016년 12월 한덕과의 협의(Yemilab 구축과 운영을 위한 첫 계약)를 통해 본격적으로 시작했다. 제2수갱 케이지 건설을 위한 한덕과 두 번째 계약은 2017년 8월 이뤄졌고, Yemilab 전체 구축을 위한 감리(Construction Management, CM) 계약은 2017년 9월 이뤄졌다. 2017년 12월에는 케이지 구축과 설치를 위해 한덕과 세 번째 계약을 하고, 실시 설계 계약에 서명하였다(그림 1). Yemilab 실시 설계는 2018년 5월에 완료하였고, 2018년 말 케이지 건설을 완료할 것이다.
- 그림 1: Yemilab 구축 이정표
Yemilab 구축은 4개의 독립된 건설인 수갱 케이지 구축, 터널 굴착, 지하실험실 구축, 지상 사무실 구축으로 구성되어 있다. 케이지는 새 지하 실험실에 접근하기 위한 기반 시설이다. 케이지는 한덕철광 제2수갱에 설치될 것이고 현재 건설 중이다. 케이지 부분은 독일 광산 시설 회사인 SIEMAG TECHBERG (SIEMAG)에서 주문 제작하였고, 2018년 6월 한덕으로 배송되어 제2수갱에 설치되었다. SIEMAG은 케이지 생산 뿐 아니라 설계와 설치 감독을 수행하고 있다. 케이지의 주요 사양은 표 1과 같다. 2018년 10월 케이지 건설을 완료하고 2개월의 시운전을 할 것이다. 2019년 초에는 정상적인 운영을 할 것이다.
- 표 1: 인승용 케이지 기본 정보. ML 은 해수면을 나타낸다.
2nd Shaft | |
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Shaft dimension | D = 6m, L = 627m |
Shaft top station | +552 ML |
Shaft sump | -75 ML |
Bottom station | -35 ML |
Men-Riding System | |
Hoisting distance | ~ 587 m |
Power supply | 440V, 60Hz |
Maximum payload | 1,500 kg |
Hoisting speed | 4 m/s |
Hoisting hours per day | 18 |
Working days per year | 300 |
이 IBS 케이지는 연구원과 연구용 장비를 옮기기 위해 전담 인력이 운영할 것이다.
Yemilab 구축의 가장 큰 부부은 터널 구축이다. 진입 터널과 실험 터널을 포함하여 57,000 m3 용적의 터널을 굴착하는 것과 관련 있다. 진입 터널은 제2수갱 하부와 가까운 곳에서 시작하고 길이는 약 800미터이다. 지하 섹션은 진입 터널 끝에서 시작할 것이다. 실험 구역의 용적은 약 25,000 m3 이고, 깊이는 평균적으로 1,000미터보다 약간 더 깊을 것으로 예상한다. 해당 지역의 지형에 기반한 뮤온 감소율 시뮬레이션 연구를 통해 Yemilab 터널의 방향과 길이를 결정하였다.
터널 실시 설계는 공개 입찰 과정을 통해 선정된 (주)삼안이 2017년 12월 11일부터 2018년 5월 10일까지 총 5개월의 설계 기간 동안 진행하였다.
터널 구조의 개념도는2018년 3월 23일 그림 2와 같이 준비되었다. 이 터널 실시 설계는 내부와 외부 검토를 거쳐 확인되었다.
- 그림 2: 뮤온 다발 구배 지도에서의 Yemilab 터널. 이 구배는 예미산 지형을 가지고 시뮬레이션하여 계산하였다. 진입터널은 뮤온이 감소하는 가장 효과적인 방향으로 갈 것이다.
- 그림 3: Yemilab 터널 레이아웃.
새 지하 공간은 8개 실험을 위한 26개 실험실과 10개의 지원실(support room)로 구성되어 있다. 16개 실험실은 10,000 클래스 이상의 청정실로 구축될 것이다. 전체 면적9,000 m2, 용적 60,000 m3 을 가진 지하 실험 시설은 최소 30년의 운영을 예상하고 2020년 가을 완공할 계획이다. 구축을 완료한 후, 2개월 또는 3개월 간 시운전을 계획하고 있다.
- 그림 4: Yemilab 실험 터널 설계.
구축 로드맵은 그림 5와 같다. 터널 구축은 2018년 말경에 시작할 계획이고, 지하 실험실과 지상 사무실 설계가 연속적으로 발주될 것이다.
- 그림 5: Yemilab 상세 공정표.