[김선기]중이온가속기와 대전니움

  • 오피니언
  • 사외칼럼

[김선기]중이온가속기와 대전니움

[사이언스 칼럼]김선기 기초과학연구원 중이온가속기구축사업단장

  • 승인 2012-09-17 14:19
  • 신문게재 2012-09-18 21면
  • 김선기 기초과학연구원 중이온가속기구축사업단장김선기 기초과학연구원 중이온가속기구축사업단장
▲ 김선기 기초과학연구원 중이온가속기구축사업단장
▲ 김선기 기초과학연구원 중이온가속기구축사업단장
“이번 정차할 역은 대전….” KTX를 타고 오면서 잠이 들었다가 지나가 버릴까 걱정하다 결국 선잠이 들고 말았다.

안내 방송을 들으며 선잠에서 깨어나며 문득 “그래, 대전니움이 어떨까?” 하는 생각이 들었다. 중이온가속기로 새로운 원소를 발견하면 어떤 이름을 붙일까라는 생각하다 잠이 든 모양이다. 중이온반응에 의해 인공으로 생성된 원자번호 110번 원소는 2003년에 다름슈타티움(Ds)이라고 명명됐다.

1999년 이 원소를 발견한 독일 중이온가속기(GSI)가 있는 다름슈타트는 일약 세계적인 도시가 되었다.

중이온가속기는 말 그대로 중이온을 빠르게 가속시키는 장치다. 이온은 전기적으로 중성인 원자에서 전자를 떼어내거나 추가로 붙여 전기적으로 양(양이온)이나 음(음이온)의 전하를 띠게 만든 것이다. 가장 가벼운 이온은 수소 원자의 핵인 양성자이고 수소 원자보다 무거운 원자들의 이온을 중이온이라 부른다.

입자가속기는 전기장을 이용하므로 중성인 원자는 가속하지 못한다. 무거운 원자를 이온으로 만들어야 가속시킬 수 있으니 중이온가속기가 된다.

입자가 빨라지면 에너지가 커지고 에너지가 더 크면 더 작은 입자를 깰 수 있어 더 작은 구조를 연구할 수 있다. DNA의 구조를 알게 되어서 유전자 치료가 가능하게 되고, 원자의 구조를 알게 돼 나노과학이 가능하게 되었듯이 원자보다 더 작은 핵의 구조를 잘 이해하면 차세대 원자력, 핵융합 등 에너지 문제 해결이나 암 치료, 신물질 연구 등 다양한 분야에 응용할 수 있다.

이러한 것들은 이미 많이 알려진 것들이고, 핵의 구조를 정확하게 알게 되면 지금은 모르는 응용이 가능해 질 것이다. 정작, 과학자들이 중이온가속기를 통해 알고 싶은 것은 핵의 구조를 이해해 우주의 신비를 밝히는 것이다.

자연에 존재하는 원소는 92종이고 이들로부터 우주 만물이 만들어 졌다. 이들 원소들이 어떻게 만들어 졌는가 하는 질문에 대해 현대과학은 매우 그럴 듯한 설명을 한다. 가장 양이 많은 수소와 헬륨 등 극히 가벼운 원소들은 태초에 빅뱅에서 생겨났다. 그러나 무거운 원소들이 생겨날 틈 없이 우주가 빨리 식었기 때문에 탄소나 산소와 같은 원소는 우주가 충분히 식어 별이 만들어질 때까지 오랜 시간을 기다려야만 했다. 별의 중심에서는 핵융합 반응이 일어난다. 지구에 생명현상을 가능하게 만드는 에너지는 태양 내부의 핵융합 과정에서 만들어 진다. 별은 가벼운 원소들의 핵융합을 통해 새로운 원소를 만드는 원소의 공장이다. 태양 정도의 별은 산소까지 만들고 이보다 무거운 원소 들은 더 큰 별에서 만든다. 그러나 철보다 무거운 원소는 별의 내부에서 핵융합으로 만들지 못한다. 이론 학자들은 이들이 초신성 폭발과 같은, 별이 죽는 과정에서 만들어 진다고 설명한다. 초신성 폭발시 방출되는 에너지는 은하에서 방출되는 에너지와 맞먹는다고 한다. 이러한 과격한 과정에서 중성자들을 빠른 속도로 잡아먹다 붕괴하며 새로운 원소를 만들어 낸다고 한다.

결국, 우리 몸에는 빅뱅에서, 별의 내부에서, 별의 죽음에서 생긴 원소들이 모두 들어 있으니 우주의 역사를 고스란히 간직하고 있는 셈이다. 그래서 우리가 우주를 끊임없이 돌아보고 연구하는 것은 아닐까?

이 과정을 연구하는 데 필요한 동위원소들은 수명이 짧아 가속기에서 만들어져 잠시 존재하기 때문에 이 과정을 규명하는 것은 매우 어려운 일이다. 자연적으로 존재하지 않는 이러한 동위원소들을 희귀 동위원소라고 부른다. 동위원소는 보통의 원소와 양성자 수가 같아 화학적 성질은 같지만, 중성자수가 달라 질량이 다른 원소다. 예를 들어 양성자 하나인 수소에 중성자를 하나 붙이면 질량이 두 배인 중수소가 되고 중성자를 하나 더 붙이면 삼중수소가 된다. 그러나 무한정 중성자를 붙일 수는 없다. 삼중수소는 12년이 지나면 반이 붕괴해 버린다. 미국과 러시아가 냉전 때 만들었던 수소폭탄은 엄청나게 비싼 쓰레기가 되었다. 현재까지 알려진 원소는 인공으로 만들어진 것을 포함해 110여 종에 불과하지만, 동위원소는 수천 종이 넘는다. 중이온 가속기는 희귀 동위원소를 만드는 공장이다. 희귀동위원소를 많이 만들어 내어 원소 기원에 대한 답을 찾아내고 새로운 원소를 찾아낼 것으로 기대한다.

중도일보(www.joongdo.co.kr), 무단전재 및 수집, 재배포 금지

기자의 다른기사 보기

랭킹뉴스

  1. 오월드 탈출 늑대 밤사이 무수동 치유의숲서 목격…"여전히 숲에 머물러"
  2. 늑대 포획 골든타임에 갑작스런 비…"탈진에 빠지기 전 발견이르길"
  3. 대전동물원 늑대 탈출 이틀째, 의문 투성… 전책·철조망 모두 뚫고 나갔나
  4. 퓨마탈출 이후 표준매뉴얼 수립했는데… 오월드 이번에도 안 지켰다
  5. 탈출한 늑대 목격된 보문산 일대 ‘출입금지’
  1. AI 더해진 교육현장, 대전 중·고 교사들 "평가 민원 때 실질적 보호 못 받아"
  2. 유치부터 정주까지… 건양대 외국인 유학생 전용공간 'KY 유니버스'
  3. 고교학점제 시행 1년…학생·교사 "지역·학교 간 교육격차 확인만"
  4. 대전교육청 지방선거 앞 '공직선거법' 직장교육
  5. 대전기상청-tbn충남교통방송, 기상재해 최소화 업무협약

헤드라인 뉴스


이춘희 캠프에 합류한 김수현… 요동치는 세종시장 선거

이춘희 캠프에 합류한 김수현… 요동치는 세종시장 선거

더불어민주당 김수현 세종시장 예비후보가 이춘희 캠프에 전격 합류하며, 조상호 예비후보와 물러섬 없는 일전을 예고하고 있다. 오는 13일 중앙당 주최, 대전MBC 주관 양자 토론회에 이어 14~16일 경선 투표일까지 치열한 경쟁 구도가 펼쳐질 전망이다. 외형상 이춘희 세종시장 예비후보 캠프가 기선을 제압하는 모양새다. 지난 6일 5자 경선에서 고배를 마신 3명 중 전날 고준일에 이어 김수현 예비후보까지 2명을 품으면서다. 홍순식 예비후보는 양 후보 사이에서 여전히 정중동 입장인 것으로 전해졌다. 이춘희·김수현 예비후보는 10일 오전..

도난당한 `이글스TV` 실버 버튼…당근 마켓에 `12만 원?`
도난당한 '이글스TV' 실버 버튼…당근 마켓에 '12만 원?'

도난당한 것으로 추정되는 프로야구 한화 이글스 유튜브 채널 '이글스TV' 실버버튼이 중고거래 플랫폼에 올라온 것으로 확인돼 논란이 일고 있다. 9일 한화에 따르면 구단은 이날 중고 거래 앱 당근 마켓에 구단 유튜브 채널 명인 'Eagles TV(이글스 티비)'라고 적힌 유튜브 실버버튼 판매 글이 올라온 것을 확인 후 경찰에 고소했다. 해당 게시물을 작성한 게시자 A씨는 유튜브 실버 버튼을 12만 원에 판매한다고 올린 뒤, 'Eagles TV 채널 10만 구독자 달성 기념으로 받은 제품이다'라며 "벽걸이용으로 사용할 수 있도록 뒷면에..

`거래절벽·대출규제`에… 충청권 아파트 10가구 중 4곳 이상 입주 못해
'거래절벽·대출규제'에… 충청권 아파트 10가구 중 4곳 이상 입주 못해

충청권에서 기존 주택이 팔리지 않아 신축 아파트 입주가 지연되는 사례가 속출하고 있다. 여기에 정부의 강력한 대출 규제와 고물가·고금리·고환율 등 '3고(高)' 현상까지 겹치면서, 분양 잔금을 마련하지 못해 어려움을 겪는 상황이 확산되고 있다. 더불어 다주택자 규제로 '똘똘한 한 채' 선호가 가속하면서 지방 주택 처분 압력이 커져, 그 여파가 서민 경제 전반으로 번지는 분위기다. 9일 주택산업연구원에 따르면, 충청권 3월 입주율은 57.5%로 전월(63.4%)보다 5.9%포인트 줄었다. 즉 10가구 중 4곳 이상은 입주를 하지 못했..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 3차 석유 최고가격제 시행…2차 수준으로 동결 3차 석유 최고가격제 시행…2차 수준으로 동결

  • 대전오월드 늑대 탈출 이틀째…‘열화상 드론’ 등 투입 대전오월드 늑대 탈출 이틀째…‘열화상 드론’ 등 투입

  • 벚꽃 엔딩 벚꽃 엔딩

  • 탈출한 늑대 목격된 보문산 일대 ‘출입금지’ 탈출한 늑대 목격된 보문산 일대 ‘출입금지’