[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. [날씨] 이번 주말 흐리고 전국에 강한 비…다음주 소나기 가능성
  2. 대전 RISE 첫 성적표 나왔다… 최대 17억5000만원 차등 지원
  3. 환경단체 "대전시 효과 없는 준설만 거듭"…실효성 있는 재해 방지책 촉구
  4. 세종충남대병원 '최승원 병원장' 취임… 행정수도 거점 병원 노크
  5. [2026 행복한 대전교육 프로젝트] 질문으로 사고를 키우고 AI로 미래를 열다
  1. '월명수 판매 혐의' 정명석 첫 재판서 부인… 검찰 "한병에 판매가 40달러였다"
  2. 소리를 눈으로 보는 에스엠인스트루먼트, 반도체·가스공장 안전제품 생산
  3. 충남대병원 간담췌외과 김석환 교수, 국제학술대회 최우수 구연상 수상
  4. [사이언스칼럼]듀얼유스 방산테크, 우주를 경제안보 인프라로 재편하다
  5. "내년 정부 필수의료 회계 신설… 대전도 '지방 공공보건 특별회계' 만들어야"

헤드라인 뉴스


[인터뷰] 박수현 당선인 "도민 의견 담긴 수첩 3권, 3톤처럼 무거워"

[인터뷰] 박수현 당선인 "도민 의견 담긴 수첩 3권, 3톤처럼 무거워"

박수현 충남도지사 당선인은 지방선거 기간, 도민 염원과 바람을 수첩에 빼곡히 적었다. 도민 간담회 등 현장소통을 통해 나온 이야기를 하나하나 담다 보니 어느새 수첩은 3권으로 늘었다. 박 당선인은 "수첩 3권의 무게가 3톤처럼 느껴진다"라고 말했다. 수첩에 도민의 엄중한 명령이 담긴 만큼, 압박감과 무게감을 느낀다는 뜻이다. 박 당선인은 도민의 명령을 단순히 무겁게만 느끼는 것이 아닌, 반드시 실현하겠다고 의지를 다졌다. 선거용 구호가 아니었다는 점을 분명히 하고 싶다고 강조했다. 이런 이유에서 통(通)하는 충남 준비위원회 구성도..

許, 재검토 공언했는데…정부 긍정평가 0시축제 존속 기우나
許, 재검토 공언했는데…정부 긍정평가 0시축제 존속 기우나

대전 0시 축제 존속 여부를 둘러싼 지역 사회의 관심이 뜨겁다. 민선 8기 이장우 시장의 대표사업으로 6·3 지방선거에서 승리한 허태정 당선인이 재검토를 공언했지만, 최근 이 축제를 둘러싸고 부쩍 달라진 기류 때문이다. 정부가 0시 축제의 관광·상권 활성화 등 0시 축제에 대해 일부 긍정평가를 내놓았고 무턱대고 폐지했다가 외교적 마찰을 불러올 수 있다는 우려도 만만치 않기 때문이다. 지역사회 안팎에선 0시 축제를 아예 폐지하는 것 보다는 축제 간판을 바꾸거나 축소·개편 쪽으로 방향을 잡을 가능성이 높다는 전망이 나온다. 18일 지역..

공사판된 대전 도심, 트램 개통 미뤄지나…與野 책임 공방 재점화
공사판된 대전 도심, 트램 개통 미뤄지나…與野 책임 공방 재점화

2028년 말 개통을 목표로 추진되던 대전도시철도 2호선 트램 사업 일정이 흔들리고 있다. 지난해 말 28년 만의 착공으로 본궤도에 진입한 듯 했지만, 토지보상 지연과 시운전 기간 연장, 수소트램 기반시설 문제까지 줄줄이 드러나며 2030년 개통도 장담하기 어려워진 것이다. 이 같은 내용이 민선 9기 인수위에서 공식화되며 여야는 또다시 네 탓 공방에 나선 모습이다. 18일 취재에 따르면, 대전시는 최근 대전시장직 인수위원회 업무보고에서 당초 목표였던 2028년 말 트램 개통이 사실상 어렵다는 취지의 내용을 보고한 것으로 전해졌다...

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 여름철 풍수해 대비 장비 점검 여름철 풍수해 대비 장비 점검

  • 수족구 예방…‘꼼꼼하게 손 씻어요’ 수족구 예방…‘꼼꼼하게 손 씻어요’

  • 접시꽃에 담긴 여름 접시꽃에 담긴 여름

  • 임직원들이 함께 즐기는 월드컵 임직원들이 함께 즐기는 월드컵