[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. 세종 연서면 월하리 폐차장서 불…"주민 외출 자제"
  2. 아산시, 전통시장 주차환경 "확 바뀐다"
  3. 한국 수묵 산수화 거장 조평휘 화백 별세… 충청 자연을 '운산산수'로 남기다
  4. [상고사 산책](16)별은 거짓말하지 않는다 : 오성취루와 『환단고기』 석재의 천기누설
  5. 충남 선거구 획정, 행안부 재의요구 현실화… 도의회 6일 원포인트 임시회 다시 연다
  1. '정진석 공천 반대' 김태흠, 지선 예비후보 등록 연기
  2. 세종시 조치원 'A아파트' 입주민, 6일 일상 복귀한다
  3. 더불어민주당 장기수 천안시장 후보, "원팀으로 일하는 캠프 꾸릴 것"
  4. 이장우 "더욱 위대한 대전으로"… 재선 대전시장 출사표
  5. 충남도, 금강수목원 매각 재추진…"땅만 팔고 분쟁 위험은 세종에" 공분

헤드라인 뉴스


문동주 시즌 아웃 가능성…한화 이글스, 구세주는?

문동주 시즌 아웃 가능성…한화 이글스, 구세주는?

프로야구 한화 이글스가 주축 선수들의 컨디션 저하와 연이은 부상으로 시즌 초반부터 크게 흔들리고 있다. 특히 최근에는 선발진의 핵심인 문동주마저 부상으로 수술이 예정되면서 시즌 아웃 가능성이 제기되는 상황이다. 리그 하위권 추락 위기 속에서 대체 자원 발굴에 성공해 반등의 계기를 마련할 수 있을지 관심이 쏠린다. 5일 한화에 따르면 문동주는 현재 오른쪽 어깨 관절와순 손상 등의 부상으로 인해 검진을 진행한 병원으로부터 수술이 필요하다는 소견을 받았다. 수술 여부는 최종 확정되지 않았지만, 수술이 진행될 경우 시즌 아웃이 불가피할 것..

전남 보성 `녹차 마라톤` 흥행… 세종시에 투영한 모습은
전남 보성 '녹차 마라톤' 흥행… 세종시에 투영한 모습은

'달려야 산다'는 신조어로 연결되는 러닝 열풍이 지역 경제 활성화의 새로운 기제로 주목받고 있다. 파크 골프와 함께 전국적인 인기몰이를 하며, 지역마다 흥행 가능한 마라톤 및 러닝 대회가 다양하게 열리고 있다. 포털사이트에서 신청 가능한 대회만 올해 117개로 파악되고, 전체적으로 300~400개에 달하는 것으로 추산된다. 세종시에선 4월의 조치원 복사꽃 마라톤대회(21회)와 10월 한글축제의 한글런(3회)이 가장 큰 규모 대회로 진행되고 있다. 이 밖에 어울림 마라톤 대회와 천변 러닝 대회 등 지역민 참가 중심의 대회도 열리고 있..

[지역민 염원, 대덕세무서 신설] 대전 세정 수요·공급 불균형… 불편은 지역민·기업 몫?
[지역민 염원, 대덕세무서 신설] 대전 세정 수요·공급 불균형… 불편은 지역민·기업 몫?

(가칭) 대덕세무서 신설을 둘러싼 요구가 경제계와 산업계, 시민단체 등 지역 각계로 확산되며 공론화되고 있다. 이에 중도일보는 지방선거를 앞두고 세정 수요와 공급의 불균형 등 지역의 현안을 짚어보고, 출마 후보들이 지역민의 목소리를 정책에 반영할 수 있도록 '6·3 지방선거 아젠다, 대덕세무서 신설' 시리즈를 3회에 걸쳐 보도한다. <편집자 주> [글 싣는 순서] ① 세정 수요·공급 불균형 ② 경제계, 시민단체도 한 목소리 ③ 현실화 위해선 정치권 역량 결집 필요 6·3 지방선거를 앞두고 대덕세무서 신설 목소리가 지역 전반으로 확산..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • ‘과학과 나무랑 놀자’…유성 어린이 한마당 행사 성료 ‘과학과 나무랑 놀자’…유성 어린이 한마당 행사 성료

  • 올해 첫 모내기로 본격 영농 시작 올해 첫 모내기로 본격 영농 시작

  • 한 달여 앞으로 다가온 지방선거에 분주한 선관위 한 달여 앞으로 다가온 지방선거에 분주한 선관위

  • 다양한 체험과 공연에 신난 어린이들…‘오늘만 같아라’ 다양한 체험과 공연에 신난 어린이들…‘오늘만 같아라’