[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. 충청권 광역철도·국도32호선 대체우회도로 건설 '고비 넘었다'
  2. 천안시 인구 71만명 돌파
  3. 충청권 시·도지사 李대통령에 핵심 현안 관철 촉구
  4. 한밭대 총장선거 3파전…‘연구·재정·산학협력’ 해법 경쟁
  5. '교육예산 확대→축소' 달라진 최교진? 지방교육교부금 개편 파장
  1. 충남대병원 구윤서·권은진 교수, 어지럼 진단부터 치료·재활 플랫폼 개발 착수
  2. '5극3특 성장엔진'에 충청권, 차세대 반도체·디스플레이, 고부가 바이오 의약·소재 등 4개 선정
  3. 충청권 학생 2만명 감소… 초등생 급감이 주도
  4. 누리호 5호기 발사 '카운트다운'…소자·부품 우주검증 '대전샛' 곧 고흥으로
  5. 세종기후·환경네크워크, 폭염 취약계층 지원 눈길

헤드라인 뉴스


대전시 지역화폐,  온통대전으로 옷 바꾸고 혜택 늘려 재개

대전시 지역화폐, 온통대전으로 옷 바꾸고 혜택 늘려 재개

대전시 지역화폐가 민선 9기 출범과 함께 '온통대전 2.0'이 옷을 갈아 입고 더 큰 혜택으로 재개된다. 앞서 대전시는 재정 부족으로 지역화폐 캐시백 지급을 중단했는데, 민선 8기 출범 이후 예산을 확보해 9월부터 연말까지 캐시백을 지급할 방침이다. 허태정 대전시장은 27일 시청 브리핑실에서 기자회견을 열고 "2024년 기준 대전지역 소상공인 폐업률이 전국 광역자치단체 중 두 번째인 10.4%에 이를 정도로 자영업자들이 어려움을 겪고 있다"면서 "지역경제에 활력을 불어넣고 시민에 소비 기회를 줄 수 있도록 온통대전 2.0을 지역 순..

기준금리 3% 시대, 50조 넘어선 충청 가계부채 적신호... 주담대 금리 8%대 넘어서나
기준금리 3% 시대, 50조 넘어선 충청 가계부채 적신호... 주담대 금리 8%대 넘어서나

기준금리가 두 달 연속 0.25%씩 인상된 3%까지 올라서면서 50조 원을 넘어선 충청권 시중은행 가계부채에 건전성 관리에 적신호가 켜졌다. 이미 주택담보대출 금리 상단이 7%대를 넘어선 상황에서 기준금리 인상까지 겹치며 8%대를 웃돌 수 있다는 전망이 나오는 나오는데, 가까스로 잡힌 연체율이 재차 상승할 수 있다는 우려도 나온다. 한국은행 금융통화위원회는 27일 기준금리를 연 2.75%에서 3%로 0.25%포인트 인상했다. 7월 0.25%포인트 인상한 데 이어 두 달 연속 금리를 올렸다. 곧바로 연달아 금리를 올린 건 이번이 처음..

정부 `국도·국지도 건설 계획` 충남 8개 사업 예타 통과… 1조 1609억 `역대 최대 규모`
정부 '국도·국지도 건설 계획' 충남 8개 사업 예타 통과… 1조 1609억 '역대 최대 규모'

충남도가 국도·국지도 건설 8개 사업에 대한 예비타당성조사(이하 예타)를 일괄 통과하면서 역대 최대 규모의 교통망 확충 예산이 반영될 예정이다. 도는 이번 예타에 통과하지 못한 4곳에 대해서도 추후 반영될 수 있도록 행정력을 집중한다는 방침이다. 홍종완 도 행정부지사는 27일 도청 프레스센터에서 기자회견을 열고 "국토부 제6차 국도·국지도 건설계획(2026~2030년) 후보 사업 중 8개 사업이 기획예산처 일괄 예타를 통과했다"고 밝혔다. 이번에 예타를 통과한 사업은 ▲당진 정미-송악(1593억 원) ▲공주 신영-문금(1389억 원..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 대입 수시 앞 실기준비 ‘구슬땀’ 대입 수시 앞 실기준비 ‘구슬땀’

  • ‘청렴문화 함께 만들어요’ ‘청렴문화 함께 만들어요’

  • ‘온통대전 2.0’ ‘온통대전 2.0’

  • 배롱나무와 유회당 배롱나무와 유회당