[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. 둔산지구 집값 상승 흐름…대전 부동산 시장 윤활유될까
  2. 지방선거 D-104, '행정수도 완성' 온도차 여전
  3. 장동혁 “무죄 추정 원칙 적용… 사과·절연 주장은 분열 씨앗”
  4. 20일부터 2026학년도 대입 마지막 기회…대학별 신입생 추가 모집
  5. 세종시의원 예비후보 등록 행렬 "행정수도 변화 이끌 것"
  1. 박용갑 의원, 지방재정 안정 위한 ‘지방세법 개정안’ 대표발의
  2. 홍순식, 세종시장 예비후보 등록 "선거 행보 본격화"
  3. 뿌리솔미술공예협회, '세뱃돈 봉투 써주기' 이벤트에 "훈훈한 설"
  4. 승강기에 7명 23분간 또 갇혔다… 연휴 기간 대전에서만 갇힘사고 10건
  5. 전북은행, 'JB희망의 공부방 제221호' 오픈식 진행

헤드라인 뉴스


"행정수도 완성 우리가"… 與 탈환 vs 野 수성 `혈투`

"행정수도 완성 우리가"… 與 탈환 vs 野 수성 '혈투'

6·3 지방선거를 100일 앞두고 세종시장 출마자들의 선거 레이스에 속도가 붙고 있다. 장차 행정수도를 이끌어 갈 '수장' 자리를 놓고 더불어민주당은 '탈환', 국민의힘은 '수성'의 목표로, 한치의 양보 없는 혈투가 예고된다. 특히 진보 성향이 강한 세종에서 탄생한 '보수 지방정부'가 이번 선거에서 자리를 지켜낼지, 현직 최민호 시장에 맞설 대항마가 누가 될지가 관전 포인트가 될 전망이다. 이 과정에서 조국혁신당과 개혁신당 시장 후보까지 다자구도가 연출될지도 관전 포인트다. 세종시 선거관리위원회 및 지역 정가에 따르면 제9대 지방선..

장동혁 “무죄 추정 원칙 적용… 사과·절연 주장은 분열 씨앗”
장동혁 “무죄 추정 원칙 적용… 사과·절연 주장은 분열 씨앗”

국민의힘 장동혁 대표는 20일 윤석열 전 대통령의 무기징역 선고와 관련, “아직 1심 판결이다. 무죄 추정의 원칙은 누구에게나 예외 없이 적용되어야 한다”고 밝혔다. “사과와 절연의 주장을 반복하는 것은 분열의 씨앗을 뿌리는 일”이라고도 했는데, 더불어민주당과 야당 등 당 안팎에선 “장동혁을 끊어내야 한다”는 등의 격앙된 반응이 나왔다. ▲“사과와 절연 주장은 분열의 씨앗”=장 대표는 이날 오전 국회 본청에서 기자간담회를 열고, “윤 전 대통령에게 무기징역이 선고됐다. 안타깝고 참담하다”면서도 “국민의힘은 줄곧 계엄이 곧 내란은 아..

세종시 합강동 `자율주행존` 절반 축소...선도지구 본격 조성
세종시 합강동 '자율주행존' 절반 축소...선도지구 본격 조성

2026년 세종시는 행정수도 완성의 발판 마련을 넘어 스마트시티 국가 시범도시 성공이란 숙제에 직면하고 있다. 인구 39만 의 벽을 허물고, 수도 위상의 특화 도시로 나아가는 핵심 기제 중 하나로 꼽히기 때문이다. 합강동(5-1생활권) 스마트시티 현주소는 아직 기반 조성 단계에 머물러 있으나 올해 본격적으로 추진 로드맵에 올라탄다. 논란을 빚은 '자율주행 순환존'은 절반 수준으로 축소될 전망이다. 핵심 권역인 선도지구 분양에 앞서 주변의 양우내안애 아스펜(698세대)과 엘리프 세종 스마트시티(580세대), LH 공공분양(995세대)..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 제9회 지방선거 기초자치단체장 및 광역·기초의원 예비후보 등록 제9회 지방선거 기초자치단체장 및 광역·기초의원 예비후보 등록

  • 윤 전 대통령 1심 선고에 쏠린 눈 윤 전 대통령 1심 선고에 쏠린 눈

  • 고향의 정 품고 ‘다시 일상으로’ 고향의 정 품고 ‘다시 일상으로’

  • 대전시의회 임시회서 대전·충남통합 반대의견 가결 대전시의회 임시회서 대전·충남통합 반대의견 가결