[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. 고유가 피해지원금 신청 시작… 지원금 사칭 피싱 주의보
  2. [6·3지선 후보 대진표] 충청 4개 시·도 광역의원, 비례의원
  3. 카스테라, 피자빵으로 한끼…일부학교 급식 차질 현실화
  4. 출연연 노동이사제 도입 이재명 정부 땐 실현될까… 과기연구노조 "더 미룰 수 없어"
  5. 대전교육감 선거 후보 등록 마감…5명 본선행 확정
  1. 교수·연구자·시민 첫 충청권 345㎸ 송전선로 토론회
  2. 국민의힘 충남도당, 당진YMCA 불법행위 조사 및 감사 청구 추진
  3. [월요논단] 총성과 함성 사이, 북중미 월드컵이 던지는 평화의 패러독스
  4. [인터뷰]"폭염중대경보 시 중단·이동·확인, 3대 수칙 실천을"
  5. 대전 교육장배 학교스포츠클럽 축구대회 성료… 입상팀 9월 교육감배 출전

헤드라인 뉴스


차량 멈췄더니 뒤차가 빵빵… 우회전 일시정지 실효성 의문

차량 멈췄더니 뒤차가 빵빵… 우회전 일시정지 실효성 의문

우회전 일시정지 위반에 대한 집중단속이 진행 중이지만 현장에서는 단속 실효성을 두고 의문이 나오고 있다. 정부와 경찰은 교차로 우회전 사고 예방을 위해 집중단속을 예고했지만, 실제 현장에서는 위반 여부를 판단하기 쉽지 않은 데다 규정을 지키는 운전자들이 오히려 불편을 겪는 사례도 이어지고 있다. 대전경찰청은 4월 20일부터 5월 3일까지 계도기간을 거쳐 6월 19일까지 우회전 일시정지 위반에 대한 집중단속을 진행 중이다. 전방 차량 신호가 적색일 경우 차량은 정지선이나 횡단보도, 교차로 직전에서 일시정지한 뒤 우회전해야 한다. 우회..

“당보다 캐릭터”…표심 잡기 위한 이색 선거전 `눈길`
“당보다 캐릭터”…표심 잡기 위한 이색 선거전 '눈길'

"당이 뭐가 필요해 일 잘하는 사람이 최고지." 6·3 지방선거 공식 선거운동 돌입은 21일부터지만 각 후보들은 벌써 구슬 땀을 흘린 지 오래다. 지난 15일 후보 등록 이후엔 이같은 움직임이 더욱 분주해 졌는데 저마다의 방식으로 얼굴 알리기에 여념이 없는 것이다. 정당보다 후보 개인의 인지도가 중요한 지방선거 특성상 시민들에게 이름 석 자를 각인시키기 위한 이색 선거운동도 눈길을 끌고 있다. 더불어민주당 김제선 중구청장 후보는 후보를 직접 시민들에게 '배달'하는 콘셉트의 '중구직통'을 운영 중이다. 선거 기간 후보가 일방적으로 말..

올해 대전 교제폭력, 스토킹 피해 고충 상담 1000건 넘어
올해 대전 교제폭력, 스토킹 피해 고충 상담 1000건 넘어

전국적으로 관계성 범죄가 끊이질 않는 가운데, 올해 들어 여성긴급전화 1366 대전센터에 접수된 '교제폭력'과 '스토킹' 고충 상담 건수만 따져도 1000건이 넘는 것으로 조사 됐다. 지난해 대전과 울산 지역에서 잇따른 교제살인으로 교제폭력 처벌법 부재가 도마 위에 올랐으나, 최근 정부와 경찰이 공동대응 체계를 갖춘 것 외 근본적인 피해자 보호와 재발 방지를 위한 법제화는 지지부진한 상태다. 18일 중도일보 취재 결과, 올해 1월부터 4월까지 여성긴급전화 1366 대전센터가 접수한 교제폭력(167건)과 스토킹(933건) 고충 상담..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 2차 고유가 피해지원금 접수 시작 2차 고유가 피해지원금 접수 시작

  • 새로운 시작…‘이제 어엿한 어른입니다’ 새로운 시작…‘이제 어엿한 어른입니다’

  • 2차 고유가 피해지원금 접수 준비 ‘분주’ 2차 고유가 피해지원금 접수 준비 ‘분주’

  • ‘바쁘다 바빠’…선거운동 앞두고 유세차량 제작 분주 ‘바쁘다 바빠’…선거운동 앞두고 유세차량 제작 분주