[김동락]고자기장 연구와 첨단 분석과학

  • 오피니언
  • 사외칼럼

[김동락]고자기장 연구와 첨단 분석과학

[사이언스 칼럼]김동락 기초과학지원연구원 물성과학연구부장

  • 승인 2013-05-29 15:19
  • 신문게재 2013-05-30 21면
  • 김동락 기초과학지원연구원 물성과학연구부장김동락 기초과학지원연구원 물성과학연구부장
▲ 김동락 기초과학지원연구원 물성과학연구부장
▲ 김동락 기초과학지원연구원 물성과학연구부장
자기장은 우주전체에 걸쳐 존재하고 있으며, 우리는 지구라는 거대한 자석이 만들어 내는 자기장 속에서 생활하고 있다.

인류는 지식의 발전과 함께 인공적으로 자기장을 만들어 내거나, 자기장의 크기를 조절할 수도 있게 되었다. 또 자기장의 강약을 정밀하게 계측함으로써 첨단과학 연구에 자기장을 활용하고 있다.

현재 자연계에서 계측 가능한 미약 자기장에서부터 최대의 자기장을 갖는 중성자별에 이르기까지 자기장의 크기는 1020(해, 垓)을 넘는 매우 큰 범위에 걸쳐 존재하고 있다. 인류가 자기장에 대해 처음 알게 된 것은 기원전 4세기 경으로 알려져 있으며, 중국에서 남쪽을 가리키는 '지남기'를 만들었다고 한다.

일반적으로 우리들은 영구자석을 통해 자석의 성질을 체험하고 있다. 그러나 자기장은 온도나 빛 등과 달리 자기장의 존재나 세기를 체험적으로 알 수 없으며, 자석의 N극과 S극이 서로 붙거나 반발하는 것과 쇳가루가 자석에 붙는 것을 보며 느끼는 정도다.

강한 자기장을 만들어내는 전자석이나 아주 미약한 자기장을 계측하는 장치에는 초전도체가 사용되고 있다. 초전도체는 직류전류에 대해서 저항이 0이므로 초전도체로 만들어진 전자석에는 고밀도로 대전류를 흘릴 수 있으며 강한 자기장을 발생시킬 수 있기 때문이다. 이 때 전력의 소비가 거의 없을 뿐 아니라 전자석의 전선 두 끝을 연결하면 영구적으로 전기의 감쇄가 없이 전류를 흘릴 수 있는 회로가 되어서 자기장의 세기는 일정하게 된다.

이와 같은 원리를 이용하면 구리로 제작한 전자석으로는 불가능한 고자기장을 발생시킬 수 있는 고자기장 초전도 전자석을 만들 수 있으며, 의료용의 자기공명영상장치(MRI)나 핵자기공명분광장치(NMR), 초전도 자기부상열차, 고에너지 입자가속기 등 많은 용도에 활용되고 있다. 우리나라 산업의 선진화를 위해서는 재료분야의 국제적인 경쟁력 강화가 필요하며, 이를 위해서는 보다 고도의 분석기술을 다른 나라보다 먼저 개발하여 지속적으로 발전시키는 것이 중요하다.

재료분석에는 X-선이나 전자현미경 등 다양한 계측기술이 필요하며, 각각 상호보완적인 관계에 있기 때문에 보다 깊이 있는 재료분석을 위해서는 여러 장치들이 필요하다. 또한 연구분야에 따라 현재의 분석기술로서는 한계점에 이른 영역들도 있기 때문에 혁신적인 분석기술의 개발이 요청되며, NMR의 고자기장화에 의해 이러한 한계의 대부분을 넘어서는 것이 가능하다. 재료분석의 중요성을 알려주는 사례로 탄소로 만들어진 그래핀이라는 물질이 있다. 탄소 원자 한 층으로 이뤄져 두께가 0.35나노미터(10억분의 1m)에 불과하면서도 강도는 강철의 200배에 달하며, 투명하고 휘어지는 특성으로 차세대 플렉시블 스마폰의 디스플레이 장치로 사용될 전망이다. 특히 그래핀에서는 전자가 마치 질량이 0인 것처럼 움직여 기존 반도체보다 전기의 흐름이 최소 100만배 이상 빨라 질 수 있다.

자기장은 나침반을 통해 문화의 교류에 지대한 공헌을 했으며, 현재는 NMR, MRI 등을 통하여 인류의 건강과 의학 발전에 큰 기여를 하고 있다. 또한 그래핀 연구에서와 같이 재료 및 소재의 연구에 활용되어서 차세대 반도체의 개발과 정보통신의 혁명을 가져오게 될 것이다.

이처럼 고자기장 자석기술의 발전은 우리의 삶을 보다 건강하고 편리하게 해 줄 뿐만 아니라 기초과학과 물성연구, 재료과학에서는 고자기장 자석이 기여하는 바가 크다. 세계적으로 30테슬라(1테슬라=1만 가우스, 지구자기장은 0.5가우스) 이상의 고자기장 연구시설이 있는 곳은 선진 4개국 정도뿐이다. 우리나라에도 고자기장 연구시설이 생긴다면 이를 이용하여 한국의 과학도들이 창조적인 과학을 통하여 세계의 과학기술을 선도해 나가게 될 것이다.

중도일보(www.joongdo.co.kr), 무단전재 및 수집, 재배포 금지

기자의 다른기사 보기

랭킹뉴스

  1. 대전 서구 중학교서 1학년 학생 3층서 추락… 병원 이송
  2. 김해분청도자기축제 30년 만에 진례 떠나 장유로
  3. '아산페이'구매, 보유 한도 개편
  4. 전국 각지서 대전으로…‘빵박 2일’ 성료
  5. 정명석 성범죄 돕고 고소 막은 JMS 간부 4명… 최대 징역 3년 6개월 구형
  1. 세종에 '국립여성사박물관' 건립… 행정수도 기관 이전 '촉매제' 되나
  2. 박용갑 의원, '공공기관 2차 이전·대전중수청 대전 복귀' 요청
  3. 대전교육공무직노조 "초등학교 교장 노조간부 폭행"…교장 "사실 아니다"
  4. [중도초대석] 국내 최초 국립박물관단지… 임철빈 이사장 "박물관 연결해 새 문화 플랫폼으로"
  5. 시청자미디어재단, '2026 바른 AI디지털 생활 창작 공모전' 시상식

헤드라인 뉴스


`지방주도성장·청년` 집중 투자… 당정, 2027년 예산안 방향 제시

'지방주도성장·청년' 집중 투자… 당정, 2027년 예산안 방향 제시

정부와 집권당인 더불어민주당이 지방주도 성장과 청년, 미래성장 등을 위한 중점 분야에 집중투자라는 '2027년 예산안' 편성 방향을 제시했다. 기업이 지방으로 이전하면 정부가 설비투자를 지원하는 '성장엔진특별보조금' 신설을 비롯해 지방 미래성장지원금 조성을 통한 성장거점 조성, 지역 필수의료 특별회계 신설, 지방국립대 등록금 전액 지원 등도 포함했다. 정부와 민주당은 이날 오전 국회에서 '2027년도 예산안 첫 당정 협의'를 열었다. 한병도 원내대표는 인사말을 통해 "재정 여력이 커진 만큼 어디에, 먼저 얼마나 투자할 것인지 우선순..

이재명 정부 지방이전 속도조절? 좌고우면 안된다
이재명 정부 지방이전 속도조절? 좌고우면 안된다

이재명 정부가 공공기관 및 중앙행정기관 지방 이전을 두고 서울 수도권 소재 기관 눈치 보기 등의 이유로 속도 조절 하는 것 아니냐는 지적이다. 25일 국무회의에서 상정될 것으로 점쳐졌던 금융위원회 등 지방 이전 안건이 전날 금융권 노조 등의 집단 반발 뒤 누락 되면서 나오는 걱정이다. 공공기관 등 이전은 수도권 일극화를 극복하고 국가균형발전을 위한 시대적 과제로 정부가 좌고우면 해선 안된다는 목소리가 높다. 정치권 등에 따르면 이날 열리는 국무회의에서 2차 공공기관 지방 이전 관련 안건이 논의될 가능성이 거론됐지만, 이번 국무회의..

올 하반기에 행정수도 세종 `명운`… 민·관·정 똘똘 뭉친다
올 하반기에 행정수도 세종 '명운'… 민·관·정 똘똘 뭉친다

행정수도 완성의 최대 관문을 앞둔 세종시. 22년 동안 반복해온 '수도 위헌 논란'을 끊어내고, 법적 명문화를 이끌어내기 위한 최적의 시기가 다가오고 있다. 첫걸음은 단연 행정수도특별법 제정으로 향한다. 특별법은 세종을 행정수도로 명문화하고, 대통령실과 국회 본원 이전, 수도권 잔류 행정기관의 추가 이전을 법제화하는 필수불가결한 과정이다. 6·3 지방선거 전 공청회를 마지막으로 멈춰선 특별법 제정 논의를 9월 정기국회에서 재점화, 연내 처리의 과업을 반드시 달성해야만 한다. 조상호 세종시장과 지역 정치권, 시민들이 필승 결의를 다지..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • ‘여러분의 새 출발을 응원합니다’ ‘여러분의 새 출발을 응원합니다’

  • ‘안전한 우리동네 자율방재단이 지킨다’ ‘안전한 우리동네 자율방재단이 지킨다’

  • 2027학년도 대학수학능력시험 원서 접수 시작 2027학년도 대학수학능력시험 원서 접수 시작

  • 호흡기 질환자 급증…‘건강 유의하세요’ 호흡기 질환자 급증…‘건강 유의하세요’