[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. 'KTX 세종선·CTX 연장' 충청권 합의로 새 국면
  2. 진주 M2 페스티벌 7일 개막
  3. "서산 삼길포가 들썩였다", 제20회 우럭축제 2만여 인파 북적, 서산 대표 여름축제 위상 빛났다
  4. 與 당권주자, 지역 현안 실종된 순회경선에 비판 고조
  5. [한화에어로참사] 지휘체계로 수사 확대… 임직원 3명 추가 입건
  1. "국경 넘은 영화의 힘 확인"…첫 대전국제꿈씨영화제 성료
  2. [건강]재발하는 역류성 식도염, 약만 먹으면 괜찮을까?
  3. 충남도, 예산군 '내포역세권' 일대 토지거래 허가구역 재지정
  4. [건강]자외선 쎈 여름철 피부 화상을 예방하는 노하우…"오후 2시 피하고 모자·긴소매 필수"
  5. KRISO, 정종진 신임 소장 "연구성과를 정책·산업 국제표준으로"

헤드라인 뉴스


폭염보다 더 힘든 희망고문…대전 쪽방촌 개발사업 또 표류하나

폭염보다 더 힘든 희망고문…대전 쪽방촌 개발사업 또 표류하나

연일 체감온도 33도 이상 불볕더위에 대전에서 폭염특보가 발효 중인 가운데, 정동 쪽방 주민들은 폭염보다 더 힘든 희망고문에 시달리고 있다. 주거 취약계층 지원과 역세권 정비를 위한 이곳 쪽방촌 공공개발 사업이 지난해 9월 2년 반 만에 기본조사가 재개돼 기대감을 모았으나 최근 완공 시점이 2032년으로 변경된 데다 여전히 토지건물주 이견에 벽을 넘지 못해서다. <중도일보 2025년 1월 14·20·21·23일 자, 7월 9·10일 자, 8월 6일 자 1면 보도 등> 사업시행자인 한국토지주택공사(LH)는 올 연말까지 기본조사를 마친..

서남부터미널 폐업 초읽기… 조속한 교통대책 마련 필요
서남부터미널 폐업 초읽기… 조속한 교통대책 마련 필요

대전 서남부터미널 운영업체의 '경영 악화'로 터미널 폐업이 사실상 불가피해지면서 지자체의 조속한 폐업 결정과 교통대책 마련이 요구된다. 최근 단 하나 남아있던 금남고속마저 '이용객 감소'를 이유로 유성복합터미널로 기점 변경을 신청, 충남도가 본격적인 검토에 들어가면서 사실상 폐업 초읽기에 들어갔기 때문이다. 운송업계에선 폐업을 늦추는 것보단, 조속한 이동권 확보 방안 마련이 우선돼야 한다고 강조한다. 2일 운송업계 등에 따르면, 최근 금남고속은 충남도에 기점 변경을 신청했다. 금남고속은 도시철도 2호선 트램 공사로 서남부터미널 진입..

금융당국, 단일종목 레버리지 상품 겨냥 `긴급조치권` 카드 꺼냈다
금융당국, 단일종목 레버리지 상품 겨냥 '긴급조치권' 카드 꺼냈다

금융당국이 증시를 뒤흔드는 주범으로 지목된 단일종목 레버리지 상품을 겨냥해 긴급조치권이라는 강도 높은 카드를 꺼내 들었다. 기본예탁금 상향 등을 골자로 하는 보완책에 이어 발표된 추가 대책 일환으로, 글로벌 반도체 종목 쏠림 현상에 레버리지 상품까지 겹쳐 극도로 높아진 시장 변동성을 관리한다는 차원이다. 2일 금융당국에 따르면 금융위원회는 긴급한 상황에서 시장 안정화 조치를 취할 법적 근거를 마련하기 위해 금융감독원과 함께 자본시장법 개정안을 마련한다. 최근 홍콩의 가변 레버리지 배율 사례를 참조했다. 홍콩 증권선물위원회(SFC)는..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 민주당 당대표·최고위원 충청서 순회경선 시작 민주당 당대표·최고위원 충청서 순회경선 시작

  • 북적이는 계곡과 한산한 도심 북적이는 계곡과 한산한 도심

  • 장종태 의원 민주당 대전시당위원장 선출 장종태 의원 민주당 대전시당위원장 선출

  • 과태료 부과 무시한 채 불법광고물 부착 과태료 부과 무시한 채 불법광고물 부착