[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. 이번주 대전 벚꽃 본격 개화…벚꽃 명소는?
  2. [속보] 4·2재보선 충남도의원 당진 제2선거구 국힘 이해선 후보 당선
  3. '미니 지선' 4·2 재·보궐, 탄핵정국 충청 바닥민심 '가늠자'
  4. [속보] 4·2재보선 대전시의원 민주당 방진영 당선…득표율 47.17%
  5. [사설] 학교 '교실 CCTV 설치법' 신중해야
  1. 세종시 문화관광재단-홍익대 맞손...10대 관광코스 만든다
  2. 대전 중1 온라인 학업성취도 자율평가 재시험 "정상 종료"… 2주 전 오류 원인은 미궁
  3. 올해 글로컬대학 마지막 10곳 지정… 지역대 사활 건 도전
  4. [사설] 광역형 비자 운영, 더 나은 방안도 찾길
  5. 세종대왕 포토존, 세종시의 정체성을 담다

헤드라인 뉴스


윤석열 대통령 전격 파면… 헌재 8명 만장일치 `인용`
[이슈] 청소년 비행 잡고 불법촬영 막아주는 대전자치경찰위 `과학치안`
[이슈] 청소년 비행 잡고 불법촬영 막아주는 대전자치경찰위 '과학치안'

"이곳에서 술을 마시면 안 됩니다", "담배 피우지 마세요" 인적이 드문 골목이나 공원에서 청소년들이 음주와 흡연을 하며 비행을 저지를 때 인공지능(AI)이 부모님을 대신해 "하지 말라"고 훈계한다면 어떨까. 실제로 대전 대덕구 중리동의 쌍청근린공원 일대에는 어른 대신 청소년들의 일탈과 비행을 막는 스마트 AI 폐쇄회로(CC)TV가 설치돼 있다. 영상카메라라는 '눈'을 통해 AI가 담배를 피우는 동작과 술병 형태, 음주하는 행위를 감지해 그만할 때까지 경고 음성을 내뱉는 것이다. 이는 전국에서 처음으로 대전자치경찰위원회가 과학기술업..

`결국 폐업`…1분기 충청권 건설업 폐업신고 17건
'결국 폐업'…1분기 충청권 건설업 폐업신고 17건

올해 1분기 폐업 신고를 한 종합건설업체가 160곳에 달하는 것으로 나타났다. 이는 2020년 이후 같은 분기 대비 가장 높은 수준이다. 충청권 건설업체 폐업 신고 건수는 17곳으로 집계됐다. 3일 건설산업지식정보시스템(KISCON)에 따르면 올해 1월부터 3월까지 종합건설업체의 폐업 신고 건수(변경·정정·철회 포함)는 모두 160건으로 조사됐다. 이는 2024년 1분기(134건)보다 약 12% 늘어난 수준이다. 1분기 기준으로 비교하면, 2020년 이후 가장 큰 규모다. 최근 5년간 1분기 폐업 신고 건수는 ▲2024년 134건..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 윤석열 대통령 파면에 기뻐하는 시민들 윤석열 대통령 파면에 기뻐하는 시민들

  • ‘윤석열을 만장일치로 파면하라’ ‘윤석열을 만장일치로 파면하라’

  • 친구들과 즐거운 숲 체험 친구들과 즐거운 숲 체험

  • 한산한 투표소 한산한 투표소