[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. 국립한밭대 연구자 11명, 세계 상위 2% 과학자 선정
  2. 대전 배추값은 낮아졌지만 속재료는 인상... 김장철 앞 부담 늘어날까
  3. 서산 석림동 아파트 화재로 주민 70여 명 대피, 재산피해 2,449만 원
  4. 천안지역 택시 운수종사자 조합, 택시통합·행복콜 폐지 성토...'사회적 합의 우선'
  5. 청주 원도심 다시 잇는다… 공간·상권·생활에 새 활력 대혁신
  1. "부지 매입비 아끼고 주차난 푼다"…인천시, 공원 지하에 주차장 800면 조성
  2. 대전 태평동5구역 재건축 사업 난항… 시공사 선정 문제에 조합 내부 갈등까지
  3. 허태정號 기조실장 '믿을 맨' 오나 친정체제 강화
  4. 단양온달문화축제, 사라져가는 전통문화 되살렸다…'상여·회다지놀이' 눈길
  5. 멈춰 선 충남교육공무직 순환전보… 법적 판단이 분수령

헤드라인 뉴스


`국가기관 집중` 세종, 2차 공공기관 이전도 촉각

'국가기관 집중' 세종, 2차 공공기관 이전도 촉각

44개 중앙행정기관의 세종 이전이 공식화된 가운데, 4분기 중 발표를 앞둔 2차 공공기관 지방 이전의 가능성에도 이목이 집중되고 있다. 세종시는 수도권 40개 공공기관을 중점적으로 유치 활동을 벌여왔는데, 기존 혁신도시 중심의 이전 검토에서 세종에 대한 안배를 어느 정도 고려할지 여부가 관건으로 꼽힌다. 14일 국무조정실 등에 따르면 정부는 수도권 공공기관 중 지방 이전 대상을 검토 중이며 올 4분기 발표할 계획이다. 앞서 2003년 첫 공공기관 이전에 물꼬를 튼 데 이어 두 번째 이전 계획이다. 1차 기관 이전에선 총 112개 기..

대전산단 등 3곳에 734억 기업투자… 제조·연구시설 확충 추진
대전산단 등 3곳에 734억 기업투자… 제조·연구시설 확충 추진

대전의 산업단지 3곳에 734억 원 규모의 기업 투자가 추진된다. 기존 산업단지 내 생산시설을 증설하거나 신규 산업용지에 제조·연구시설을 구축하는 것으로, 100명 이상의 신규 고용도 이뤄질 전망이다. 대전시는 14일 시청 중회의실에서 ㈜액스비스, ㈜파미, 한솔제지㈜ 등 3개 기업과 총 734억 5000만 원 규모의 투자 및 신규 고용을 위한 업무협약을 체결했다. 기업별 투자 규모는 액스비스 200억 원, 파미 295억 원, 한솔제지 239억 5000만 원이다. 신규 고용계획은 각각 45명, 39명, 20명으로 모두 104명이다...

이재명 대통령 두 번째 비서실장에 홍성 출신 임광현 국세청장
이재명 대통령 두 번째 비서실장에 홍성 출신 임광현 국세청장

충남 홍성 출신인 임광현(57) 국세청장이 이재명 대통령의 두 번째 비서실장으로 임명됐다. 강훈식 비서실장은 14일 오후 청와대 춘추관 브리핑을 통해 "풍부한 행정 경험과 정무 감각을 겸비한 경제관료 출신 정치인"이라며 "국회와 정부를 두루 경험한 만큼 국민 목소리를 국정에 더 크게 반영하고 당정청 협력으로 국정 성과에 속도를 낼 적임자"라고 밝혔다. 이어 "민생 회복과 사회 개혁에 대한 대통령의 주문을 실천하며 국민이 함께 잘사는 대한민국을 만들 것으로 기대한다"고 덧붙였다. 브리핑에 동석한 임광현 신임 비서실장은 "1995년 공..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 유성국화축제 ‘준비 착착’ 유성국화축제 ‘준비 착착’

  • 어르신들의 신중한 한수 어르신들의 신중한 한수

  • 기온 뚝…‘겉옷 챙기세요’ 기온 뚝…‘겉옷 챙기세요’

  • 구직자들로 북적이는 대전 일자리박람회 구직자들로 북적이는 대전 일자리박람회