[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. 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. [맛있는 여행] 108-포천 고모저수지와 욕쟁이 할머니집의 구수한 맛
  5. 출연연 노동이사제 도입 이재명 정부 땐 실현될까… 과기연구노조 "더 미룰 수 없어"
  1. 대전교육감 선거 후보 등록 마감…5명 본선행 확정
  2. 국민의힘 충남도당, 당진YMCA 불법행위 조사 및 감사 청구 추진
  3. 교수·연구자·시민 첫 충청권 345㎸ 송전선로 토론회
  4. [인터뷰]"폭염중대경보 시 중단·이동·확인, 3대 수칙 실천을"
  5. [월요논단] 총성과 함성 사이, 북중미 월드컵이 던지는 평화의 패러독스

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