[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. '저평가 우량주' 대전이 뜬다 가치상승 주목
  2. 박종원 민주당 담양군수 후보, 유권자 금품살포 논란
  3. 교통망 넓히고 생활권 키우고…도시 체급 키우는 대전
  4. 대전 환경단체 “공영주차장 태양광, 법정 의무 넘어 50면으로 확대해야”
  5. 무인점포 17번 절취한 절도범 어떻게 잡혔나?(영상)
  1. [충남도민과의 약속, 후보 공약 비교] 박수현 "산업·사회에 AI도입" vs 김태흠 "민선8기에 이미 시작"
  2. 때 이른 더위 식히는 쿨링포그
  3. [2026 행복한 대전교육 프로젝트] 다문화 사회의 해답 '학생 맞춤형 교육'에서 찾다
  4. 막판 판세 흔들 변수는?… 조직력 집중
  5. "안 걸릴 줄 알았나?"… 무인점포 한 곳서 17차례 절도 20대 검거

헤드라인 뉴스


21일 공식 선거운동 시작… 정청래·장동혁 ‘충청 앞으로’

21일 공식 선거운동 시작… 정청래·장동혁 ‘충청 앞으로’

6.3 지방선거 공식선거운동 첫날인 21일 여야 대표가 나란히 최대격전지 금강벨트를 공략하며 선거일까지 13일간의 열전에 돌입한다 정청래 더불어민주당 대표와 국민의힘 장동혁 대표는 각각 충청권 각 시도지사 출정식 등에 참석, 각당 지선 프레임인 내란청산과 정권심판을 호소하는 것이다. 이들이 공식 선거전 첫날부터 충청권에서 맞불을 놓는 이유는 지방선거 승리를 위해선 중원에서 절대 밀려선 안 된다는 절박감을 반영한 행보로 풀이된다. 더불어민주당 허태정 대전시장 후보는 21일 오후 3시 중구 으능정이 문화의거리 이안경원 앞에서 출정식을..

스타벅스 `5·18 이벤트` 파장… 지역 시민단체 "반인륜적 마케팅"
스타벅스 '5·18 이벤트' 파장… 지역 시민단체 "반인륜적 마케팅"

"오월 영령을 모욕하고 역사를 희화화한 스타벅스는 진정성 있게 사죄하라!" 스타벅스가 5·18 민주항쟁 기념일에 진행한 '탱크데이' 이벤트를 두고, 지역사회의 지탄이 쏟아지고 있다. 이와 관련 스타벅스는 두차례 공식 사과와 대표 경질 등 사태 진화에 나섰으나, 시민사회단체는 "이번 사안은 단순 실수가 아닌 반역사적·반인륜적 마케팅"이라고 규탄하며, 진정성 있는 사과와 재발 방지대책을 촉구했다. 스타벅스 코리아는 지난 18일 5·18 민주화운동 기념일을 맞아 '탱크데이' 텀블러 할인 행사를 진행했다 여론의 뭇매를 맞았다. '탱크데이'..

[청년이 미래-1편] "나에게 딱 맞는 청년월세지원사업은?" 대전시 vs 국토부
[청년이 미래-1편] "나에게 딱 맞는 청년월세지원사업은?" 대전시 vs 국토부

대전시 청년들의 주거비 부담을 덜어주기 위한 '2026 청년월세지원사업'이 본격화되면서 청년들의 관심이 집중되고 있습니다. 올해 대전시 자체 사업과 국토교통부(이하 국토부)의 주관 사업이 2026년에 각각 진행돼 청년들의 선택 폭이 넓어졌습니다. 다만 두 사업은 중복 지급이 불가능하므로 본인의 조건에 맞춰 더 유리한 사업을 똑똑하게 골라야 합니다. 두 사업은 매월 최대 20만 원의 월세를 지원한다는 점은 같지만, 세부자격 요건과 지원 기간에서 뚜렷한 차이를 보입니다. ▲나이 기준 : 대전시 '19~39세' vs 국토부 '19~34세..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 공식 선거운동 D-1, 선거벽보 점검 공식 선거운동 D-1, 선거벽보 점검

  • 대전시장 후보자 토론회 대전시장 후보자 토론회

  • 어려운 이웃을 위한 자비의 쌀 나눔 어려운 이웃을 위한 자비의 쌀 나눔

  • 전국동시 지방선거 투표용지 인쇄 전국동시 지방선거 투표용지 인쇄