액체가 굳어지는 순간의 온도, 표준연 세계 최초 측정

정욱철 책임연구원 온도제어 원천기술 통해 밝혀내

정욱철 책임연구원이 압력제어식 온도제어장치를 사용하여 주석의 액상선 온도를 실현하고 있다. 사진=한국표준과학연구원

액체 금속이 고체로 굳기 시작하는 ‘순간의 온도’를 한국표준과학연구원이 측정해냈다.

이상적으로만 존재하던 표준온도를 세계 최초로 실현한 성과다.

표준연 열유체표준센터 정욱철 책임연구원은 독자적 온도제어 원천기술을 통해 이상적 표준온도인 금속의 액상선 온도를 측정, 현재 국제온도표준에서 기준온도로 사용하는 응고 온도에 큰 오차가 있음을 밝혀냈다.

물질은 저마다 응고 온도, 용융 온도, 액상선 온도와 같은 다양한 상변화 온도를 가지고 있다. 모든 물질이 순수하다면 상변화 온도 값은 모두 같아야 하는데, 지구 상에 순수한 물질은 없다. 불순물이 상이 변할 때 온도가 동일하게 유지되는 것을 방해하기 대문이다.

이 과정에서 상변화 온도 중 변하지 않는 유일한 값이 있다. 바로 액상선 온도다. 상변화 중 온도가 변해도 시작점만큼은 불면이기 때문에 국제온도표준은 특정 물질의 액상선 온도를 가장 이상적인 기준점으로 삼는다.

그러나 액상선 온도를 구현할 수 있는 기술이 없었다. 특히 고온 기준온도를 실현하는 데 사용하는 금속의 경우 액상선 온도는 불변이지만, 상이 변하기 시작하는 순간을 포착하고 온도를 측정하기는 불가능에 가까웠다.

정욱철 책임연구원은 이를 해결하기 위해 고속, 정밀 온도제어가 가능한 독자기술인 압력제어식 온도제어기술을 이용해 고온 231.928도에서 기준을 정의하는 금속인 주석의 액상선 온도를 실현하고 측정했다.

이번 결과는 현재 231.928도를 정의하는 주석의 응고가 이상적 기준온도인 주석의 액상선 온도와는 큰 차이가 있음을 입증한다. 또 지금까지 밝혀내지 못했던 미량 불순물 분포가 물질 상변화 온도에 미치는 영향을 분석하고 검증했다는 점에서 향후 국제온도표준의 개정에도 영향을 줄 수 있다는 점에서 큰 가치가 있다.

정욱철 책임연구원은 “이번 성과를 통해 국제온도표준을 구성하는 기존온도가 더욱 정교해지고 정확해졌다. 표준과학연구원이 기술적 한계를 극복하고 이상적 온도표준을 실현한 세계 유일 표준기관으로 거듭난 점에서도 의미가 있다”고 밝혔다.
이해미 기자 ham7239@