[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. 5극 3특 전략에 라이즈 초광역 개편하는데 지역은 '논의 無'…"선제 기획 필요"
  2. 오용준 한밭대 총장 “기업 상주형 첨단전략 거점 과기대 필요"
  3. "종량제봉투 사재기 자제해야"…대전 자치구 '수급 안정'
  4. 대전 학교 급식 다시 파업… 직종교섭 난항으로 26~27일 경고파업
  5. 대전충남경총 제45회 정기총회… 지역경제 발전 공로 7명 표창
  1. [사설] 수도권 '쓰레기 대란', 비수도권도 남 일 아니다
  2. 대전.충남 행정통합 무산 책임 두고 김태흠 지사.김선태 의원 격돌
  3. [중도일보 독자권익위 3월 정례회] 행정통합·산단화재·지역의사제 등 논의
  4. [사설] 정부, 중동發 경제 위기에 비상 대응
  5. 대전 안전공업 참사 첫 발인 엄수… 희생자 장례 절차 본격화

헤드라인 뉴스


[재산공개] 이장우 대전시장 29억… 김영환 충북도지사는 -3억

[재산공개] 이장우 대전시장 29억… 김영환 충북도지사는 -3억

충청권 광역단체장 4명 가운데 김태흠 충남지사를 제외한 이장우 대전시장, 최민호 세종시장, 김영환 충북지사 등 3명의 재산이 늘어난 것으로 나타났다. 또 충청권 시도의장 4명 중에는 이양섭 충북도의장이, 대전 5개 구청장 중에는 서철모 서구청장이 가장 재산이 많은 것으로 집계됐다. 정부 공직자윤리위원회는 26일 이같은 내용을 골자로 하는 공직자 재산현황을 관보를 통해 공개했다. 이에 따르면 충청권 4개 시·도지사 가운데서는 이장우 대전시장이 29억 6000만 원으로 가장 많은 재산을 신고했다. 전년보다 9300만 원 늘어난 규모다...

한화 이글스, 28일 대전서 2026 KBO리그 첫 승 노린다
한화 이글스, 28일 대전서 2026 KBO리그 첫 승 노린다

프로야구 한화 이글스가 28일 대전 한화생명 볼파크에서 키움 히어로즈를 상대로 2026 KBO리그 개막전을 치른다. 한화는 개막전 선발투수로 외국인 용병 투수 윌켈 에르난데스를 낙점했다. 베네수엘라 출신 에르난데스는 우완 스리쿼터 유형으로 최고 156㎞, 평균 150㎞ 이상의 구속을 자랑한다. 특히 지난 시범경기에서 두 차례 등판해 1패, 평균자책점 4.50의 기록했다. 다소 아쉬운 성적이지만, 이닝당 출루 허용(WHIP·0.90)과 피안타율(0.167) 등의 세부 지표는 준수하는 평가를 받는다. 키움은 지난 시즌 8승 4패, 평균..

석유 최고가격제 27일 발표, 업계 인상 가능성에 정부 `유류세 인하폭 확대`
석유 최고가격제 27일 발표, 업계 인상 가능성에 정부 '유류세 인하폭 확대'

27일 정부의 2차 석유 최고가격제를 발표를 앞두고, 지역 주유소 업계에서는 직전보다 상한선이 높아질 가능성이 크다는 관측이 나오고 있다. 국제유가가 통상 2주간의 시차를 거쳐 국내시장에 반영되기 때문이다. 이에 정부는 유류세 인하 폭을 확대하고 적용 기간도 연장하는 등 추가적인 유가 안정 대책을 내놓았다. 26일 업계 등에 따르면, 정부는 중동 전쟁 여파로 국제유가가 급등하자 지난 13일 석유 최고가격제를 도입하고 정유사가 주유소에 공급하는 가격 상한을 휘발유 리터당 1724원, 경유 1713원으로 지정했다. 최고가격제 시행 이후..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 화재 참사 희생자에게 사과하는 안전공업 대표이사와 상무 화재 참사 희생자에게 사과하는 안전공업 대표이사와 상무

  • ‘골든타임을 사수하라’ ‘골든타임을 사수하라’

  • 서산 석유비축기지 시찰하는 이재명 대통령 서산 석유비축기지 시찰하는 이재명 대통령

  • 천안함 46용사 묘역 찾은 이명박 전 대통령 천안함 46용사 묘역 찾은 이명박 전 대통령