4세대 방사광가속기

 

태양보다 100京배 밝은 빛 쏘아 원소 움직임 본다

 

동아일보

 

입력 2016-01-08 03:00:00

 

 

 

2016년 국내 과학계 빅 이슈

 

 

경북 포항에 건설된 4세대 방사광 가속기(위쪽)가 올해 본격적인 가동을 앞두고 있다. ‘나노 세계를 보는 현미경’으로 불리는 이 가속기가 완공되면 우리나라는 미국 일본에 이어 세계 3번째 보유국이 된다. 올해는 달 탐사 원년 이기도 하다. 2020년 한국형발사체에 달 착륙선을 실어 쏘아 올리기 위한 프로젝트가 본격적으로 시작됐다. 사진은 한국형 달 착륙선과 로버가 달 표면에서 탐사를 벌이는 상상도. 포항가속기연구소 한국항공우주연구원 제공

 

 

올해 국내 과학계에서는 오랫동안 진행돼온 대형 프로젝트가 결실을 맺는 한편 우주 프로젝트가 새롭게 시작된다. 상반기 중 인천국제공항과 용유역을 잇는 6.1km 구간에 자기부상열차가 개통되고, 4월 경북 포항에서는 1.2MW급 지열발전소가 가동된다. 연말에는 세계 최초로 초전도 케이블 상용화에 돌입한다.

 

 

○ 4세대 방사광가속기, 세계 3번째 보유국으로

 

포항에서는 국내 첫 4세대 방사광가속기가 건설을 마치고 가동을 앞두고 있다. 4세대 방사광가속기가 완공되면 우리나라는 미국 일본에 이어 세계 3번째 보유국이 된다.

 

4세대 방사광가속기는 태양보다 100경(京) 배 밝은 빛으로 1000조 분의 1초로 움직이는 현상을 관찰할 수 있다. 예를 들어 물을 이루는 원소인 수소와 산소가 어떻게 붙고 떨어지는지 실시간으로 볼 수 있다. 이 때문에 독일과 스위스 등에서도 4세대 방사광가속기를 구축하고 있으며 영국, 중국도 구축 계획을 밝혔다.

 

4세대 방사광가속기는 포항가속기연구소가 현재 운용 중인 3세대 방사광가속기보다 100억 배 밝은 빔을 쏠 수 있다. 살아있는 세포나 단백질처럼 아주 작은 물질의 구조도 실시간으로 관측할 수 있다는 점에서 ‘나노 세계를 보는 현미경’으로도 불린다.

 

 

가속기는 전자의 특성과 자석을 이용해 강력한 빛을 낸다. 한쪽 끝에서 발사된 전자는 가속관 200개를 거치며 빛의 속도만큼 빨라진다. 이어 영구자석을 지나면서 뱀이 기어가듯 좌우로 진동하면서 방사광을 낸다. 전자가 급하게 방향을 꺾을 때 방사광을 내는 특성을 활용한 것이다. 이 빛이 중첩되면 강력하면서도 진폭이 0.1nm(나노미터·1nm는 10억분의 1m)로 짧은 빛이 돼 물질 속을 관측할 수 있다.

 

고인수 포항가속기연구소 4세대 방사광가속기 운영단장(포항공대 물리학과 교수)은 “지난해 말 건설을 완료하고 현재 시운전을 위한 준비 작업을 진행 중”이라며 “올해 내에 시운전을 거쳐 본격 운영할 계획”이라고 말했다.

 

 

○ 올해는 달 탐사 원년

 

올해는 우리나라의 달 탐사 원년이다. 정부는 2018년까지 시험용 달 궤도선을 발사하기로 하고 달 탐사 1단계 사업에 착수했다.

 

달 궤도선은 높이 2.3m, 무게 550kg급으로 설계 중이며, 고해상도 촬영카메라, 우주인터넷 장비 등을 탑재할 예정이다. 달 궤도선은 발사 후 지구를 3바퀴 돈 다음 가속도를 붙여 발사 4일째 달 상공 100km 궤도에 진입한다. 이후 1년간 달 주위를 돌면서 표면을 관측하는 등 탐사 활동을 벌인다. 달 궤도선은 미국항공우주국(NASA)과 공동으로 개발할 예정이다.

 

 

2020년에는 달 표면에 내려앉을 달 착륙선을 쏘아 올린다. 현재 개발 중인 한국형발사체에 달 착륙선을 실어 달까지 보낼 계획이다. 달 착륙선은 높이 1.8m, 무게 약 550kg으로 예상되며, 달 표면에 착륙한 뒤에는 월면탐사 로봇(로버)이 착륙선에서 분리돼 나와 달의 지형을 관측하고 미래를 위한 행성탐사 기술을 검증하는 등 임무를 수행할 계획이다. 로버는 무게 20kg 정도의 소형 탐사로봇으로 1년 이상 임무를 수행하게 된다.

 

주광혁 한국항공우주연구원 달탐사연구단 책임연구원은 “지금까지 달 탐사선 착륙 시스템, 로버 개발 등 국내에서 처음 시도하는 요소 기술 개발에 집중해 왔다”며 “달 탐사 사업이 본격적으로 시작된 만큼 그간 축적된 기술을 이용해 속도를 낼 계획”이라고 말했다.

 

 

이재웅 동아사이언스 기자 ilju2@donga.com

대전=전승민 동아사이언스 기자