2020년 어느 날 아침,달에 있는 허니문호텔에서 달콤한 첫날밤을 보낸 성호씨와 소연씨는 지구의 친정 부모님께 신혼 첫인사를 올렸다.레이저 홀로그래피를 이용한 입체TV는 영상과 음성을 실시간으로 전달,마치 친정의 안방에있는 것처럼 생생하게 인사를 할 수 있다.소연씨의 어머니는 딸의 눈에 행복감이 가득한 것을 보고 마음이 흐믓하기만 하다.이들 부부는 어제 지구에서결혼식을 올리고 일주일 코스로 화성까지 다녀오는 ‘스페이스 허니문’을즐기고 있는 중이다.이들이 탔던 우주선은 레이저 플라즈마 로켓으로 추진되기 때문에 지구에서 달까지 한나절에 갈 수 있다.금속표면에 강력한 레이저를 모아 플라즈마가 분출될 때 생기는 반발력을 이용하기 때문에 강한 추진력을 얻을 수 있고,많은 양의 연료를 싣고 갈 필요도 없다. 성호씨는 지구에 있는 자신의 ‘레이저 식물공장’의 중앙제어 컴퓨터에 접속했다.신혼여행을 떠나기 전에 열흘치 생장프로그램을 입력시켜 놓았다.식물공장 지하에서는 재배실별로 벼,토마토와 오이,그리고 백합,장미 등이 반도체 레이저의 빛을 받으며 자라고 있다.드넓은 공장 안의 온도와 습도는 모두 컴퓨터로 자동 제어된다.자연공간에서 자라는 것보다 성장이 5배 이상 빠르고,병충해가 침입할 수 없도록 환경을 완벽하게 제어하기 때문에 무공해재배가 가능하다.반도체 레이저의 파장을 식물의 엽록소 흡수 스펙트럼에 일치시켜 광합성 효율을 최대로 하기 때문에 낭비되는 전기가 없다.식물이 자랄 때와 열매를 맺을 때 등 성장 단계에 따라 최적의 광량과 파장이 자동으로 조절된다. 광기술이 고도로 발달한 2020년대의 생활상이다. 20세기의 기술문명이 전자공학에 의해 꽃이 피었다면 21세기의 기술혁명은‘광기술’에 의해 주도될 것이다.이러한 시대조류는 ‘21세기는 광자(光子)의 시대’라는 말로 대변되고 있으며,현재 이미 그 징후들이 도처에서 나타나고 있다. 그 중 가장 대표적인 것이 광통신 기술이다.인터넷 사용인구가 폭발적으로증가하고 있고 전달되는 정보가 더욱 대용량화되고 있기 때문에,기존의 통신기술은 속도와 용량 면에서 곧 한계에 다다를 것이란 예측이다.광기술은 현재로서 이러한 문제를 해결할 수 있는 유일한 기술로 인식되고 있다. 광기술의 발달로 2010년에는 현재 1,000배 이상의 용량을 갖는 광메모리칩도 실용화되고 지금보다 십만 배 이상 빠른 광인터넷이 우리들의 가정,사무실,공공기관 등을 연결해 줄 것이다.유명 관광지를 집에 앉아서 실시간 입체영상으로 관람하거나 전세계 도서관에 있는 방대한 양의 자료를 언제 어디서나 쉽게 찾아볼 수 있다.또한,2020년경에는 현재의 수퍼컴퓨터로는 수십억년이 걸릴 계산을 불과 수 분내에 처리할 수 있는 광컴퓨터(양자컴퓨터)가 실현되어,손목에 차고 다닐 수 있는 초소형 휴대PC나 인간에 버금가는 지능을가진 로봇을 개발하는 데 기여하게 될 것이다.현재의 컴퓨터 계산방식에서는0과 1의 이진법을 사용하지만,빛을 이용하는 양자계산에서는 0과 1 사이의수많은 상태를 이용하므로 처리속도가 상상을 초월할 정도로 빨라지는 것이다. 에너지 분야에서는,레이저 핵융합기술이 실용화되어 바다나 우주에 무궁무진하게 존재하는 수소원료에서 무공해 에너지를얻을 수 있게 된다.‘인공태양’이 지구상에 만들어지는 것이다. 값싸고 풍부한 무공해 전기를 얻을 수 있기 때문에 사막에다 담수화된 바닷물을 끌어들여 옥토를 만듦으로써 풍요로운 녹색 지구를 만들 수도 있게 될것이다.고비사막이 녹화되면 매년 3,4월에 발생하는 우리 나라의 골치 아픈황사현상도 없어질 것이다.이와 함께 정지궤도에 설치된 우주 발전소에서 만든 전기를 레이저빔으로 바꾸어 우주기지나 지구상에 전송하는 기술도 실용화될 것으로 예상된다. 지금도 의료분야에서 폭넓게 이용되고 있는 의학용 레이저의 경우 21세기에장치가 소형화되고 값도 저렴해져 각종 진단과 치료에 일상적으로 이용될 것이며,새로운 진단 및 치료기기가 등장할 것이다.예를 들어,레이저를 이용한광 단층촬영(CT) 기술이 실용화되어,기존의 X선 CT나 자기공명영상장치(MRI)로는 불가능한 초미세 진단이 가능해져 질병을 조기에 발견해 치료할 수 있게 될 것이다. 특히, 레이저의 파장을 다양하게 변화시켜 질병부위의 화학적성분을 알아낼 수 있기 때문에 단순하게 영상을 얻는 것보다 한 단계 높은차원의 진단이 가능해 진다. 적외선 레이저는 X-선에 비해 인체에 해롭지 않기 때문에 필요하면 언제라도 신체내부의 레이저 영상을 얻어 치료과정을 단계적으로 살펴볼 수 있는이점이 있다.생의학 분야에서는 X-선 레이저 홀로그래피가 조만간 실용화될것이다.이 기술은 생체세포를 살아있는 상태에서 수만 배 확대된 입체영상으로 보여주기 때문에 세포 신진대사나 바이러스의 침투,약물에 대한 세포의반응 등을 실시간으로 연구할 수 있게 된다.기존의 고주파 가속기술을 대체하는 레이저가속기술이 실용화되면 현재 길이가 수십 km에 이르는 입자가속기가 수 미터 크기로 소형화될 것이다. 한편,21세기에는 중·장거리 전략 미사일을 수백km 밖에서 파괴시킬 수 있는 고출력 레이저 광선 무기가 개발될 것으로 전망된다.생화학 무기나 핵무기를 실은 미사일을 발사하여 전쟁을 일으키려는 나라는,먼저 이 미사일이공격목표에 도착하기도 전에 상대국의 레이저 무기에 의해 요격되어 자기 나라 상공에서 폭발할 것을 걱정해야 한다.광기술이 여는 21세기의 기술혁명은 이제 막 시작되고 있으며,그 변혁의 속도는 지난 세기의 그것과는 비교가 되지 않을 정도로 빠르다.이러한 변혁을잘 제어해 인류는 20세기보다 훨씬 풍요로운 삶을 누릴 것으로 확신한다. ■필자 약력/ 李 鍾 旼. ▲57세 ▲서울대 문리과대학 물리학과 이학석사 ▲고려대 이학박사 ▲국방과학연구소 전자광학부 실장 ▲한국원자력연구소 기초연구부 부장 ▲한국광학회 회장 ▲한국원자력연구소 미래 원자력 기술개발단 단장(jmlee@kaeri.re.kr). *레이저 응용 光기술. ‘인공 광원’인 레이저를 응용한 광(光)기술이 고도 정보사회의 핵심기술로 각광받고 있다. 미 휴즈항공사의 물리학자 메어먼박사가 여러개의 섬광판으로 루비를 자극시켜 루비레이저를 발현시키는 데 성공한 것이 1960년 7월.태양빛,즉 자연광을 제어하는 수준에 국한됐던 광기술은 레이저의 발명 이후 완전히 새롭게탈바꿈했다.최근에는 광학과 전자,기계 분야의 융합으로 레이저 응용분야는더욱 확대되고 있는 추세다. 레이저(LASER)란 ‘유도방출에 의한 빛의 증폭 또는 그 현상’을 일컫는다. 레이저용 매질(媒質)에 외부에서 계속 자극을 주면 매질은 불안전한 상태가된다.매질이 안정된 상태로 돌아오면서 에너지의 일종인 광자(光子·빛)를내뿜는 현상이 레이저다. 레이저가 내뿜는 빛은 우리가 눈으로 감지할 수 있는 가시광선을 포함해 마이크로파,적외선,자외선,X-선 등 모든 전자기파를 포함한다.고체(유리,루비,티타늄사파이어),액체,기체(헬륨네온,아르곤이온,이산화탄소,엑시머),반도체(갈륨비소,인듄갈륨비소),자기장 등 매질에 따라 수천종류의 레이저광이 확인되고 있다. 레이저는 일반적인 빛과 달리 직진성,단색성,간섭성,집속성,고출력 에너지방출 등을 특징으로 한다. 이같은 특성 중 직진성과 집속성,고출력 에너지를 응용한 것이 군사용 및의학용 레이저다.정보 입력(스캐너)에서부터 광통신(광섬유,광교환기),데이터저장(CD나 DVD),출력(레이저프린터,영상표시장치) 등 레이저는 우리 생활전반에 이미 깊숙히 자리잡고 있다. 광자가 갖는 강력한 에너지를 이용해 정밀절단을 하거나 구멍을뚫는 레이저 가공기의 개발도 활발하다.화학산업에서는 빛을 유기체와 결합시킴으로써새로운 성질을 갖는 소재를 개발할 수 있게 됐다. 최근에는 차세대레이저로 불리는 자유전자레이저에 대한 연구가 매우 활발하다. 자유전자레이저란 전하(電荷)를 띤 빔을 자기장에 쏘았을 때 생성되는 레이저.기존의 레이저가 파장이 매우 제한적인데 반해 자유전자레이저는 광범위한 영역의 파장을 모두 낼 수 있기 때문에 응용분야 또한 무궁무진해 ‘꿈의레이저’로 떠오르고 있다. 다양한 파장의 빛은 DNA나 단백질 등 분자단위의 미세한 대상의 구조를 분석하고 조작하는 것부터 탄도탄을 쏘아 맞추는 군사용까지 막강한 파워를 구사 할 수 있다. 국내에서는 최근 원자력연구소 이종민박사팀이 소형가속기(마이크로트론)를이용한 원적외선 영역의 자유전자레이저 개발에 성공했다. 미 항공우주국(NASA)은 자유전자레이저를 지구상 4만∼5만㎞에 떠있는 인공위성에 쏘아 위성을 반영구적으로 가동할 수 있는 에너지원을 제공하는 프로젝트를 추진 중이다. 함혜리기자 lotus@

90세 정도의 한 노인이 H병원 K박사를 찾아왔다. “친구가 지난 번에 박사님집도로 척추뼈와 심장을 국산으로 싹 바꿨는데 아주 흡족해 하더군요. 나도인공 간을 국산으로 바꿀까 하는데…” “선생님도 수술 결과에 분명 만족해하실 겁니다. 국산 바이오 소재는 한국사람의 체질에 맞게 개발됐기 때문에외국제보다 오히려 더 적응이 잘되는 것으로 알려져 있습니다.일본이나 중국등 아시아 국가에서도 우리가 개발한 인공장기가 인기가 있습니다.”환자와 의사가 나누는 이런 대화를 들을 날도 멀지 않았다.과학자들은 마치자동차의 부속품을 바꾸듯이 신체의 일부를 인공장기로 바꿀 수 있다고 믿는다. 인간유전자 정보에 대한 완벽한 해석과 더불어 재료의 생체 친화성과 생체 조직에 대한 원리 규명을 통해 향후 20년내에 인체와 완벽한 조화를 이루는 인공장기가 출현할 것으로 예견되기 때문이다. 인공장기는 바이오테크놀로지를 응용한 화학약품이나 의약품제조기술과 함께 전자공학,레이저,화상처리 기술을 갖춘 의료기기를 만드는 기술 덕분에 가능하지만 가장 중요한 이유는 무엇보다도 신소재의 개발을 들수 있다. 일반적으로 인공장기를 만드는 생체 재료는 생체적합성,생체기능,기계적 특성이 뛰어난 것이어야 한다.이식이 됐을때 진짜 장기처럼 자리를 잡고 기능을 잘 수행해야 한다.장기간 체내에 이식돼도 부식되거나 분해되지 않고 기계적 성질을 그대로 간직해야 한다.혈액과 접촉하더라도 혈전이 발생하지 않는 항혈전성 기능을 가져야 한다. 이같은 조건을 완벽하게 갖춘 인공장기는 아직 개발되지 않고 있다.체내투입형 인공장기가 실용화되려면 항혈전성이 높고 이온을 선택적으로 투과시킬수 있는 고분자 분리막, 생체조직 및 기관형성을 촉진하는 합성재료가 개발돼야 한다. 정형외과나 치과 등에서 쓰이고 있는 인공뼈,인공관절,인공치아 등은 생체적합성 외에 우수한 강도와 내마모성이 요구된다.생체 내에서 독성이 적으며,주위의 생체조직과 친화성도 좋고 뼈의 증식에도 적합한 수산화아파타이트세라믹스가 콜라겐과 같은 고분자와 복합된 재료를 개발 중이다.동물의 피부를 모델로 하여 스스로 치료될 수 있는 자기 수복형 고분자 필름이 개발되어 손상된 부분에 붙여 놓으면 상처가 아무는 인공피부에 대한 연구도 활발하다. 세포를 고분자에 고정시킨 하이브리드형 재료 개발이 성공하면 각종 센서재료를 결합시킨 바이오 센서가 체내에 장착되어 외부에서 모니터링이 가능할뿐 아니라 스스로 조절할 수 있는 지능형 장기의 개발도 가능해진다. ■홍국선 서울대공대 교수 ▲43세 ▲서울대 공과대학 요업공학과 ▲한국과학원 공학석사(재료공학과) ▲미 알프레드대 공학박사(세라믹스) ▲한국과학기술연구원 선임연구원 ▲대학산업기술지원단 단장대행 ▲현 서울대 재료공학부 부교수, 서울대 신소재 공동연구소 운영부장(kshongss@plaza.snu.ac.kr). *신금속·고분자·파인세라믹스등 기능성 신소재. 이 세상에서 100% 만족스러운 소재를 찾기란 거의 불가능하다. 다만 용도에맞는 소재를 찾거나 각 소재들의 장점은 살리고 약점은 보완하는 방법을 찾을 뿐이다.여기에 특정한 기능이 첨가된다면 금상첨화다. 과학기술의 발달로첨단화가 가속화되는 미래에는신금속,고분자,파인세라믹스 등 기능성 재료들이 핵심기술로 더욱 각광받을 것이다. 신금속 재료의 경우 가벼우면서도 강하고 단단한 금속을 만드는 것이 소재개발의 목표다.가장 보편적인 방법은 여러 가지 금속원소를 섞어서 합금을만들고 합금의 조직을 조절하는 것이다.섭씨 1,000도이상의 고온과 고압을견디는 자동차 엔진용 내열고강도 합금,온도가 올라가도 열팽창이 거의 없는레일용 저열팽창성 합금, 가볍고 강한 항공기나 우주선 용 경량합금이 개발돼 사용되고 있다. 특수합금 가운데 미래의 첨단소재로 꼽히는 것으로는 형상기억합금과 수소저장합금을 빼놓을 수 없다.형상기억합금은 가공 당시의 온도에서 일정한 모양으로 만들어지면 그때의 자기 모습을 기억하고 있다가 다른 상황에서 변형되더라도 가공당시의 온도에 도달하면 원래 제모습으로 돌아가는 ‘기억력을가진 금속’이다. 이 합금은 미래의 인공위성 태양전지판에도 꼭 필요한 재료이다.엔지니어들은 10m가 넘는 큰 태양전지판을 형상기억합금으로 연결해 여러 번 접어서 스페이스셔틀의화물칸에 넣어 발사한다.우주에서 태양열 때문에 온도가 올라가면 기계적인 동력이 없어도 저절로 전지판이 펴지게 된다.이 합금은 기억력이 좋을 뿐 아니라 탄성이 뛰어나 항공기 잠수함 등의 파이프 이음새부터속옷(여성용 브래지어),부러진 뼈를 부목하는 금속판,치열 교정용 강선까지널리 쓰인다. 가장 기억력이 좋은 것이 니켈과 티타늄의 합금이지만 가격이 은값의 3배정도로 비싸 실용화 길이 요원하다.따라서 가격이 싼 구리계와 철계를 이용한형상기억합금에 대한 연구가 한창이다. 기체상태의 수소를 1,000배 정도 흡수해 저장하고 있다가 필요시 수소가스로 방출하는 수소저장합금도 신금속 재료의 대표주자다.수소저장합금이 안정성 있게 상품화되면 연소시 열량이 크고 연소가스가 전혀 없는 수소를 연료로 사용하게 된다.따라서 경량합금을 사용해 에너지 효율으로 높이고,형상기억합금으로 차체를 만들어 추돌사고로 찌그러져도 열만 가하면 원래 모습으로 되돌아 가며,수소에너지를 사용해 공해가 없는 자동차를 만드는 것도 가능해 진다. *금속에도전하는 고분자. 분자량이 큰 고분자 화합물을 첨가제로 사용해 인공적으로 합성한 플라스틱(합성수지)은 값이 싸고 가벼우며 가공이 쉬운 반면 전기를 통하지 않고 열에약하다는 문제가 있다. 이런 플라스틱이 재료과학 덕분에 신소재로 각광받으며 우주선의 주요 부품이나 첨단산업 재료로 쓰이고 있다. 대표적인 고분자 재료에는 노트북 PC의 디스플레이로 사용되는 액정고분자와 금속이나 세라믹스에 못지않은 강도와 내열성을 갖는 엔지니어링 플라스틱이 있다.엔지니어링 플라스틱 분야에서는 치열한 경량화 경쟁이 벌어지고있어 ‘강철보다 강하고 새털처럼 가벼운’ 신소재가 출현할 전망이다. 최근 주목받고 있는 신소재 가운데 전도성 고분자도 있다.이것은 고분자의본래 특성인 가볍고 가공이 쉬운 장점을 유지한 채 전기를 통하는 플라스틱이다.넓은 면적의 태양전지와 플라스틱 배터리는 물론 정전기 방지나 전자파차단용품으로도 사용될 수 있으며 멀지 않은 장래에 무거운 구리선 대신 나이론실과 같은 전도성 플라스틱이 전선으로 사용될 수도 있다.대형 여객기의배선에 사용되는 전선을 전도성 고분자로 바꾸면 여객기의 무게를 약 1t정도가볍게 할 수 있다. *21세기 핵심소재 초전도 재료. 21세기 신소재와 관련해 빼놓을 수 없는 것이 초전도체다.전기저항을 전혀받지 않는 물질로 이를 활용하면 전력손실이 전혀 없이 전기를 저장할 수 있어 ‘전기통조림’도 가능하다. 강력한 자기를 발생할 수 있기 때문에 자기부상열차에 응용되는가 하면 인체에서 발생하는 미세한 자기를 측정,세포기능을 밝혀내는 센서인 양자간섭소자에도 사용될 수 있다.문제는 절대온도 77도(초전도 물질이 경제성을 갖는 온도) 이상에서 기능을 발휘하는 초전도 재료의 개발이다.액체 헬륨이나액체질소를 냉각,극저온에서 전기저항이 없는 초전도체가 개발돼 있으나 비용이 비싸 상온 초전도체에 대한 연구가 활발하다. 고분자 분야에서도 원자단위의 조작을 통해 새로운 조성과 구조를 갖는 상온 초전도고분자를 연구하고 있다.초전도 고분자는 플라스틱이 갖는 가볍고가공이 용이하다는 점 외에 가격이 저렴하여 이것이 실현되면 초전도 세라믹으로는 불가능한 면적이나 선형 가공이 가능해져 그 파급효과는 실로 엄청날것이다. *20세기 신소재혁명의 선도株 '세라믹스'. 20세기 신소재혁명을 선도한 세라믹스도 앞으로 더욱 다양한 기능을 갖게 될전망이다.전기를 저장하는 능력이 기존의 축전기 재료보다 일만배나 높은 강유전세라믹스는 축전기의 크기를 획기적으로 줄이고, 마이크로파 유전세라믹스는 정보통신 기기의 소형화를 앞당기게 된다. 미래의 신소재로 주목받고 있는 기능성 재료 중의 하나가 압전세라믹스. 이것은 기계적인 충격을 전기로 바꾸거나 전기신호로부터 기계적인 운동을 유발한다.수중탐사를 위해 사용되는 소나,의료용 초음파진단장치도 전기신호로압전세라믹스를 움직이고, 음파를 발생시켜 반사돼 돌아오는 음파에 의해 압전세라믹스가 진동하면 전기적 신호가 만들어지는 현상을 이용한 것이다. 진동을 감지,이와 반대되는 진동을 발생시키는 압전세라믹스의 기능은 각종 센서의 개발을 촉진시킬 것으로 기대된다.

[워싱턴 연합] 태양계 밖에서 대형 행성 6개가 새로 발견됐으며 이들 가운데 5개 행성은 각각 생물이 살기에 적당한 거리만큼 중심별에서 떨어져 있다고 미국과 영국의 천문학자들이 29일 밝혔다. 이들 행성은 하와이섬의 사화산 마우나 케아의 정상에 있는 대형 켁 망원경의 관측으로 발견됐다.이들이 궤도를 돌고 있는 중심별은 지구의 태양과 크기,밝기,나이 등이 비슷하다고 스티븐 보크트 캘리포니아 샌타 크루즈 주립대학 천문학 교수가 밝혔다. 새 행성들은 태양계에서 가장 큰 행성인 목성보다 약간 작은 것에서부터 몇 배나 큰 것까지 크기가 다양하며 목성처럼 수소와 헬륨 가스로 구성돼 있는 것으로 보인다. 그러나 이들 가운데 5개 행성은 과학자들이 서식 가능 지역으로 부르는 곳에 자리잡고 있는 게 분명해 생물 존재의 전제 조건인 액체 상태의 물이 존재할 수도 있는 것으로 관측됐다. 보크트 교수는 이날 발표한 성명에서 “다섯개 행성은 (중심별에서의) 거리가 꽤 적당하며 새크라멘토(캘리포니아주의 주도)에서 무더운 날에 해당하는 42.22℃인 곳도 있다”고 말했다.

?워싱턴 최철호특파원?미 애틀랜타시에서 증권사 총기난사 사건이 발생한지 불과 일주일만에 또다시 앨라배마주에서 총기난사 사건이 발생해 3명이숨졌다. 5일 오전7시쯤 앨런 유진 밀러(34)가 앨라배마주 버밍햄시 근교 부유층 거주지인 펠럼의 사무용 건물 2곳에서 총기를 난사,3명이 숨졌다. 범인 밀러는 범행직후 차를 몰고 달아나다 경찰의 추격으로 포위돼 격투 끝에 체포됐으며 차안에서 범행에 사용된 것으로 보이는 권총이 발견됐다. 앨런 웨이드 펠럼 버밍햄경찰서장은 첫번째 두 희생자는 밀러의 근무지인배관 및 조명설비 도매업체 퍼거슨 엔터프라이즈 사무실에서,세번째 희생자는 이곳에서 수마일 떨어진 헬륨가스 공급업체인 포스트 에어개스 사무실에서 각각 발견됐다고 말했다. 이번 사건은 지난달 29일 조지아주 애틀랜타시 금융가의 증권회사인 올테크 인베스트먼트 그룹 사무실에서 증권투자 실패에 좌절한 마크 바튼(44)이 총을 난사,9명을 숨지게 한 지 불과 일주일만에 발생한 것이어서 미국인들이받는 충격은 매우 크다. 현재 캘리포니아주 등 15개주가 총기규제를 강화하고 있으나 연방차원의 규제는 로비에 부딪혀 결실을 맺지 못하고 있는 실정이다. 클린턴 대통령은 지난 4월 콜로라도주 콜럼바인 고교 총기난사 사건이후 총기소유 연령을 21세로 상향조정하고 청소년 총기범죄에 대한 부모의 책임부담,신원조회없는 총기판매 규제 등을 요구하는 법안을 의회에 제출했다. 그러나 이 법안은 의회 심사도중 공화당의 강력한 자금줄인 전미 총기류협회(NRA)과 총기제조업체들의 로비로 미성년자의 총기접근을 허용하고 신원조회 생략 등 당초 의도와는 상당히 다르게 변질됐다는 지적이다.NRA 등은 현재의 총기규제법만으로도 충분하며 단지 필요한 것은 엄격한 실행이라고 주장하고 있다. 거듭된 총기 난사 사고로 클린턴 행정부의 총기규제법안 채택 노력이 다소힘을 얻을 전망이다. hay@

프랑크푸르트시에서 남쪽으로 1시간 가량 떨어진 칼스루에시(市) 외곽에 위치한 칼스루에연구소(FZK) 에너지연구센터는 유럽에서 가장 크고 한발 앞선핵융합에너지 실험로를 갖춘 곳이다. 에너지 연구센터 헤니스소장은 “FZK는 원래 원자력연구를 위주로 한 칼스루에핵연구소(KFK)였으나 대부분의 연구가 종료됨에 따라 통독 이후 환경분야의 연구를 확대추진하면서 미래의 에너지로 불리는 핵융합 연구에 집중하기 시작했다”고 설명했다. 핵융합은 작은 수소원자가 매우 높은 온도와 압력의 플라즈마(수많은 원자핵과 전자가 각각 에너지를 갖고 혼재하는 상태·기체에 에너지가 가해졌을때 나타나는 물질의 제 4의 상태)에서 핵융합을 일으켜 더 큰 원자(헬륨)가되면서 막대한 양의 에너지를 방출하는 반응이다. 최근의 연구는 섭씨 10억도나 되는 플라즈마 에너지를 가두어 두는 방법 및 소재에 집중되고 있다.현재까지는 플라즈마에 지구 자기장의 16만배에 이르는 자기를 흐르게 함으로써 평형상태를 유지하도록 하는 토카막시스템(TOKAMAKS)이 가장 경제적인 방법으로 알려져 있다. FZK 에너지연구소에도 토카막 시스템을 이용한 실험로 TOSKA가 설치돼 있다. 헤니스소장은 “핵융합에너지는 우라늄 등 방사성원소의 핵분열을 이용하는 원자력처럼 방사능을 방출하지 않고 화석연료와 같이 이산화탄소 배출도 없을 뿐아니라 수소를 원료로 사용하기 때문에 실용화에 성공하면 전세계 인류의 에너지 문제를 해결해 줄 것”이라고 말했다. 문제는 핵융합연구에 막대한 예산이 필요하다는 점이다.미국 유럽연합 등선진국들도 이 때문에 독자적 연구를 수행하지 못하고 컨소시엄을 구성해 공동연구를 해 왔다. FZK의 홍보담당 피터 슈펠링씨는 “FZK는 지난 10년간 자기장치와 초전도체 분야에서 많은 경험을 쌓으면서 핵융합에너지 연구의 주도적인 위치를 차지하게 됐다”면서 “유럽연합 차원의 협동연구프로젝트인 EURATOM,국제적인핵융합로 프로젝트인 ITER의 핵심분야인 거대 자석코일 연구를 담당하고 있다”고 덧붙였다. ITER프로젝트는 평화적으로 사용할 수 있는 핵융합에너지 개발에 대한 과학적이고 기술적인가능성을 제시해 주기 위한 국제적인 프로젝트로 미국,러시아,일본,EU가 참여한다.이미 10억달러가 들어갔고 앞으로도 80억달러가 소요될 ITER프로젝트에 의한 상업적 발전은 2040년쯤으로 과학자들은 추정하고있다. “많은 예산과 시간,연구인력이 필요하지만 대체 에너지 개발은 인류가 힘을 합해 해결해야 할 과제”라고 헤니스소장은 강조했다. 칼스루에(독일) 함혜리기자 lotus@

지난해 12월18일 남해안에 침투하다 격침된 북한 반잠수정이 17일 침몰 3개월만에 우리 해군에 의해 인양됐다. 해군은 이날 오후 1시28분쯤 잠수함 구조함인 청해진함을 동원,거제도 남방 100㎞ 해상에서 해난구조대(SSU) 요원 9명이 수심 150m의 해저로 미리 내려가 묶어놓은 밧줄과 특수 크레인을 연결해 반잠수정을 수면 위로 끌어올렸다고 밝혔다. 인양된 반잠수정은 함수 조타실과 함미 엔진실이 심하게 파손되고 선체 곳곳에 파편 자국이 있으나 선체는 비교적 온전한 상태였다. 해군 관계자는 “선체 내에 3명 정도의 부패된 공작원 사체가 남아있을 것으로 추정하고 있다”면서 “반잠수정을 진해 해군기지로 옮긴 뒤 합동신문을 거쳐 빠르면 18일 전체 공작원 규모와 침투 목적 및 경로,소지품 등을 공개할 계획”이라고 말했다. 구조대원들은 대기압의 15배가 되는 높은 수압에 견디기 위해 불활성기체인 헬륨을 체내에 흡입한 뒤 특수장비를 이용해 심해에 들어가 작업을 하는 ‘포화잠수법’을 처음으로 시도했다.

높은 수압에 견디기 위해 불활성기체인 헬륨을 최대 한도까지 체내에 흡입한 뒤 심해에 들어가 물체를 인양하는 ‘포화잠수법’이 해군 사상 처음으로 시도된다. 해군은 20일 지난해 12월18일 남해안에 침투하다 격침된 북한 잠수정을 발견,본격적인 인양작업을 준비중이라고 밝혔다.최초 격침 위치인 거제도 남방 100㎞ 지점에서 북서쪽으로 450m 떨어진 수심 150m 해저에서 발견된 반잠수정은 포격으로 선체 일부가 파손된 상태이다. 인양 작업은 먼저 구조함인 청해진함에서 심해잠수 구조정을 이용해 위치를 확인한 다음 수압에 견디는 캡슐형 특수장비에 전문 잠수사를 태워 바다 속에 내려보내 로프와 굵은 철사로 선체를 묶은 뒤 크레인으로 끌어올리게 된다. 이때 잠수사들은 캡슐형 특수장비 속에 꽉 채운 불활성기체인 헬륨을 호흡을 통해 체내로 흡수,15기압 상태에서 버틸 수 있게 된다.해군은 반잠수정을 완전히 인양하기까지 최대 4∼5개월이 소요될 것으로 전망했다.金仁哲 ickim@

◎우주 생성 비밀 해결 열쇠 【워싱턴 AFP 연합】 미국 항공우주국(NASA)은 23일 허블우주망원경을 통해 근거리 은하계에서 관측된 것 중 가장 나이가 어린 대규모의 별 집단을 발견했다고 밝혔다. 빛을 발하는 두꺼운 가스층에 둘러싸인 이 거대한 미성숙 성군(星群)은 지구로부터 20만 광년 떨어져 있으며‘작은 마젤란의 구름’으로 불리는 조그만 은하계에 위치해 있다. 두꺼운 가스층 사이로 밝게 빛나는 중앙 부분이 어린 별 집단으로 과학자들은 150여억년 전의 우주 생성을 짐작케하는 유일한 창구가 될 것으로 보고 있다. 중(重)원소가 없는 이들 어린 별들은 빅뱅(대폭발)으로 형성된 헬륨과 수소로 만들어진 별들과 비슷한 움직임을 보이고 있다고 항공우주국은 설명했다.

◎러시아 첨단기술 국내산업에 접목/생명과학·전자·화학 등 97개 품목 출품/양국 협력 통해 국내 업체 경쟁력 강화 세계 최고수준의 러시아 첨단과학기술 이전을 통해 국내 기업체의 획기적인 경쟁력 강화를 도모하기 위한 대규모 전시회가 열린다. 과학기술부는 러시아 과학기술부와 공동으로 오는 12일부터 5일간 서울 삼성동 한국종합전시장(KOEX)에서 ‘98 러시아 첨단과학기술 전시회’를 연다. 이 전시회에는 러시아 과학기술을 대표하는 전기·전자,기계,소재·공정,화학·화학공학,생명과학 등 분야에서 모두 97개의 최첨단 품목이 선을 보여한·러 과학기술협력의 촉매제 역할을 할 것으로 기대된다. 이번 전시회는 기술력 부족으로 어려움을 겪고 있는 국내업체들에게 러시아 첨단 과학기술을 전수받는 기회를 제공,경쟁력을 높일 수 있도록 하자는 취지에서 마련됐다. 이 전시회 출품품목에는 세계적으로 유명한 ‘98제네바 국제 발명품 전시회’대상품목 등 수상 제품들이 많이 포함돼 러시아 과학기술의 우수성과 이기술들의 국내산업 접목 가능성을 직접 확인할 수 있는 장이 될 것으로 보인다. 주요 전시품목을 보면 다음과 같다. ▲휴대용 워터­플라즈마 용접·절단기:플라즈마를 사용한 금속 용접,절단기로 기존 플라즈마 기술에서 이용된 알곤,헬륨대신 맹물을 사용,경제성 및 장치의 복잡성을 획기적으로 개선한 품목.자동차 정비,조선,기계 공작,전기·전자산업 등 응용분야가 대단히 넓다.제네바 발명품 전시회 대상품목이다. ▲항공기 기체 구조용 알루미늄­리튬 합금 판재 제조기술:항공기 기체 등의 구조용 재료인 알루미늄­리튬합금의 제조기술은 러시아가 최근 세계 최초로 개발한 기술.저비중·고강도면에서 탁월하며 경량화에도 상당한 성과를보여 국내에 도입될 경우 항공기,고속전철,선박 등의 구조재 국산화 및 수출증대에 크게 기여할 것으로 기대된다. ▲다용도 팩시밀리 각인기:각종 그림,설계도 및 비문 등 종이에 그려진 이미지를 컴퓨터에 입력,편집과정을 거쳐 석재,유리,플라스틱 및 금속 평판에 복사하는 기계.실내장식,회사현판,광고판,기념패 등 응용폭이 큰 기술로 가정에서도 사용할 수 있을 만큼 설치장소에 구애받지 않고 작동방법도 간단하다. ▲금속증기 이용 차세대 고출력 레이저:기체,액체 또는 고체 결정 대신 구리,금 등 금속증기를 매질로 이용한 레이저.파장이 가시영역이고 레이저 펄스의 반복률,레이저 평균출력 등에서 기존 레이저보다 훨씬 우수하다.국내 일부 대학 및 연구소 등에서 개발중이지만 이번 전시품목과 같은 소형화 및 상품화에는 이르지 못한 실정이다. 이밖에 금속의 심층결합 및 용접부위 검사결과를 3차원영상으로 해석할 수있는 ‘휴대용 초음파 탐상장치’,안경에 적외선 특수장치를 부착, 시각장애인이 장애물을 피해 다닐 수 있도록 해 주는 ‘위치탐지 안경’등이 눈길을 끈다. 한편 이번 전시기간중에는 주요전시품목을 러시아 과학기술자들이 직접 설명하고 국내참석자들과 토론을 벌이는 기술설명회 및 개별 기술이전 상담도 부대행사로 열어 이번 행사가 실질적인 기술협력의 마당이 될 수 있도록 할 예정이다. 또 기술도입 자금에 대한 안내 및 상담서비스를 하는 기술금융관을 설치하고 과학기술정책관리연구소(STEPI) 등에서 추진중인 러시아 인력교류 및 기술상업화 지원 사업에 관한 정보도 제공한다.

◎134K의 수은계 초전도체 세계 첫 개발/현재의 초전도체중 가장앞선 신물질/미래 에너지원­자기부상열차 개발 열쇠/“국내외 한인과학자 정보공유” 네트워크 ‘슈퍼콘’ 운영 【포항=이동구 기자】 병원의 X선 장비가 자기공명장치(MRI)로 대체되고핵융합 반응을 이용한 미래 에너지원이 개발돼 환경오염과 에너지 확보의 어려움이 해소되고,자기부상열차가 서울­부산간 40분만에 주파한다. 다가올 21세기에 이같은 꿈같은 현실을 구현하기 위해 세계 과학자들이 앞다투어 연구를 거듭하고 있다. 과학자들은 이를 실현시킬 수 있는 가장 중요한 열쇠로 초전도체를 꼽는다. 그러나 초전도체는 아직 제조과정이 어렵고 제작비용이 엄청날 뿐 아니라 상온에서 초전도현상을 이끌어 내지 못해 실용화하지 않고 있다. 이 난제들을 풀기 위한 세계 과학자들의 연구는 지난 86년부터 본격화하면서 많은 성과들을 올리고 있다. 이 가운데 가장 고온에서의 초전도체 현상,즉 상온에 가장 가깝게 초전도현상을 이끌어낸 과학자는 포항공대의 이성익 교수(46·물리학)다. ○87년엔 ‘90K’제조 성공 이교수는 미국 오하이오주립대학에 박사후 연구원으로 재직중이던 지난 87년 이미 90K(0K는 섭씨 영하273도임) 초전도체의 제조에 성공했다. 이 연구결과를 미국물리학회에서 발표돼 학계의 주목을 받기 시작했다. 그뒤 그는 포항공대 물리학부에 부임,초전도 연구에 몰입해 지난 93년에는 세계 최초로 130K 이상에서 초전도 현상을 보이는 ‘수은계 초전도체 1223단일상’을 개발하는 성과를 올렸다. 이교수는 포항공대에서 초전도체 합성에서 부터 기초 응용연구까지 고루 수행해 왔다. 88년 이래 이트륨계,비스무스계,고온초전도체의 단결정, 다결정박막등의 합성기술을 개발하였고 이를 이용한 초전도체의 전류전송특성과 자기적 성질에 관한 연구를 통한 초전도 메카니즘을 파악하는 노력을 계속하였다. 응용연구적 측면에서 4격 나이오비움 초전도 양자간섭소자의 개발에 성공하여 국내 초전도 연구에 촉진제 역할을 하였다. 특히 130K 이상에서 초전도현상을 보이는 수은계 초전도체 1223 단일상을 세계에서 처음으로 제조하였기에 이물질 연구에 관하여서는 한국을 전세계에서 가장 앞서가는 나라로만든 장본인이 됐다. 이 수은계 초전도체는 지금까지 개발된 고온 초전도체중에서 임계온도(임계온도)가 가장 높으나 그 제조과정이 어렵고 복잡하여 국내에서는 이교수만이 할 수 있다. 이교수가 포항공대에 정착한 초기에는 초전도에 관한 한 국내는 불모지였다. 따라서 시료의 제작,물성측정,응용연구뿐 아니라 이론연구에 이르기까지 모든 분야를 섭렵하여야만 했다. 그러나 이제 국내의 초전도 연구는 세계를 선도할 만큼 성장해 있다. 전세계적으로 유수한 연구기관에서 활동하던 여러학자들이 대거 귀국한 것이다. 이교수는 이러한 두뇌들의 결속이 필요함을 느꼈다.신물질 개발경쟁이 치열한 고온 초전도체 분야의 연구에 활력을 불어넣고 급변하는 연구조류에 적절히 대응하려면 독자적 연구보다 우수한 연구인력을 유동성있게 최대한 활용하는 것이 중요했던 것이다. 전국 규모의 초전도 연구모임을 구성하고 매년 두차례에 걸쳐 포항공대에서 모임을 갖고 동시에 초전도학교를 운영하였다. 이모임은 지난 93년 6월에 처음 시작되었다. 초전도 모임은 기존 학회의 운영과 체제가 매우 다르며 획기적인 방법으로 진행되고 있다. ○93년 ‘초전도학교’ 운영 초전도학교의 강의는 매회 5명의 국내외 최정상급 학자들이 한 연구주제로 각자 7시간씩 강의함으로써 초전도 관련분야를 총괄적으로 논의하고 있다. 처음 10명 정도로 시작했으나 현재 매회 70명의 외부 참석자와 40여명의 포항공대 참석자로 구성되어 진행되고 있다. 또 이교수는 전국의 초전도 학자들의 정보를 공유하기 위해 슈퍼콘이라는 새로운 네트워크 시스템을 운영하고 있다. 이 네트워크 시스템은 현재 가입자가 200명이 넘고 전세계 모든 한국인 초전도 연구자가 이용하고 있다. 이교수는 이런 연구업적들로 지난 93년 신금속 국제학회에서 30분간 한국대표로 초청강연을 하였을 뿐 아니라 95년 모스크바에서도 초청강연을 하는 등 초전도 분야의 세계 권위자로 자리잡아 가고 있다. ◎초전도 상태란/금속 유기물질 세라믹 냉각시킬때 일정온도서 전기저항 사라지는 현상 인류 최초로 초전도체를 발견한 사람은 네덜란드의 물리학자 오네스(Onnes)였다. 그는 1911년 수은을 저온으로 냉각시키면서 전기저항을 측정하던 중 액체헬륨의 기화온도인 4.2K(K=절대온도,절대온도 0도는 섭씨 영하 273도) 근처에서 수은의 저항이 급격히 사라지는 것을 발견했다. 이렇게 저항이 사라지는 물질을 사람들은 초전도체라 부르게 되었다. 초전도 현상의 또 다른 역사적 발견은 1933년 독일의 마이스너와 오셴펠트에 의해 이루어졌다.그들은 초전도체가 단순히 저항이 없어지는 것뿐만 아니라 초전도체 내부의 자기장을 밖으로 내보내는 현상이 있음을 알아냈다. 이러한 효과는 마이스너 효과라 불리우며 저항이 없어지는 특성과 더불어 초전도의 가장 근본적인 특성으로 인식되고 있다. 초전도체 위에 자석을 두면자석에서 발생되는 자기장이 초전도체에 도달하게 되어 초전도체 내부에 자기장이 침투하게 된다. 그러나 초전도체는 보통물질과 달리 자기장을 배척하는 성질이 있으므로 자석은 초전도체 위에 떠 있을 수 밖에 없다. 하지만 이때 주위의 온도가 올라가면 시료는 초전도의 성질을 잃어버리게 되고 따라서 자석은 떠 있지 못하게 된다. 이와 같이 어떤 특정한 온도(이를 임계온도라고 부른다)이하에서 저항이 완전히 사라지고 내부에 자기장이 존재하지 못하는 상태를 초전도 상태라 한다. 이러한 성질을 가진 초전도 물질은 금속,유기물질,세라믹 등 1000종 이상 발견 되었으나 현재 5­6종만이 실용되고 있다. 그 이유는 초전도 현상이 매우 낮은 온도에서만 일어나 값비싼 액체헬륨을 사용해 냉각시켜야 하기 때문이며 그 냉각비용이 엄청나서 고도의 정밀기계 이외에는 이용되지 못하고 있다. 따라서 초전도를 이용한 새로운 기술의 실용화는 액체헬륨 온도인 4K보다 훨씬 높은 온도에서만 가능하다. 즉,고온 초전도체의 개발이 필요한 것이다. 초전도 현상이 처음 발견된 뒤 거의 모든 사람들이 비교적 값싼 냉매인 액체질소로 냉각 가능한 온도,즉 77K 이상에서 초전도 현상을 보이는 물질은 우주에 존재하지 않으리라 믿고 있었다. 그러나 1986년 IBM의 베드노르츠와 뮐러가개발한 란타늄계열의 초전도체를 필두로 87년 대만계 미국 물리학자 폴 추 박사가 77K 이상에서 초전도 현상을 보이는 물질을 개발했다. 현재 고온 초전도체로 주목받고 있는 것으로는 포항공대 이성익 교수가 제조한 임계온도 134K의 수은계 초전도체,임계온도 90K의 이트륨계 초전도체 등이다. □이성익 교수 약력 △72­81년 서강대 학사 △81­84년 오하이오 주립대 석사 △84­85년 오하이오 주립대 박사 △85­87년 오하이오 주립대 박사후 연구원 △87년­현재 포항공대 물리학과 교수 △87년 1월9 0K 초전도체 제조 성공 △93년 수은계 초전도체 1223단일상 세계 최초로 제조 △94년 국제신금속학회 초청강연 △95년 모스크바 초전도 국제학회 초청강연 △97년 중국 초전도 국제학회,M2S초전도 국제학회 초청강연

◎통신·의료 분야 획기적 기술혁신/경제성 높아 미·일 개발 경쟁 치열/한국도 향후 10년간 810억 투자 초전도산업이 21세기 ‘황금알을 낳는 거위’로 떠오르면서,고온초전도체 기술개발이 본격화하고 있다. 초전도체는 전기저항없이 전류를 흘릴수 있는 꿈의 소재.87년 액체질소를 섭씨 영하 196도로 냉각시킬때 초전도성을 나타내는 ‘고온초전도체’를 처음 발견한 뒤 세계적인 연구개발이 시작됐다.미국·일본 등 선진국은 이미 지난 10년동안 ‘고온초전도체’의 응용기술 개발에 경쟁적으로 참여해 왔다. 초전도산업은 정보통신이나 반도체산업처럼 새로운 기술혁신을 가져와 인간의 삶을 바꾸어 놓을 수 있기 때문이다.세계 시장 규모도 2010년에는 6백억∼9백억달러,2020년에는 1천5백억∼2천억 달러에 이를 것으로 전망된다. 따라서 국내에서도 과학기술처가 올해부터 10년동안 모두 8백10억원의 연구비를 투입하기로 하는 등 고온초전도기술개발에 박차를 가하고 있다. 초전도체가 적용될 수 있는 분야는 매우 다양하다. 대표적인 것이 초전도박막을이용하여 만드는 ‘초전도양자간섭장치(스퀴드)’.인류가 제작한 자기센서중 감도가 가장 높아 뇌나 심장에서 발생하는 극히 미세한 자기신호까지 검출할 수 있는 기기다.의료진단 장비나 뇌기능 연구에 활용할 수 있다.PCS(개인휴대통신) 등 앞으로의 이동통신용 기지국에 사용되는 고성능 마이크로 필터나 위성통신용소자,초고속 영상정보처리및 통신을 위한 차세대 디지털 소자 등도 초전도체를 응용한 기술로 제작된다. 효율성과 안정성이 높은 고품질의 전력공급에도 초전도체기술이 응용된다.초전도선재를 이용한 송전은 전기저항에 의한 손실이 없으며 발전,송전,배전 등의 장치를 소형화할 수 있다.도시의 지하 송전케이블의 경우,기존의 송전케이블의 6분의 1이하 굵기로도 더 큰 송전용량을 갖게 된다.화재가 없고 환경오염이 없는 고효율소형변압기에도 쓰일수 있다. 자기영상장치(MRI)에도 액체헬륨을 냉매로 사용하는 저온초전도자석이 현재 활용되고 있다.그러나 값비싼 냉매를 사용해야 하며 극저온의 기술이 필요하기 때문에 경제성이 월등한 고온초전도체의 응용기술 개발이 시급하다.

◎「빅뱅」으로 풀어 본 지구생명체 기원/초신성의 폭발로 인간육체의 원자가 생성/다윈 「진화론」 뒤엎는 혜성충돌이론도 제시 지구는 과연 안전한가.엄청난 파괴력을 지닌 대규모 폭발이 또다시 지구를 강타할 가능성은 없는가.지구와 충돌할 가능성이 있는 혜성의 접근을 미리 막아낼 방법은 없을까….미궁에 빠진 우주창조의 수수께끼와 지구를 위협하는 대규모 폭발에 대한 의문점을 풀어줄 교양과학서가 나왔다.미국의 과학자 필립 도버와 리처드 멀러가 함께 지은 「지구 대폭발」(황도근 옮김,자작나무).이 책은 우주의 비밀과 지구에 생명체가 나타나게 된 물리적 기원을 빅뱅이론에 근거해 풀어낸다. 우주를 탄생시킨 「빅 뱅(Big Bang)」과 화학원소를 만들어낸 초신성 폭발,그리고 공룡의 집단멸종을 불러온 6천5백만년전의 지구와 혜성 충돌 등 세 차례의 대폭발이 의문을 푸는 열쇠다.딱딱한 과학이론을 마치 추리소설을 쓰듯 흥미롭게 풀어가고 있는 점이 이 책의 강점.『6천5백만년 전의 그날은 여느 날과 다름없었다.하늘에 빛나는 작은 점 하나가생겨 점점 커지면서 밝아지고 있는 것이 유난해 보일 뿐이었다.그 점은 바로 지구와의 충돌코스를 따라 움직이고 있는 너비 약 10㎞의 혜성이었다.이 혜성은 지구와 충돌한 뒤 몇초만에 수백만개의 수소폭탄과 맞먹는 에너지를 열기형태로 방출했다』 이 충돌로 지금의 유카탄 지역엔 치크줄럽이라는 거대한 구덩이가 생겼으며,대기·바다·숲·밀림 모두 산산조각 났다.공룡을 비롯한 대부분의 생명체들도 사라져 버렸지만 인간의 조상인 일부 포유류는 재난을 이기고 살아남아 번성했다는 게 과학자들의 주장.이 충돌이론은 지금까지 우리가 배워온 다윈의 진화론을 일시에 뒤엎으며 진화에 관한 인간의 지식에 도전장을 내민다. 하지만 과학자들은 오랫동안 이 사건에 관심을 보이지 않았다.이같은 천재지변은 드물게 일어날 뿐 아니라 우리의 일상적인 경험세계와 동떨어져 있기 때문이다.그러나 빅뱅이론이 처음 제시된 50여년전부터 과학자들은 이러한 대폭발이 물리적·생물학적 진화과정에서 나름의 역할을 했다는 사실을 깨닫기 시작했다. 이 책은 인간의육체는 한때 별의 일부였다는 사실을 밝혀 눈길을 끈다.지금으로부터 약 50억년 전에는 인간의 몸을 구성하고 있는 원자들이 존재하지 않았다.그후 별속에 있는 핵에너지 대장간에서 고온 핵융합 반응을 통해 수소와 헬륨이 담금질된 뒤에야 새로운 원자들이 만들어졌다.그러나 이 원자들은 여전히 별속에 묻혀 있다가 대폭발이 일어났을때 비로소 우주공간을 향해 분출됐다는 것.요컨대 초신성이 없었다면 지금 인간이 살고 있는 우주에는 그 어떤 생명체도 존재하지 못했을 것이라는게 이 책의 결론이다.

◎세계최고의 핵융합 연구장치 만든다/초전도 방식… 3억℃ 플라즈마 상태 5분 지속/2002년 국내 최초로 완공… 성능 기존의 30배/극한의 행융합 조건 실현·실험 연구장치로 이용 에너지 문제의 영원한 해결에 도전하는 한국의 야심작 「차세대 토카막 핵융합연구장치(KSTAR)」의 청사진이 확정됐다. 기초과학지원연구소(소장 최덕린)는 최근 연구 착수 1년 3개월만에 KSTAR의 개념 설계를 완료하고 연구소 대학 기업등의 관련 연구책임자 50여명이 참석한 가운데 포항가속기연구소에서 연구2차년도 중간진로 발표회를 가졌다. 한국이 오는 2002년까지 총 1천5백억원을 들여 완공할 KSTAR는 크기는 작지만 최초로 토카막(핵융합 환경인 초고온 플라즈마를 가둬두는 진공 용기)에 100% 초전도 자석을 채용한 차세대형일 뿐만 아니라 3억℃에 달하는 플라즈마 지속시간을 최대 5분까지로 설정함으로써 기존 장치의 30배 이상 성능을 내도록 확정됐다. 사실상 핵융합은 인공 태양을 재현하는 것과 같아 고도의 극한장치가 필요하다.원료인 수소,중수소를 가열하는 가열장치,수억도의 고온 플라즈마 상태에서 수소와 중수소가 서로 부딪쳐 헬륨을 만들어 내면서 질량 결손만큼 에너지를 산출하는 과정을 견뎌낼 수 있는 토카막 용기,장치가 과열 파손되지 않도록 식혀주는 냉각장치 등이 대표적인 것들이다. KSTAR는 직접 핵융합을 일으키진 않지만 극한의 핵융합 조건을 실현하고 실험하는 연구장치로 현재 국제 열핵융합연구(ITER) 그룹이 2010년을 목표로 추진하고 있는 실증로 이전,최고 수준급의 장치가 될 것이란게 연구진의 설명이다. 우선,초전도 토카막은 전기 저항이 없어 높은 전압을 걸어줘도 열을 받지 않으므로 그만큼 냉각 등의 조건이 좋아진다.지금까지 「빅3」로 불리는 미국,일본,유럽의 토카막은 상전도 구리자석으로 높은 자장을 걸어준 뒤 그 안에 플라즈마를 가둬놓는 방식을 택했다.그때문에 과열 방지를 위해 밀폐시간이 불과 5초∼10초 정도에 불과했다. 하지만 KSTAR는 초전도 방식을 채택,플라즈마 상태를 300초까지 지속시킬 작정이다.플라즈마 지속시간은 핵융합 실용화의 3대 관건중 하나인 「자기점화」를 실현할수 있는 중요 조건이다.핵융합 전문가들은 외부에너지 공급없이 스스로 핵융합을 일으키는 상태인 「자기점화」상태를 만들기 위해서는 수억도의 플라즈마 상태가 1천초는 유지돼야 할 것으로 보고 있으며 KSTAR의 300초는 이를 연구할 수 있는 적정 시간이라는 설명이다. KSTAR의 토카막을 둘러쌀 초전도 자석의 규격도 확정됐다.도너츠 모양의 링은 주반경 1.8m,부반경 0.5m 크기,이에 걸어줄 초전도자석의 자장은 지구 자장강도의 7만배 크기인 3.5테슬러,플라즈마 전류는 2백만 암페어 규모로 결정됐다.플라즈마 원료로는 방사능이 나오는 동위원소인 삼중수소는 배제하고 수소와 중수소의 안정성 동위원소만을 사용하도록 했다. KSTAR프로젝트 총괄연구책임자인 이경수 박사는 특히 초전도 자석 선재로서 ITER의 표준규격을 사용키로 했음을 강조한다.스테인레스 스틸 강관속에 480가닥의 초전도 선재가 촘촘히 들어가도록 돼 있는 이 규격은 ITER가 그동안 3억달러를 들여 개발한 것이다.『KSTAR는 3억달러짜리 연구결과를 무료로 인수한거나마찬가지』란 설명이다.더욱이 이는 앞으로 ITER가 98년 이후 실제 장치 제작에 들어갈 때 우리 업체가 제작업체로서 참여 자격을 가질수 있는 중요한 경력이 될 것이란 얘기다. 핵융합의 미래에 대한 회의론도 만만치 않지만 한국은 이제 세계 주요 핵융합 연구국가로서 책임있는 길에 접어든 것이 분명하다.이박사는 『미국 일본 유럽 러시아로 이뤄져 있는 ITER로부터 클럽가입 초대장이 이미 와 있는 상태』라며 『우선 KSTAR을 완공한 후 참여방안을 모색할 생각』이라고 느긋해 했다.

◎탄소60 제조… 소재혁명 이끌어/전기광학·암치료 등 다양한 활용 기대 96년도 노벨화학상 수상자 헤럴드 크로토,리차드 스몰리,로버트 컬 2세가 발견하고 제조에까지 성공한 탄소60은 21세기 재료 혁명의 주역이 될 신소재로 평가받고 있는 물질이다. 일명 풀러리스라 불리는 탄소60은 탄소원자 60개가 축구공처럼 배열 결합된 완전 구형 화합물이다.크로토팀은 85년 이같은 구조의 존재를 질량분석기를 통해 실증한데 이어 90년 헬륨 분위기에서 두개의 흑연봉 사이에 아크방전을 일으킨후 유기 솔벤트를 이용해 압축 탄소를 추출함으로써 유효한 질량의 탄소60을 회수하는데 성공했다. 속은 비고 겉은 완전 구형인 탄소60이 처음 발표되자 화학계는 비판과 환영이 엇갈렸으나 크로토팀은 후속연구를 통해 탄소70,탄소 76,탄소78 등을 잇달아 실증,비판을 잠재웠다.이같은 화합물을 이용한 새로운 물질이 잇달아 생산되고 새로운 성질들이 밝혀지면서 천문화학,초전도,물질화학물리 등 화학에 있어 새로운 분야가 생겨나기도 했다. 풀러린스는 아직까지 구체적인 응용 사례는 없으나 완벽한 대칭성과 빈 공간을 가진 구조때문에 다른 금속을 결합시킬 경우 초전도체 등 새로운 소재를 만들어 낼 수 있을 것으로 보인다.풀러린스는 또 새로운 3차원폴리머,촉매,신소재,전기 광학소재,센서 제조,암치료 등에 다양한 활용 분야가 기대된다. 한국표준과학연구원 특성연구센터장 조양구 박사는 『지난 92년 국내에서도 훌로렌의 다량 제조에 성공한 적이 있으나 후속연구가 따르지 못했다』며 『앞으로 많은 응용이 예상되는 만큼 국내에서도 더 많은 관심이 요구된다』고 말했다.

◎헬륨3의 초유동성 발견 공로/대폭발·우주끈이론 검증실험에 응용 96년도 노벨물리학상 수상자로 선정된 데이비드 리,더글러스 오셔로프,로버트 리처드슨은 1970년대초 저온물리학 연구에 돌파구가 된 헬륨3의 초유동성을 발견한 공로를 인정받았다. 초유동체란 점성이 전혀 없는 액체로 자연계에서는 헬륨4가 대표적인 존재로 알려졌었다.헬륨은 보통은 기체상태이나 온도를 낮춰주면 액체상태로 변하며 헬륨의 동위원소중 하나인 헬륨4는 절대온도 2.17K부근에서 초유동체가 된다.그러나 또다른 동위원소인 헬륨3은 70년대초까지 초유동상태를 갖지 못한다고 생각돼 왔으나 데이비드 리 교수팀은 온도를 낮추고 압력을 높여 헬륨을 고체화하려는 연구를 수행하던중 헬륨3도 0.002K(영하 273도 정도)에서 초유동체가 된다는 것을 발견하기에 이르렀다. 헬륨은 절대온도 0도에 가까워져도 고체상태가 못되고 액체상태를 유지하는 지구상의 유일한 물질이다.이는 헬륨의 양자특성이 강하기 때문인데 이같은 특성은 20세기 물리학의 중심역할을 해온 양자역학에서중요한 사실로 받아들여졌다. 서울대 물리학과 류인석교수는 『헬륨의 초유동성 발견은 저온하에서 물질의 특성 이해뿐만아니라 높은 온도에서는 알 수 없었던 우주물질의 근본적인 특성을 조사하고 이해하는데 중요한 역할을 했다』고 평가했다.〈신연숙 기자〉

◎물리학상/미 리·리처드슨·오셔로프 【스톡홈름 외신 종합 연합】 헬륨의 동위원소인 헬륨­3의 초유동성을 발견,우주생성이론 검증에 이용토록 한 미 코넬대학의 데이비드 M 리(65)와 로버트 C 리처드슨(59),미 스탠퍼드대학의 더글러스 D 오셔로프(51) 등 미국교수 3명이 올해 노벨 물리학상 수상자로 선정됐다고 스웨덴 왕립과학원이 9일 발표했다.〈관련기사 7면〉 과학원은 또 화학상 수상자로 영국 서섹스대학의 헤럴드 크로트 교수(57)와 미국 라이스대학 교수들인 리처드 스몰리 및 로버트 컬 2세 등 3명을 선정했다고 밝혔다. 수상자들에게는 총상금 1백12만달러가 수여되며 시상식은 노벨사망 1백주기인 오는 12월10일 스톡홀름에서 열린다.

◎초전도장치 개발 본격화/심장질환·간질·치매 등 정확히 판별/MRI·CT 이을 차세대 의료기 부상 사람의 몸에서 발생하는 미세한 자기장을 측정,질병을 진단하거나 인체 기능을 밝히는데 이용하려는 연구가 활발하다. 한국표준과학연구원 초전도 연구그룹(그룹장 박용기박사)은 1일 인체의 극미세 자기신호를 검출하는데 필수적인 자기차폐실을 설치하고 초전도 양자간섭장치(스퀴드)라는 특수장치를 이용,사람의 심장과 뇌의 자기장을 측정하는데 성공했다고 밝혔다. 사람의 몸에서 나오는 자기장은 지구 자기장의 1백만분의 1∼1억분의 1정도로 극히 적지만 몸의 조직을 통하지 않고 직접 방사되기 때문에 굴절없는 정확한 값을 얻을수 있다.이때문에 미국 일본등 선진국에서는 심전도나 뇌파검사,X-레이 컴퓨터 단층촬영,핵자기영상 단층촬영장치등과 같은 기존의 진단장치 대신 인체의 자기장 측정 장치를 첨단 의료진단장치로서 개발하려는 움직임을 활발히 보여 왔다. 실제로 스퀴드를 이용한 생체자기 측정장치는 심장 질환(심자도 측정장치)의 경우 질병을 정확히 판별할수 있을뿐만 아니라 병소의 위치를 정확히 찾아낼수 있고 임산부와 태아의 자기 신호를 혼신없이 구별해 줘 임신중 태아의 심장질환 진단에 탁월한 효과가 있는것으로 밝혀졌다.또한 뇌질환의 경우(뇌자도 측정장치) 뇌종양의 수술후 후유증 여부,지금까지는 진단이 어려웠던 간질·노인성 치매등도 정확히 진단해 낼뿐만 아니라 뇌의 기능 연구에도 탁월한 성능을 발휘하는 것으로 밝혀졌다. 하지만 스퀴드 생체자기 계측기술은 초전도를 이용하는 첨단분야인데다 소재개발,경제성등 선결문제가 많아 선진국에서도 임상 실험중에 있거나 수술시 보조 수단으로 활용하는 단계에 머물러 있는 실정이다. 박용기 박사팀의 이번 연구는 이같은 선진국의 연구추세에 초기에 동참,향후 엄청날 것으로 예상되는 뇌자도및 심자도 측정 장치 시장에 경쟁력을 확보하기 위한 것이다. 박박사팀은 고온 초전도로 심자도 측정에 성공한 것과 동시에 저온 초전도체인 니오븀 초전도체 박막으로 제작된 스퀴드 장치를 이용해 국내에서는 최초로 49(7×7) 좌표의 가슴 부위별 심자도 크기 분포 측정및 청각 자극에 유발된 뇌자도 신호 측정에 성공했다. 이번 측정 작업은 2×2×2.5m 크기의 자기 차폐실에서 수행됐는데 자기 차폐실은 미세한 인체 자기의 정확한 측정을 위해 주위의 다른 자기를 제거하는 특수 시설이다.자기차폐실은 「뮤메탈」이라는 자기흡수력이 뛰어난 특수 금속으로 제작됐다. 표준과학연구원은 앞으로 이 시설을 이용,LG전자기술원,삼성종합기술원,한국과학기술원,서울대등과 공동으로 고온초전도 스퀴드를 이용한 심자도 측정장치 개발과 니오븀 저온 초전도 스퀴드를 이용한 뇌자도 측정장치 개발을 본격화할 계획이다.박박사는 『우선 97년 초반까지 액체질소 온도에서 작동되는 7채널 심자도 특정 장치를 개발하고 향후 표준과학연구원의 스타 프로젝트로 37채널의 저온 초전도 뇌자도 측정장치를 개발하겠다』고 구체적인 계획을 밝혔다. 초전도 기술중 고온초전도는 값싼 액체질소를 냉매로 사용하기 때문에 극저온의 액체 헬륨을 냉매로 사용하는 저온초전도보다 경제성이 높아 응용연구가 활발하다.그러나 기술적으로는 훨씬 난제가 많아 뇌자도 측정은 주로 저온 초전도가 사용되고 있다.

◎대기권에 강한 바람… 물은 없어 【마운틴 뷰(미 캘리포니아주) 로이터 연합】 미 우주선 갈릴레오호 탐사선의 탐사결과 목성의 대기권에 강한 바람만 불고 물은 없는 것으로 조사됨에 따라 과학자들은 종전 목성 생성이론을 재고하고 있다고 미 항공우주국(NASA)이 22일 밝혔다. 마운틴 뷰에 있는 NASA 에임스 연구센터의 연구진들은 지난해 12월 목성의 대기권을 뚫고 내려간 갈릴레오 탐사선이 전송한 자료들을 처음으로 공개했다. 탐사선은 목성의 대기권 진입지역이 예상했던 것보다 건조한 것으로 나타났으며 대부분의 연구진들이 기대했던 3층 구름 구조도 발견하지 못했다.또 측정된 헬륨 양도 예상했던 것의 절반정도에 불과했다고 연구진들은 덧붙였다.

◎달표면에 탐사 로봇… 2년간 원격운행/TV중계권… 구두·음료광고 수입 기대 우주 탐사작업도 돈을 벌수 있을까.비즈니스위크지 최신호에 따르면 미국의 한 민간기업이 98년 실현을 목표로 달에 상업용 우주선 발사계획을 추진하고 있어 관심을 끌고 있다. 버지니아주의 루나코프사가 세운 이 계획은 오는 98년 러시아의 로켓을 이용,2대의 우주탐사 로봇을 달표면에 내려놓고 2년간 원격운행하면서 지구와 연결시킨 각종 사업을 벌인다는 것이다. 발사에서 운행까지 모든 장면의 네트워크 TV 독점중계권과 비디오판권,디즈니월드와 같은 거대한 테마공원과 연결한 원격조정시설 입장권수입만으로도 1억5천만달러의 비용을 모두 뽑을 수 있다는 계산이다. 뿐만 아니라 음료수광고와 달표면에 나온 발자국을 이용한 구두광고료 수입,아폴로11호 착륙지점등 역사적 명소 방문시 특별중계료등 다양한 수입이 예상된다는 것. 우주관련 잡지의 발행인출신으로 현재도 우주관련 CD롬사업을 하고 있는 루나 코프사의 데이비드 검프회장은 지난해 미국항공우주국(NASA)이 알래스카화산에 내려놓은 로봇 단테2호에서 이 사업의 아이디어를 얻었다.카네기 멜런대 로봇연구소팀이 제작한 단테는 화산조사 활동모습,추락장면,헬리콥터 구조장면등이 매스컴에 중계돼 인기를 끌었으나 돈을 버는데까지는 이르지 못해 그가 이 사업을 구상하게 됐다는 것이다. 그는 발사비 8천만달러,4대의 탐사차(2대는 여분)운영비 4천3백만달러,지휘본부가 들어갈 테마공원 시설비 4천만달러등 사업자금 조달을 위해 유니버설스튜디오,AT&T사등과 접촉중이다.기술적인 문제를 위해서는 시험용 로봇이 제작완료돼 10㎞ 장애물코스 운행시험을 이미 마쳤으며 내년에는 1천㎞ 사막코스에 도전할 계획이다. 가장 난제는 로봇이 어떻게 악의적인 명령을 식별해 이를 피할 수 있는가와 달에서의 전력공급문제.특히 전력문제는 낮동안은 태양열을 이용하면 되지만 밤동안은 기온이 영하 1백70℃까지 떨어져 원자력이나 크립톤가스등을 이용해야 하는데 정치적으로 선호되는 크립톤 가스는 추가비용 부담이 불가피하다. 루나코프계획은 NASA의 우주과학자들에게도 커다란 환영을 받고 있다.성공할 경우 우주탐사 붐조성에 기여할 수 있기 때문이다.달에 무인우주선을 보내 달을 상업적으로 이용하려는 계획은 이미 일본(1998년)과 유럽우주국(2002년)에 의해서도 추진돼 왔다. 달에 식민지를 개척해 차세대 핵융합로 연료인 헬륨동위원소를 캐내자는게 이들의 장기적인 야심이다.그러나 루나코프의 계획은 당장 결과를 보려는 것이어서 달의 상업이용을 앞당길 수 있을지 관심사가 되고 있다.

◎영하 272.5℃까지 측정 가능한 「헬륨 증기압」/제철·원자력 발전·우주개발 “필수기술” 최저 영하 2백72.5℃(0·65K)까지의 극저온을 잴 수 있는 온도계가 국내에서 처음으로 개발됐다. 한국표준과학연구원 양자연구부 저온연구그룹 강기훈 연구원팀은 국제기준이 정의하고 있는 가장 낮은 온도 영역인 0·65K­5K(영하 2백68.85℃)영역의 온도측정이 가능한 헬륨 증기압온도계를 개발하는데 성공했다고 29일 밝혔다. 헬륨 증기압온도계는 4.2K(영하 2백68.95℃),액체상태의 헬륨3과 헬륨4를 외부로부터 열전달이 완전 차단되는 특수 저온항온조에서 펌핑시켜 온도를 내려주면서 발생하는 증기압을 정확하게 읽음으로써 저온측정을 수행하는 하나의 시스템으로 저온항온조 제작과 가스공급장치,압력측정장치,진공장치 제작등이 핵심기술이다. 이 가운데 특히 저온항온조는 외부로부터 열의 전도와 대류 복사를 방지하기 위해 예민한 온도조절과 진공특성이 보장돼야 하는데 연구팀은 무산소 구리와 스테인리스재료를 이용,이 용기의 설계와 제작을 직접 수행했다고 밝혔다. 저온의 정확한 측정은 제철,석유화학,원자력발전,프레온가스 대체냉매제작등에 필수적으로 요구되는 기술이며 특히 헬륨 증기압온도계가 측정하는 극저온 영역은 로켓,우주선연료 개발등 우주개발에 필수적인 기술로 알려져 있다.지금까지 국내 산업계에서는 영하 1백℃의 영역을 잴 수 있는 백금저항온도계,열전대 온도계등이 사용돼 온 정도. 이번 헬륨 증기압온도계 개발은 국제도량형기구의 회원국으로서 한국의 위상을 높일 수 있게 된 것은 물론 낙후를 면치 못했던 국내의 저온기술 연구를 활성화시킬 수 있는 기반조성에도 한몫을 할 것으로 기대된다.