본문으로 바로가기

KRISStory

TOP

초고온, 초단파로 극한 물성을 연구하다

  • 작성자최고관리자
  • 작성일2014-11-17 19:03
  • 분류With KRISSian
  • 조회수3012

초고온, 초단파로 극한 물성을 연구하다 
사진 / levitate hot : 초고온 물성을 읽다 광도센터 이근우 박사, detect fast : 초단파 엑스레이 광도센터 이수형박사  
 

예년과 비교할 수 없을 정도로 뜨거웠던 여름. 누구보다도 열심히 구슬땀을 흘리며 연구에 몰두한 두 과학자를 만나보기로 한다. 광도센터의 이근우 박사와 이수형 박사. 두 박사는 창연과 미래부의 과제를 수행하며 우주실험실 환경에서 초고온 상태의 극한 물성을 연구하고 있다. 대체 숫자로만 익숙한 1000도나 2000도, 3000도는 얼마나 뜨거운 온도일까?

상상조차 하기 어려운 초고온에서 물질은 또 어떻게 변화하고 그 안의 원자들은 어떻게 움직일까? 일반인으로는 이해하기 쉽지 않은 공중 부양의 기술, 3000도에 육박하는 고온, 그 안에서 초단시간 발견되는 극한의 물성. 두 과학자의 이야기를 듣다보니 알듯 말듯 한 세계가 한발짝 다가서는 듯 했다.

“우주 실험실” 환경에서 초고온 물성을 읽다. - 광도센터 이근우 박사

사회자 먼저 박사님이 하시는 연구에 대한 소개를 부탁드립니다. 부양기술이라고 하던데 쉽게 설명해주시면 어떤 것인가요?
이근우 박사 쉽게 말하자면 우주환경처럼 물체를 공중에 띄우는 거예요. 우주 정거장에 가면 물체가 공중에 둥둥 날아가잖아요? 그러면 어떻게든 물체를 고정시켜야 할텐데 손을 안대고도 물체를 고정시킬 수 없을까? 고민하게 된 거죠. 이 장치는 그런 고민 끝에 발견된 겁니다. 전기장을 걸어 가둬두게 한 거죠. 그렇게 개발된 장치를 지구상으로 가져왔어요. 우주와 비슷한 환경을 지구에 만들어준 거죠.

사회자 참 재미있네요. 그런데 왜 굳이 물체를 공중에 부양시켜야 하는 것일까요?
이근우 박사 지상에서는 초고온 상태에서 재료의 물성을 측정하는 것이 어렵습니다. 분석대상이 되는 재료와 재료를 담아두는 용기가 초고온 상태에서 함께 녹아버리거나 서로반응해 버리니까요. 그럴 때 컨테이너 없이 그 물질을 공중에 띄워둘 수 있다면? 담을 필요가 없으니까 그 물질 고유의 상태를 측정할 수 있겠죠? 우주 기술이 그런 방향으로 이용되고 있는 것입니다.

사회자 초고온 부양 기술이 보다 실질적으로 사용되는 산업 분야는 어느 쪽일까요?
이근우 박사 다양한 소재 연구에 쓰입니다. 원자력 발전소를 생각해보면 연료봉 주위는 굉장히 뜨거운데 주변을 감싸는 물질이 고온을 견딜 수 있는 소재여야 해요. 고온의 물성을 잘 평가해야 고온을 견딜 수 있는 안전한 소재를 만들 수 있겠죠? 저희가 하는 실험은 공중에 띄워놓고 비접촉으로 물성 측정을 하는 것이니까 비교적 그 물질 고유의 물성을 측정할 수 있어요. 저희 팀에서는 2800도까지 실험이 가능하구요. 목표는 3000도까지 높이는 것입니다.

사회자 우주환경 실험실이라고 하니까 뭔가 다른 차원의 일을 하고 계시는 것 같아요. 전공은 뭘 하셨고 어떤 경험이 있으신지 알고 싶네요.
이근우 박사 제가 KRISS에 온 것은 2007년, 박사 학위를 하는 동안에는 NASA에 가서 부양장치로 실험을 했고 박사과정 때는 로렌스 리버먼 국립 연구소의 고압실험 핵 연구소에 있었습니다. 고압에서 물질이 어떤 변화를 보이는지 실험했어요. 우리나라에 들어오면서도 처음에는 이 일을 할 거라 생각 못했어요. 저는 원래 물리 쪽에 관심이 많았거든요. 기계 전공도 아니구요. 우연한 기회에 하게 된 거죠. 잘 된 거냐구요? 성과가 잘 나와야죠.

사회자 이수형 박사님과 함께 하고 계신 연구과제에 대해 간략하게 말씀해주실수 있나요?
이근우 박사 제 일이 물질을 공중에 부양시키는 거라면 이수형 박사는 빨리 움직이는 것을 보는 것입니다. 두 가지 연구가 합쳐져서 결과를 내는 거죠. 미래부 과제를 한 마디로 말하자면 초고온 물성 연구인데요. 고온의 장치를 개발하고 고온의 물성을 측정하는 것에 초점이 맞춰집니다. KRISS 창의연구과제에서 하는 일은 엑스레이를 이용한 원자 단위의 운동 연구예요. 빨리 움직이는 물 분자를 추적하는 일인데 엑스레이로 보는 쪽은 모두 이수형 박사가 하는 일이죠. 쉽게 저는 띄우고 이수형 박사는 검출을 하는 거예요. 두 과제 다 궁극적인 목표는 극한의 짧은 시간에 물질 안에서 원자 또는 분자 단위에서 일어나는 거동을 이해하는 것입니다.

사회자 지금까지 이루어낸 성과나 당부하고 싶은 것이 있다면 말씀해주시죠.
이근우 박사 성과는 아직 나온 게 없구요. 다만 이 일을 시작한 것이 성과라면 성과죠. 우리나라가 우주 개발 및 관련 분야 발전을 선도하기 위해서는 유사 우주환경을 이용한 실험 시스템 구축이 필요합니다. 앞으로도 이 분야가 비약적인 발전을 해서 항공, 우주, 철강, 군사, 의료, 스포츠 산업에 쓰일 신기술, 신물질 등을 많이 개발해냈으면 하는 것이 바람입니다.

사회자 앞으로 목표가 있다면 어떤 게 있을까요?
이근우 박사 축구 선수가 골을 만들기 위해서는 90분 동안 골을 차며 골문 앞까지 가야 합니다. 저는 과학자도 다르지 않다고 생각해요. 90분 동안 열심히 골을 몰고 가다가 한 골 넣었을 때의 즐거움? 저도 그런 것을 추구하며 사는 것 같아요. 앞으로의 목표라면 그냥 제가 하는 분야에서의 전문성을 세계적으로 인정받고 싶다는 것입니다.

“원자의 움직임”을 쫓는 초단파 엑스레이- 광도센터 이수형 박사

사회자 KRISS 에서는 언제부터 연구를 시작하셨나요?
이수형 박사 제가 KRISS에 온 것은 2006년 중반쯤 됩니다. 이전에는 미시간 대학(Ann Arbor)에서 펨토초 레이저를 이용한 광학과 시간분해 실험(pump-probe)을 병행 했었습니다. 2003년부터는 졸업할 때까지 아르곤 연구소의 Advanced Photon Source에서 상주사용자(resident user)로 생활 했었습니다. 그 후에 기회가 닿아서 KRISS에 오게 되었는데요, 그때 상황은 연구원 내에서 엑스선 시간 분해를 할 수 있는 여건이 안 되어서 다른 분야를 배웠습니다. 2011년부터 운이 좋게 기회가 돼서 이근우 박사님의 도움으로 새로 배운 방법을 적용해서 실험을 해보려는데 생각보다 시간이 걸리고 어렵습니다. 하지만 제가 알기로 우리나라에서도 1~2년 안에 엑스선 레이저가 만들어질 것이기 때문에 이러한 연구는 기회는 좋다고 봅니다.

사회자 연구하는 분야에 대해 간단히 설명해주시겠어요?
이수형 박사 제 주 연구 분야는 엑스선을 사용해서 옹스트롬 단위 이하의 원자들과 그들이 이루는 격자들의 움직임을 보는 것 입니다. 원자수준에서의 움직임들은 상당히 빠른데 여러 가지 방법을 통해서 측정이 가능하지만, 가장 대표적인 방법은 방사 광(3세대, 4세대 광원)을 이용하는 것입니다. 최근에 제가 연구를 시작한 분야는 여기서 한 단계 복잡도를 더하는 것 입니다. 우리가 늘 사용하는 책상이나 거울 같은 고체물질들은 고정된 것 같이 보이지만 원자수준에서는 아주 바쁘게 움직이고 있습 니다. 이러한 움직임들은 결맞음 엑스선을 사용해서 원자사이의 정렬로 부터 나오는 스페클(speckle)들의 변화를 이용하여 측정을 할 수 있습니다. 기존에는 거의 불가능했지만 이젠 4세대 광원의 등장으로 가능하게 됐습니다.

사회자 엑스레이는 그 과정에서 어떤 역할을 하나요?
이수형 박사 엑스선은 옹스트롱 이하의 짧은 파장을 지니고 있기 때문에 그만큼 작은 구조를 연구하는데 아주 효율적인 도구입니다. 또한 다른 전자나 광기반의 방법들과는 달리 엑스선은 투과길이가 아주 길기 때문에 표면뿐만 아니라 물질 내부 구조의 변화들을 비교 측정하는데 유용합니다. 물론 가장 중요한 부분은 방사광원에서는 짧은 펄스폭의 엑스선을 만들어 내기 때문에 시간분해능이 아주 향상된 다는 것 입니다. 현재 존재하는 아무리 빠른 카메라나 검출기도 마이크로나 수백 나노 초 이상의 시간분해능은 가질 수 없기 때문에 제가 원하는 원자단위 다이나믹을 연구하는 데는 부적합 합니다. 하지만 광원자체가 피코초에서 펨토초의 노출 시간을 가지고 있으면 검출기의 셔터 속도는 별로 빠르지 않아도 되는 것 입니다. 때문에 최근 방사광에서는 옹스트롬의 공간분해능과 피코초 이하의 시간분해능을 지니는 연구를 할 수 있습니다.

사회자 이근우 박사 연구와의 접점은 무엇인가요?
이수형 박사 방사광이란 상대적으로 사용할 수 있는 시간이 아주 제한적이기 때문에 사전에 많은 연구와 분석이 필수적입니다. 제 실험실에서는 새로운 광 산란장비와 원자들의 움직임들을 흉내 내는 다양한 콜로이드 시스템 등을 구현하여 제가 궁극적으로 원하는 실험들의 사전 실험 및 새로운 실험 및 데이터 분석 방법을 개발하고 있습니다. 원자시스템을 모사하기 위해서는 이근우 박사님의 공중부양장치가 필요하기 때문에 공동연구의 중요한 연결고리가 됩니다.

사회자 이런 연구를 하는 목적은 궁극적으로 무엇일까요? 그 목표를 좀 이야기해주세요.
이수형 박사 저는 물리를 공부한 사람으로서 생각 하는 방법이 좀 단순합니다. 전고체가 어떻게 왜 형성이 되고 어떻게 작동하는지 알고 싶습니다. 모든 현상은 원리가 있고 그 원리는 가장 작은 단위에서부터 시작이 된다고 믿습니다. 가장 작은 단위에서 일어나는 일들은 그만큼 빠르게 진행되기 때문에 새로운 연구방법이 필요합니다. 제가 연구하는 시간분해 엑스선 연구방법들은 그러한 연구에 쓰이게 됩니다. 이근우 박사님께서 가지고 있는 연구의 동기와 저의 생각이 잘 어우러지면 순수과학 뿐만 아니라 인류가 필요로 하는 산업기술 개발에도 언젠가 기여를 하게 될 것이라는 바람입니다.

QUICK MENU

QUICK MENU 원하시는 서비스를 클릭하세요!

등록된 퀵메뉴가 없습니다.

등록된 배너가 없습니다.