가벼워진 국가질량원기
- 변하지 않는 질량의 신정의, 2018년에 채택 예정 -

▲ 한국표준과학연구원에서 보유하고 있는 국가질량원기: 높이와 지름이 각각 39 mm인 금속 원기둥으로 백금 90% 이리듐 10 %의 합금으로 제작되었다. 우리나라는 BIPM에서 1993년에 들여왔으며 KRISS 질량힘센터에서 유리 덮개와 차폐시설로 공기와의 접촉을 최소화하고 있다. (국제 고유번호 No.72.)

 한국표준과학연구원(KRISS, 원장 신용현) 질량힘센터는 KRISS에서 보유하고 있는 국가질량원기에 질량변화가 생겼다고 발표했다. 전 세계 단위 유지 기관인 국제도량형국(BIPM, Bureau international des Poids et Mesures)의 4월 보고에 따르면 한국이 보유하고 있는 국가질량원기는 2012년에 비해 약 36 μg ( μg: 마이크로그램, 100만분의 1 g) 줄었다. 현재 국가질량원기의 질량은 1 kg에서 449 μg을 더한 값이다.

  - 국가질량원기 : 백금 90% 이리듐 10 %의 합금으로 만든 금속 분동
  - 100 μg은 성인남성이 가진 약 1 cm 길이의 머리카락 1개의 질량에 해당

원기란 단위를 정의하는 기준이 되는 물체를 말한다. 즉, KRISS에서 보유하고 있는 국가질량원기의 값이 우리나라에서 사용하고 있는 가장 정확한 1 kg라는 뜻이다. 이 기준을 바탕으로 산업체나 일상생활에서 사용하는 질량이 정해진다.

우리나라의 국가질량원기 질량에 변화가 있는 이유는 기준이 되는 BIPM의 상용 질량표준기 질량 값이 줄었기 때문이다. 우리나라를 비롯한 많은 나라들이 보유한 국가질량원기는 5년마다 BIPM에서 질량표준기와의 비교를 통해 그 값을 갱신한다.
BIPM의 상용 질량표준기 또한 인공물 형태의 분동으로 만들어져 있기 때문에 사용 중 마모나, 공기 이물질 흡착 등으로 질량이 줄거나 늘어날 수 있다.

이 때문에 KRISS를 비롯해 전 세계 표준기관들은 인공물로 만든 원기 대신 변하지 않는 상수 값으로 질량을 정의하는 연구를 하고 있으며 2018년에 새로운 정의가 나올 것으로 기대하고 있다.  

▲ 질량의 신 정의를 위한 와트저울 본체를 조립하고 있는 KRISS 질량힘센터 연구원

KRISS는 현재 전기력을 중력으로 환산하여 물체의 질량을 재는 와트저울 연구를 진행 중에 있다. 양팔 저울 한쪽에 지금에 해당하는 1 kg 물체를 올려둔 뒤 평형을 유지하게 됐을 때의 전자기력을 측정하여 이에 대한 기준을 정하면 불변의 1 kg 정의가 가능하다.  

KRISS는 2012년에 와트저울 연구프로젝트를 시작하여 현재 메인시스템과 진공 챔버 제작을 완료하고 2017년에 1 kg 기준 값을 산출할 계획이다

국가질량원기의 변화가 있다고 해서 산업체나 일상생활에 즉각적인 피해가 발생하는 것은 아니다. 현재 일어나고 있는 변화의 폭은 산업체 등에서 느낄 수 없는 미세한 수준이기 때문이다. 다만 1 kg 이하의 실험실 수준의 정밀한 질량측정에 그 차이는 있을 수 있어 한국표준과학연구원에서는 국제비교연구 등의 기존 연구나 교정에 대해 사후조치가 필요한지 현재 검토 중이다.

KRISS 질량힘센터 박연규 센터장은“지금 일어나는 kg 원기의 질량 변화가 일상생활에 미치는 영향은 없지만, 과학적인 정밀측정의 응용과 추후 다른 단위의 정의에 영향을 미칠 수 있다는 점에서 질량단위 신정의는 반드시 필요하다.”며“KRISS는 현재 진행하고 있는 와트저울 연구에 집중하여 2018년 질량단위 신정의가 이루어질 때 주도적인 역할을 할 수 있도록 노력하겠다.”고 말했다.