원자 움직임까지 촬영…방사광가속기 ‘물의 비밀’ 푼다

한국·스웨덴 공동 연구팀 착수

지구상에 가장 많이 존재하지만 여전히 미지의 영역으로 남아 있는 ‘물’(Water)의 비밀을 푸는 국제공동연구가 시작된다.

미래창조과학부와 포항공대는 포항 4세대 방사광가속기(PAL-XFEL)를 활용해 물의 특성을 규명하는 연구를 지원한다고 8일 밝혔다.

이 연구는 4세대 방사광가속기를 활용한 일반 연구자들의 첫 번째 실험이다.

최근 포항 4세대 방사광가속기의 시운전(1년)과 사전실험(3개월)을 마친 정부는 이달부터 포항4세대 방사광가속기를 활용한 일반 이용자들의 연구를 본격적으로 지원하고 있다.

방사광가속기는 빛의 속도로 가속한 전자에서 나오는 방사광(햇빛의 1경배)으로 물질의 구조를 분석하는 대형 기초과학연구시설이다. 포항 4세대 방사광가속기는 국비(4038억원)와 지방비(260억원) 등 총 4298억원이 투자돼 지난 2015년 미국, 일본에 이어 세계에서 세 번째로 구축됐다.

이 시설은 3세대보다 1억배 밝고, 1000배 빠른 빛으로 나노세계를 펨토초(fs=10의 -15승초=1000조분의 1초) 단위로 분석한다.

펄스형태로 펨토초영역 시간동안 X-선을 발생시켜 원자나 분자의 화학반응(결합, 분해, 치환)을 연구할 수 있다. 살아있는 세포의 실시간 동적 반응은 물론 원자의 움직임까지 촬영이 가능하다. 에너지 고효율 태양전지, 단원자 트랜지스터, 수소에너지 등 다양한 산업분야에 활용된다.

물은 분자구조 변화 시간이 펨토초 영역에 존재해 4세대 방사광가속기가 개발된 이후에야 연구가 가능해진 것으로 알려져 있다.

포항 4세대 방사광가속기의 첫 번째 빛은 지구상에 가장 많이 존재하지만 미지의 영역으로 남아있는 물의 비밀스런 특성을 밝히는 데 활용된다.

물의 비밀을 규명하는 이번 연구는 한ㆍ스웨덴 공동연구로 스톡홀름대학교 분자생물학부 소속의 앤더스 닐슨 교수 연구팀과 포항공대 송창용 교수, 포항가속기연구소 이재혁 박사가 수행한다.

실험은 진공챔버 내부에 마이크로미터 크기 물방울을 분사하면서 자유전자레이저(FEL) 방사광이 물방울에 부딪쳐 만들어지는 회절을 펨토초 단위로 분석하는 X-선 산란 측정실험으로 진행된다. 

최상현 기자/bonsang@

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