[ 한겨레 ] 엑스레이 로 영상 만들 면 ‘ 나노 세계 보 는 눈 ’ 현실 로 강하 고 빠른 빛 개발 전력 [ 선도 연구 센터 ' 외길 20 년 ']② 극한 광 응용 기술 국사 핵심 연구 센터 최근 정부 가 중복 투자 논란 에 도 불구 하 고 구축 에 들어가 기 로 한 4 세대 및 차세대 방사광 가속기 는 ‘ 극한 광 ’ 을 만들 어 내 는 장치 다 . 이 빛 으로 는 세포 나 전자 소자 · 태양 전지 내부 를 들여다볼 수 있 다 . 현대 과학 은 얼마나 강한 빛 을 보유 하 느냐 가 연구 성패 를 가르 는 시대 로 진입 하 고 있 다 . 그러나 극한 광 을 이용 해 연구 할 기술 이 없 다면 1 조 원 이 들어가 는 정부 의 방사광 가속기 구축 사업 은 헛 투자 가 될 수 도 있 다 . 광주 과학 기술원 ( GIST ) 안 에 설치 된 극한 광 응용 기술 국가 핵심 연구 센터 ( 소장 노도영 신소 재 공학부 교수 ) 는 극한 광 으로 각종 과학 실험 을 할 수 있 는 도구 인 ‘ 결맞음 ( 코히런트 ) 엑스레이 회절 이미 징 ’ 연구 방법 을 개발 하 고 있 다 . 교육 과 학기 술부 와 한국연구재단 이 미래 융합 과학 기술 분야 를 지원 하 기 위해 2003 년 부터 모두 10 개 센터 를 선정 해 7 년 동안 연간 20 억 여 원 씩 지원 하 고 있 는 학제간 융합 분야 ( NCRC ) 선도 연구 센터 의 하나 다 . ■ 미시 세계 를 보 는 도구 개발 가시광선 을 이용 한 광학 현미경 으로 볼 수 있 는 것 은 머리카락 의 200 분 의 1 정도 인 0 . 5 마이크로미터 ( ㎛, 1 ㎛ 는 100 만 분 의 1 m ) 안팎 이 한계점 이 다 . 10 나노미터 ( ㎚, 1 ㎚ 는 10 억 분 의 1 m ) 에 불과 한 원자 의 세계 를 들여다보 려면 가시광선 보다 파장 이 훨씬 짧 은 빛 이 필요 하 다 . 또 펨토 초 ( 10 의 15 제곱 분 의 1 초 ) 의 짧 은 펄스 ( 파동 ) 를 가지 고 있 으면서 굉장히 밝 아야 한다 . 우리 가 물체 를 보 는 것 은 반사 된 가시광선 이 렌즈 ( 수정체 ) 를 통해 꺾인 뒤 망막 에 영상 으로 맺히 기 때문 이 다 . 그러나 엑스레이 는 파장 이 극히 짧 아 물질 들 을 그대로 통과 해 버리 기 때문 에 반사 된 엑스레이 를 모아 줄 렌즈 는 어떤 물질 로 도 만들 수 없 다 . 과학자 들 은 파동 이 장애물 뒤쪽 으로 돌 아 들어가 는 현상 ( 회절 ) 을 이용 해 물질 의 모양 을 ‘ 짐작 ’ 해 내 는 방법 을 고안 해 사용 해 왔 다 . 벽 에 비친 그림자 ( 간섭 무늬 ) 로 원래 모습 을 재현 해 내 는 방식 이 다 . 제임스 왓슨 과 프랜시스 크릭 은 디엔에이 이중 나선 구조 를 이런 방법 으로 발견 해냈 다 . 그러나 벽 에 비친 강아지 가 실제 모습 인지 , 손가락 으로 만든 것 인지 구분 하 기 위해서 는 좀 더 정밀 한 분석 이 필요 하 다 . 광학 을 연구 하 는 과학자 들 은 100 여 년 동안 빛 이 반사 되 고 나 서 진행 하 는 것 에 대한 많 은 지식 을 쌓 아 왔 고 최근 에 는 이 를 컴퓨터 로 계산 하 는 규칙 ( 알고리듬 ) 도 만들 었 다 . ‘ 고 품질 ’ 의 빛 이 있 고 빛 에 대해 잘 정리 된 지식 이 축적 돼 있 다면 엑스레이 를 가지 고 도 우리 가 눈 으로 보 는 것 과 같 은 영상 ( 이미지 ) 을 실시간 으로 만들 어 낼 수 있 다 . ‘ 나노 세계 를 보 는 눈 ’ 을 가질 수 있 는 것 이 다 . 노도영 교수 는 “ 세포 나 나노 소자 안 에서 일어나 는 현상 에 대해 좀 더 많 은 것 을 알아내 려면 엑스레이 로 실시간 영상 을 만들 어 내 는 미래 기술 을 확보 해야 한다는 게 5 년 전 생각 이 었 다 ” 고 말 했 다 . 그러나 당시 국내 에 는 연구 에 적용 해 볼 빛 이 없 었 다 . 연구 팀 은 미국 시카고 알 곤 국립 연구소 안 에 있 는 고 성능 광원 ( APS ) 을 빌려 쓰 기 로 했 다 . 빛 이 있 는 그곳 에 는 연구 시설 이 없 었 다 . 시료 용기 부터 엑스레이 감지기 까지 모든 실험 도구 를 가져가 려 싸 놓 으니 35 ~ 50 ㎏ 짜리 짐 이 10 개 가 넘 었 다 . 공항 에서 는 “ 미국 에서 짐 꾼 들 이 이렇게 무거운 짐 은 다루 지 않 는다 ” 며 고개 를 젓 는 항공사 직원 들 을 ‘ 국가 적 으로 중요 한 장비 ’ 라고 설득 해야 했 다 . 미국 연구소 에서 빌리 기 로 한 일 주일 은 실험 장비 를 설치 하 고 다시 해체 하 는 데 도 빠듯 했 다 . 연구 팀 은 최근 에 는 일본 의 극한 광 시설 인 ‘ 스프링 8 ’ 로 도 임대 연구 를 다닌다 . 미국 · 일본 시설 빌려 쓰 느라 실험실 짐 싸 고 자주 이동도 정부 서 7 년 간 연 20 억 지원 받 아 뢴트겐 이 1895 년 엑스레이 를 발견 한 이래 세계 과학 계 는 ‘ 무어 의 법칙 ’( 마이크 로 칩 의 밀도 가 18 개월 마다 2 배 로 늘어난다는 법칙 ) 보다 더 빠른 속도 로 강한 빛 을 개발 해 왔 다 . 지금 도 좀 더 강한 극한 광 을 얻 기 위해 두 가지 방향 으로 경쟁 을 벌이 고 있 다 . 한 가지 는 포항 방사광 가속기 처럼 전자 를 이용 한 빛 인데 , 여기 에 강한 빛 을 만들 기 위해 레이저 성질 을 더 하 는 것 이 다 . 또 하나 는 강한 레이저 의 파장 을 짧 게 만드 는 방법 이 다 . 지난해 광주 과기원 은 1 페타 와트 ( 1000 조 와트 ) 의 고출력 에 펄스 폭 이 30 펨토 초인 극 초단 광양자 빔 ( 레이저 빔 ) 연구 시설 을 완공 했 다 . 하지만 아직 파장 이 너무 길 다 . 연구 팀 의 ‘ 실험실 대이동 ’ 은 광양자 빔 의 파장 을 줄이 거나 , 포항 의 4 세대 방사광 가속기 가 완공 될 때 까지 는 계속 될 것 이 다 . ■ 세포 내부 도 훤히 들여다봐 연구 센터 에 는 포항 가속기 연구소 를 포함 해 국내 각 대학 의 연구 진 30 여 명 이 참여 하 고 있 다 . 근래 ‘ 빛 의 사이언스 파크 ’ 로 떠오른 독일 베를린 아들 러스 호프 연구 단지 의 막스보른 연구소 와 도 협력 연구 를 하 고 있 다 . 연구 는 크 게 세 분야 로 나누 어 진행 하 고 있 다 . 한 그룹 은 차세대 방사광 가속기 에서 나오 는 파장 1 ~ 0 . 1 ㎚ 의 빛 을 이용 하 는 기술 을 개발 한다 . 공간 분해능 이 1 ~ 10 ㎚ 만 달성 돼도 세포 내부 구조 나 약물 이 세포벽 을 뚫 고 들어가 는 장면 을 볼 수 있 게 된다 . 또 이 차 전지 안 에서 충전 과 방전 이 반복 되 는 현상 을 실제 상황 으로 관찰 할 수 있 다 . 두 번 째 그룹 은 파장 은 길 지만 시간 분해능 이 뛰어난 극 초단 레이저 를 이용 해 분석 하 는 기술 로 , 태양 전지 소자 안 에서 일어나 는 전자 들 의 위상 변화 등 을 관찰 하 는 것 이 목적 이 다 . 마지막 그룹 은 극 초단 고출력 레이저 를 응용 한 탁상 형 광학 현미경 으로 물체 를 관찰 하 는 기법 을 연구 한다 . 10 ㎚ 의 공간 분해능 을 지닌 주사 전자 현미경 ( SEM ) 과 유사 하 다 . 그러나 주사 전자 현미경 이 진공 상태 에서 금속 표면 만 을 관찰 하 는 한계 를 갖 는 데 비해 이 기술 로 는 살 아 있 는 생물 까지 볼 수 있 다 . 광주 과기원 신 소재 공학부 의 이탁희 교수 는 “ 지난 2 년 동안 유기 메모리 분야 에서 만 4 편 의 논문 이 < 어드밴스 트 머티 리 얼스 > 표지 에 실리 는 등 세계 적 성과 를 내 고 있 지만 유기 메모리 안 에서 일어나 는 현상 들 을 직접 관찰 할 수 있 는 방법 을 찾 으면 연구 에 가속도 가 붙 을 것 ” 이 라며 “ 미시 세계 를 들여다볼 수 있 는 도구 가 완성 되 면 지금 까지 와 는 다른 기초 연구 차원 에서 도 뛰어난 성과 들 이 이어질 수 있 을 것 ” 이 라고 말 했 다 . 광주 / 글 · 사진 이근영 선임 기자 kylee @ hani . co . kr < 한겨레 인기 기사 >■ 최중경 아내 , 사고 로 아빠 잃 은 아이 들 땅 까지 사들여 ■ YTN 에 도 ‘ 블랙리스트 ’ 있 나 … 박원순 방송 불가 ■ 오세훈 , 무상급식 주민 투표 철회 ■ ‘ 까 도남 ’ 김주원 과 달빛요정 - 판타지 를 과 소비 하 는 사회 ■ 풀무원 도전장 ‘ 라면 쟁탈전 ’ 시작 되 나 ■ 변동 금리 대출 , ‘ 눈덩이 ’ 이자 어쩌 나 … ■ 한명숙 재판 “ 0 . 1 초 먼저 일어났 다 ” 입씨름 세상 을 보 는 정직 한 눈 < 한겨레 > [ 한겨레 신문 구독 | 한겨레 21 구독 ] 공식 SNS 계정 : 트위터 www . twitter . com / hanitweet / 미 투데이 http : / / me 2 day . net / hankyoreh ⓒ 한겨레 신문사 , 무단 전재 및 재 배포 금지 < 한겨레 는 한국 온라인 신문협회 ( www . kona . or . kr ) 의 디지털 뉴스 이용 규칙 에 따른 저작 권 을 행사 합니다 . >