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2020/04/06 한양뉴스 > 학술 > 이달의연구자

제목

[우수R&D] 김용균 교수, 국내 최초 물성과학연구용 μSR 제작

신소재에 대한 초전도성과 자성을 파악 가능케 해

김현섭

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http://www.hanyang.ac.kr/surl/NYXJB

내용

μSR(Muon spin rotation/relaxation/resonance)은 소재에 대한 물성을 파악할 수 있게 해준다. 사람의 몸속 상태를 살펴보는 X선 촬영(X-ray)에 μSR를 비유할 수 있다. 김용균 원자력공학과 교수팀은 국내 최초로 μSR 시설을 설계 및 제작한다.
 
μSR은 뮤온을 생성해 소재에 주입한 후 스핀 로테이션을 이용해 물성을 측정하는 장치다. 뮤온은 아주 작은 입자로 물질 속의 전자를 대체할 수 있다. 전자는 핵 주위를 돌며 위, 아래 두 방향 중 하나로 회전한다. 뮤온은 불안정하기 때문에 짧은 시간 안에 붕괴한다. μSR의 원리는 물질에 들어간 뮤온이 위, 아래 중 하나로 회전하다가 붕괴할 때의 전자기장 변화를 측정해 초전도성과 자성 등을 파악하는 것이다.
 
▲김용균 원자력공학과 교수 연구팀은 한국형 중이온 가속기(라온, RAON)의 부속 시설인 μSR의 설계와 제작을 담당하고 있다.

김 교수의 이번 연구는 한국형 중이온 가속기(라온, RAON) 프로젝트의 일부다. 중이온 가속기는 양성자부터 우라늄 등 모든 원자핵을 가속할 수 있는 입자가속기다. 라온은 한국 최초의 거대 중이온 가속기 이름이자 제작 프로젝트의 이름이다. 현재 세계적으로 가동 중인 거대 중이온 가속기는 4개뿐이다. 김 교수는 어떤 연구시설이 필요한지, 어떻게 만들 것인지 등 라온의 초기 설계 계획을 세우는 일을 담당했다. 대부분의 제작은 기초과학연구원(IBS)이 직접 수행하고 몇 가지 시설만 외부에 위탁했다 김 교수팀은 국내 기존에 없던 연구시설 μSR을 위탁 받았다.
 
중이온 가속기는 기초과학연구에서 매우 중요한 역할을 한다. 우주를 이루는 원소들의 조성비와 생성 원리를 규명하는 게 주된 목적이다. 한편 μSR은 개발된 신소재나 인공 원소의 특성을 파악하는 역할을 수행한다. 라온 건설은 한국의 기초과학 분야 뿐만 아니라 우리의 실생활에 직접적인 영향을 줄 공학의 발전에도 큰 역할을 할 것으로 전망된다. 라온의 완공은 오는 2021년을 목표하고 있다.
 
▲ μSR의 전체적인 구성도. 입자가속기 끝단에서 양성자를 μSR시설로 받아낸다. (김용균 교수 제공)

많은 나라가 한국의 중이온 가속기 개발 소식을 들었을 때 믿지 않았다. 김용균 교수는 “한국이 해낼 능력이 있을 것 같지 않고, 어차피 타국에 도움을 요청하리라 생각한 것 같다”고 말했다. 하지만 한국은 라온에 필요한 기술의 상당 부분을 직접 개발하고 현재 존재하는 다른 중이온 가속기보다 뛰어난 성능을 갖춰가고 있다. 김 교수는 “라온을 개발하면서 한국의 전체적인 과학 수준이 올라갔다”며 “작년부터는 현장 시설을 참고하겠다고 외국에 요청하면 되레 반기는 분위기다”고 밝혔다. 그는 시설이 완공되면 해외 연구자들도 많이 사용하러 오길 바란다고 말했다.
 
중이온 가속기는 핵을 충돌시키기 때문에 시설의 설계에 방사선 안전 분야가 필요하고 실험 장비 신호 측정에는 방사선 계측이 들어간다. 라온과 μSR의 제작은 단순히 핵·입자물리학 혹은 원자력공학 하나의 지식만으로는 불가능하다. 김용균 교수는 핵물리학을 전공하고 원자력공학과 교수로 재직 중이다. 시설의 전체를 조감하는 데에 반드시 필요하다. 김 교수는 “자기 전공에만 머물지 않고 항상 여러 분야에 도전하고 노력하는 것이 필요한 것 같다”고 얘기했다. 그는 이어 “라온은 중이온 가속기지만 생명과학과 화학을 하는 사람도 다 쓸 수 있는 시설”이라며 “신기술에 관심을 두고 자신의 분야와 융합하려는 생각이 중요하다”고 말했다.


글 / 김현섭 기자          swiken1@hanyang.ac.kr
 
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기사댓글 1

  • 정찬성2020/05/07

    너무 대단하신 분 같습니다.