전체기사 최신뉴스 GAM
KYD 디데이
산업 ICT

속보

더보기

원자력연, '전자카메라' 개발..."원자 운동 3배 빨리 100배 밝게 관측"

기사입력 :

최종수정 :

※ 본문 글자 크기 조정

  • 더 작게
  • 작게
  • 보통
  • 크게
  • 더 크게

※ 번역할 언어 선택

[서울=뉴스핌] 김지완 기자 = 한국원자력연구원이 세계에서 원자의 운동을 가장 잘 포착하는 전자카메라를 개발했다고 13일 밝혔다. 이 장치는 기존보다 원자의 운동을 3배 이상 빠르면서 100배 이상 밝게 관측할 수 있어서 향후 물성 연구에 다양하게 활용될 것으로 기대된다.

이번 성과는 광학 분야 최고 학술지인 네이처 포토닉스(Nature Photonics)에 4월호에 게재됐다. 특히 세계적인 석학인 미국 UCLA의 무스메치(Pietro Muscumeci) 교수는 이번 호 해석기고를 통해 "자연을 더 깊게 들여다볼 수 있는 아주 빠른 새로운 눈을 가지게 되었다"는 평을 남겨 화제가 됐다.

[서울=뉴스핌] 김지완 기자 = 초고속 전자회절장치 제어실에서 한국원자력연구원 연구진의 실험 장면. [사진=원자력연구원] 2020.04.13 swiss2pac@newspim.com

한국원자력연구원의 정영욱 박사팀이 개발한 전자카메라는 '초고속 전자회절 장치'라 부르는 장비로, 32펨토초(10-15초)의 시간분해능을 갖추고 있어 세계에서 원자와 분자의 운동을 가장 빠르게 포착할 수 있다.

원자의 움직임은 보통 펨토초(10-15초, 천조 분의 일 초)에서 피코초(10-12초, 일조 분의 일 초) 단위로 매우 짧은 순간 동안 일어나는데 초고속 전자회절 장치는 이러한 반응을 포착할 수 있다.

얼마나 짧은 순간에 특정 현상을 측정할 수 있는지를 나타내는 성능지표를 '시간분해능'이라 부르며, 시간분해능이 우수하면 더 짧은 시간 단위에서 나타나는 원자의 운동을 포착할 수 있다. 일반 카메라의 경우 빠르게 움직이는 물체를 촬영하기 위해서 셔터를 더 짧은 순간에만 여닫는 것과 같다.

단순히 정지영상으로 물질의 분자 구조만 측정이 가능한 전자현미경과 달리 초고속 전자회절 장치는 분자 속 원자의 움직임을 포착할 수 있어, 분자 구조의 운동까지 측정할 수 있다.

기존에 가장 우수하다고 알려진 미국 스탠퍼드선형가속기연구소(SLAC, Stanford Linear Accelerator Center)가 보유한 초고속 전자회절장치가 100펨토초의 시간분해능을 가지는 것에 비하면, 이번에 연구원에서 개발한 장치는 이보다 세 배 더 빠른 원자의 움직임을 잡을 수 있다.

지금까지 이 기술 분야는 원자의 움직임을 더 빠르게 측정할수록 밝기가 점점 더 어두워지는 문제가 있었다. 그러나 원자력연구원에서 개발한 초고속 전자회절 장치는 미국 SLAC 장치보다 약 100배 더 밝게 관측할 수 있어, 분자 구조의 변화를 더욱 선명하게 잡아낼 수 있다.

독창적인 '90도 휨' 구조...속도·밝기 문제 동시 해결

원자력연구원이 개발한 전자회절장치가 속도와 밝기에서의 우수한 성능을 갖는 것은 단순하지만 기발한 '90도 휨' 형태의 독창적인 구조 덕분이다.

전자회절장치는 찰나의 시간 동안 발생하는 원자의 움직임을 촬영하기 위해 분자에 자극을 주는 레이저 펄스와 자극에 따른 반응을 포착하는 전자빔을 쏜다. 이렇게 촬영한 이미지를 이어 붙이면 분자의 변화 과정을 나타내는 영상을 얻을 수 있다.

전자는 전기적 특성상 서로 강하게 밀치기 때문에 아주 작은 공간에 모으는 것이 매우 어렵다. 기존의 모든 연구진은 전자빔 발생 후 시료에 도달하는 시간을 줄여서 전자빔이 덜 퍼지게 하는 방법을 선택했고, 그 결과로 나온 형태가 '직선형 구조'의 전자회절장치이다. 이러한 구조에서는 많은 양의 전자를 쏘면 전자를 모으기 어렵고 적은 양의 전자를 쏘면 밝기가 약해지는 문제가 있었다.

원자력연구원은 전자들이 발생한 후 90도를 돌아 나와서 시료에 도달하는 '90도 휨' 구조를 고안해 이러한 문제를 해결했다. 처음에는 비교적 많은 양의 전자를 발생시키고, 90도를 돌아 나오는 과정에는 달리기 트랙과 같이 여러 개의 레인을 통해 나오도록 해 원자들이 서로 밀쳐내지 않도록 했다.

최종적으로 시료에 도달하는 아주 짧은 순간에만 모두 모이도록 했다. 그 결과 속도와 밝기 문제를 동시에 해결할 수 있었을 뿐만 아니라 레이저펄스와 전자빔이 분자에 도달하는 시간의 불규칙성을 의미하는 '시간흔들림(jitter)' 문제도 원천적으로 상쇄시킬 수 있었다.

연구진은 이번 장비의 개발로 과학자들이 꿈꿔왔던 아토초(10-18초) 대역의 시간분해능까지 도달이 가능할 것으로 전망하고 있다. 향후 초고속 전자회절 기술을 활용해 지금은 간접적으로 측정하고 있는 원자 내 전자의 움직임도 직접 측정할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

 

이기태 한국원자력연구원 박사는 "이번 연구 성과로 초고속 분자구조 변화를 포착하는 것이 가능해졌다"며 "빠르면 2021년부터 해당 장치를 많은 연구자가 사용할 수 있도록 서비스를 제공해 국내 관련 분야의 연구를 발전시키는데 기여하겠다"고 밝혔다.

 

swiss2pac@newspim.com

[뉴스핌 베스트 기사]

사진
정부, 故 윤석화 문화훈장 추서 [서울=뉴스핌] 양진영 기자 = 문화체육관광부 최휘영 장관은 19일 오후 5시 30분에 고(故) 윤석화(향년 69세) 빈소를 방문해 깊은 애도의 뜻을 전하며 조문했다. [서울=뉴스핌] 사진공동취재단 = 고(故) 윤석화의 빈소가 19일 서울 신촌세브란스병원 장례식장에 마련됐다. 고인은 2022년 뇌종양 수술을 받고 투병을 이어 왔다. 발인은 21일 오전 9시. 2025.12.19 photo@newspim.com 아울러 정부는 한국을 대표하는 연극배우로서 오랜 기간 한국 공연예술계 발전에 기여한 배우 윤석화의 공적을 기리기 위해 문화훈장 추서를 추진한다. 고 윤석화는 1975년에 연극 '꿀맛'으로 데뷔한 이후 연극 뿐 아니라 뮤지컬, 드라마, 영화 등 다방면으로 꾸준히 작품 활동을 이어 왔다. 연극 '신의 아그네스' '마스터클래스', 뮤지컬 '명성황후' 등 수많은 작품에 출연하며 폭 넓은 연기 영역을 보여주었고, 다수의 연극상·백상예술대상 등을 수상하며 한국 공연예술계를 대표하는 배우로 평가받아 왔다. 배우 활동과 더불어 연출가, 설치극장 '정미소' 대표로서도 역할을 수행해 왔으며, 한국연극인복지재단 이사장을 역임하여 연극계 발전에 다방면으로 기여했다. jyyang@newspim.com 2025-12-19 22:20
사진
관가 '이재명 사무관' 경계령 [세종=뉴스핌] 나병주 기자 = 정부 업무보고에서 보여준 이재명 대통령의 '예리하고 꼼꼼한' 질문이 관가를 잔뜩 긴장하게 만들고 있습니다. 특히 담당사무관이 아니라면 알기가 쉽지 않은 내용까지 놓치지 않는 예리함에 관가에서는 '이재명 사무관'이라는 말까지 나오고 있습니다. ◆ 예상 못한 '정원' 질문에 기후부 '멘붕'…장관·국장 모두 답변 못해 이 대통령은 지난 17일 오후 기후에너지환경부 업무보고에서 "왜 기후부는 정원이 2930명인데 현원이 2973명으로 초과됐느냐"는 '깜짝' 질문으로 모두를 당황하게 했습니다. 예상치 못한 질문에 김성환 장관은 물론 기후부 간부들 모두 제대로 대답하지 못하고 20초가량 침묵이 이어졌습니다. 이 대통령이 담당국장이 누구냐며 재차 묻자 그제야 정책기획관(국장)이 "자세히 확인은 못 했지만 긴급하게 필요한 것에 대해 추가 고용한 것으로 이해하고 있다"며 엉뚱한 대답을 했습니다. 이재명 대통령이 17일 오후 세종시 정부세종컨벤션센터에서 업무보고를 주재하고 있다. [사진=대통령실] 그러자 이 대통령은 "보건복지부는 코로나19라는 특별한 상황이 있었지만, 기후부는 그런 상황이 없었는데 정원 초과된 게 이상하다. 원래 환경부 시절부터 추가가 됐는지, 아니면 기후부로 전환되면서 추가된 건지 답해달라"며 재차 물었습니다. 이에 김성환 기후부 장관이 "환경부에서 추가됐을 것으로 보인다"고 모호하게 답하자, 이 대통령은 "추정으로 답하지 말라"며 확답을 요구했습니다. 그러나 이 대통령의 질문에 답하는 사람은 결국 아무도 없었습니다. <뉴스핌>이 확인한 결과, 이유는 엉뚱한 곳에 있었습니다. 인원을 산정하는 과정에서 육아휴직자 51명을 현원에 포함하는 실수를 저질러 벌어진 해프닝이었습니다. 결국 현재 기후부 현원은 2922명으로 정원보다 8명이 적어 오히려 인력이 부족한 상황입니다. 다행히 상황파악 후 업무보고가 끝나자마자 이 대통령에게 보고해 오해는 풀었다고 하네요. ◆ 李대통령 예리한 질문에 관가 긴장…'이재명 사무관' 별명 생겨 이번 해프닝에 대해 기후부는 당혹감을 감추지 못하고 있습니다. 온실가스 감축, 재생에너지, 탈탄소 등 주요 현안에 대해 만반의 준비를 했지만 예상치 못한 질문에 '한방' 얻어맞은 셈이죠. 사실 인원현황은 기후부 업무보고 1페이지에 제일 처음 나와 있는 내용이에요. 대부분의 사람은 크게 신경 쓰지 않고 넘어가는 부분이지만, 이 대통령은 이를 놓치지 않고 꼼꼼히 살펴본 거죠. 기후부 관계자는 "사실 이번 건은 실무를 담당하는 과장도 놓칠 수 있는 내용이다"며 "전혀 예상하지 못한 질문에 깜짝 놀랐다"고 혀를 내두르기도 했어요. 김성환 기후에너지환경부 장관이 17일 오후 세종컨벤션센터에서 열린 '2026년도 업무보고'에서 이재명 대통령 질의에 답변하고 있다. [사진=뉴스핌TV 갈무리] 2025.12.17 dream@newspim.com 작은 부분까지 세세하게 확인하는 대통령의 모습에 '이재명 사무관'이라는 말이 돌기 시작했습니다. 실무자인 사무관 같은 대통령의 꼼꼼함에 관가는 앞으로 있을 보고에 대해 부담감이 커졌습니다. 다만 지나치게 꼼꼼한 모습에 아쉬움을 표하는 목소리도 있습니다. A 씨는 "대통령이 공식석상에서 지적하기엔 사소한 문제라고 생각한다. 국민이 지켜보는 만큼 현안에 더 집중했으면 어땠을까 싶다"고 아쉬움을 전했습니다. 실제로 이 대통령은 최근 고(故) 김용균 씨 때와 비슷한 사고가 다시 발생한 서부발전에 대해서는 별다른 지적 없이 넘어갔습니다. 이 대통령이 서부발전 사장에게 질문한 시간은 답변을 합쳐도 약 10초에 불과했습니다. 앞으로 관가에는 '이재명 사무관'의 꼼꼼함을 경계하라는 '경계령'이 내려졌습니다. 작은 숫자 하나도 놓치지 않는 그의 꼼꼼함이 국정 운영의 새로운 기준이 될지, 아니면 과도한 긴장으로 작용할지 주목됩니다. lahbj11@newspim.com 2025-12-19 11:40
기사 번역
결과물 출력을 준비하고 있어요.
종목 추적기

S&P 500 기업 중 기사 내용이 영향을 줄 종목 추적

결과물 출력을 준비하고 있어요.

긍정 영향 종목

  • Lockheed Martin Corp. Industrials
    우크라이나 안보 지원 강화 기대감으로 방산 수요 증가 직접적. 미·러 긴장 완화 불확실성 속에서도 방위산업 매출 안정성 강화 예상됨.

부정 영향 종목

  • Caterpillar Inc. Industrials
    우크라이나 전쟁 장기화 시 건설 및 중장비 수요 불확실성 직접적. 글로벌 인프라 투자 지연으로 매출 성장 둔화 가능성 있음.
이 내용에 포함된 데이터와 의견은 뉴스핌 AI가 분석한 결과입니다. 정보 제공 목적으로만 작성되었으며, 특정 종목 매매를 권유하지 않습니다. 투자 판단 및 결과에 대한 책임은 투자자 본인에게 있습니다. 주식 투자는 원금 손실 가능성이 있으므로, 투자 전 충분한 조사와 전문가 상담을 권장합니다.
안다쇼핑
Top으로 이동