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2024-11-22 (금)

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[퓨처 Eyes(56)] 전기 농업, 식량 위기 극복할 미래 농업의 혁신

햇빛 없이도 식물을 키운다? 마치 공상과학 영화에서나 나올 법한 이야기지만, 현실이 될 날이 머지않았다. 광합성은 지구 생명체의 근원이지만 에너지 효율은 겨우 1%에 불과하다. 이 비효율을 극복하고 미래 식량 위기를 해결할 혁신적인 기술이 바로 '전기 농업(electro-agriculture)'이다. 최근 생명공학 학술지 줄(Joule)에 발표된 논문에서 생명공학자들은 전기 농업이라는 새로운 식량 생산 패러다임을 선보였다. 태양 에너지를 이용해 CO₂를 식물의 먹이로 바꾸는 이 기술은, 햇빛에 의존하는 광합성을 대체하며 농업에 필요한 토지는 94%로 감소해 농업의 미래를 뒤흔들 잠재력을 지녔다. 광합성을 대체하는 전기 농업 캘리포니아 리버사이드 대학교의 생물공학자 로버트 진커슨(Robert Jinkerson) 교수와 워싱턴대학교 세인트루이스 캠퍼스의 전기화학자인 펑 지아오(Feng Jiao) 교수는 새로운 전기 농업 기술을 통해 농작물이 빛이 없는 환경에서도 자랄 수 있는 가능성을 제안했다. 농업의 혁신을 가져올 수 있다고 확신하는 진커슨은 "더 이상 햇빛을 필요로 하지 않는다면, 우리는 농업을 환경으로부터 완전히 분리해 통제된 실내 환경에서 식량을 재배할 수 있다"고 강조한다. 이는 농업이 더 이상 기후나 조건에 영향을 받지 않고 언제 어디서든 필요한 식량을 생산할 수 있음을 의미한다. 전기 농업은 단순히 빛을 대체하는 것 이상의 의미를 갖는다. 진커슨 교수의 연구팀은 태양광 패널을 통해 태양 에너지를 흡수하고, 이 에너지를 CO₂와 물 사이의 화학 반응에 활용해 아세트산염을 생성한다. 이 아세트산염은 식물이 에너지와 탄소 공급원으로 사용하게 된다. 진커슨 교수는 "우리는 식물의 발아 과정에서 사용되는 대사 경로를 다시 활성화시켜, 식물이 광합성 없이 아세트산염만으로도 자랄 수 있도록 연구하고 있다"고 덧붙였다. 현재 토마토와 상추를 대상으로 실험 중이며, 향후 고구마나 곡물 등 주요 작물로도 확장할 계획이다. 이 기술이 상용화될 경우, 전통 농업에서 발생하는 온실가스 배출을 크게 줄일 수 있다. 펑 자오 교수는 "현재 약 4%의 에너지 효율을 달성했으며, 이는 기존 광합성의 4배 수준이다. 이 방식이 더 효율적이기 때문에 식량 생산에 따른 CO₂ 배출량을 크게 감소시킬 수 있을 것"이라고 전망했다. 이는 농업의 환경적 부담을 대폭 줄일 뿐만 아니라, 식량 생산의 새로운 장을 열 수 있음을 의미한다. 빛 없도 농사를 지을 수 있는 전기 농업은 우주에서의 까다로운 식량 생산 문제도 해결할 수 있다. 기존 농업은 심각한 삼림 벌채로 이어지는 경우가 많은 데, 이는 생물다양성 손실과 기후 변화의 주요 원인이 되도 한다. 전기 농업은 작물 생산에 필요한 토지의 양을 대폭 줄임으로써 토지 개간에 따른 생태적 피해의 일부를 회복시킬 수 있다. 아울러 수로를 오염시키고 수생태계에 영향을 미칠 수 있는 비료와 살충제에 대한 의존도를 낮추므로 지속 가능한 식량 생산에 대한 유망한 대안을 제시한다. 전기 자극을 통한 수확량 증대 전기 농업의 또 다른 중요한 연구는 전기를 이용해 농작물의 성장을 촉진하는 방법이다. 이 기술은 19세기 말에서 20세기 초에 잠시 유행했던 '전기 재배(electroculture)'의 현대적 버전으로 볼 수 있다. 당시에는 전기를 식물에 직접 적용해 수확량을 늘리거나 해충을 제거하려는 시도가 있었으나, 명확한 과학적 근거 없이 실패한 사례들이 많았다. 하지만 오늘날 연구자들은 더 정교한 방법으로 전기를 농업에 적용하고 있다. 미국 앨라배마주의 오크우드 대학교 생화학자인 알렉산더 볼코프(Alexander Volkov) 교수는 저온 플라즈마(Cold Plasma)를 이용해 씨앗을 자극하는 연구를 진행 중이다. 이 연구에서는 식물의 수확량이 20~75% 증가한 결과를 얻었으며, 감자의 경우 수확량이 40%까지 늘어났다. 볼코프 교수는 "우리는 씨앗을 플라즈마로 1분 미만 처리했을 때, 수확량이 눈에 띄게 증가하는 것을 확인했다. 양배추 수확량도 75% 증가했으며, 맛도 더 달았다"라고 밝혔다. 씨앗의 플라즈마 처리는 농업 분야에 떠오르는 기술로, ㅊ플라즈마를 이용해 씨앗의 발아율을 높이고 생장을 촉진하는 기술이다. 플라즈마는 고체, 액체, 기체 상태 다음의 제4의 물질로, 이온, 전자, 중성 입자 등으로 구성된 이온화된 기체이다. 플라즈마는 씨앗 껍질의 표면을 변화시켜 물 흡수율을 높이고, 발아에 필요한 효소 활성을 증가시켜 발아율을 향상시킨다. 또한 플라즈마는 씨앗 내부의 생화학적 반응을 촉진해 뿌리와 씨앗의 생장을 촉진한다. 게다가 플라즈마는 씨앗 표면의 박테리아, 곰팡이 등 병원균을 살균해 씨앗의 건강을 증진시킨다. 저온 플라즈마는 단순히 씨앗의 수확량을 증가시키는 것뿐만 아니라 씨앗이 발아할 때 환경 스트레스를 덜 받게 만들어 준다. 셰튼홀 대학교의 호세 로페즈(Jose Lopez) 교수는 "씨앗이 처음 발아할 때는 외부 환경의 스트레스에 매우 취약하다. 플라즈마는 씨앗의 껍질을 미세하게 구멍을 내어. 씨앗이 물과 양분을 더 쉽게 흡수할 수 있도록 돋븐다"고 설명했다. 그 결과 플라즈마로 처리된 씨앗은 처리되지 않은 씨앗보다 훨씬 더 빠르게 자란다. 전기 농업의 미래 전기 농업을 도입한다면 자연 서식지의 점진적인 복원이 용이해지고, 생물 다양성이 향상되며 탄소 발자국을 줄일 수 있다. 이처럼 엄청난 잠재력에도 불구하고, 전기 농업은 여전히 해결해야 할 과제가 남아 있다. 핵심 문제로는 태양열 화학 반응기의 초기 설치 비용과 유지 관리, 그리고 대규모 실내 농업시설을 지원하는 데 필요한 인프라를 꼽을 수 있다. 또한 아세트산을 주요 에너지 원으로 사용할 때 식물 생리학에 미치는 장기적인 영향을 이해하기 위해서는 추가 연구가 필요하다. 진커슨은 "식물의 경우, 식물이 이런 방식으로 성장하도록 진화하지 않았기 때문에 아세트산염을 탄소원으로 활용하도록 하는 연구 개발 단계에 있다"고 말했다. 그는 "하지만 버섯과 효모, 해조류는 현재 이런 방식으로 재배할 수 있으므로 이러한 응용 분야가 먼저 상용화되고 식물은 나중에 상용화될 것으로 생각한다"고 덧붙였다. 전기 농업이 성공한다면 식량 생산 자체에 혁명을 일으킬 수 있는 환경 친화적이고 공간 효율적인 방법이 될 수 있다.
- 포커스온
2024-10-31
삼성전자, '탄소 제로' 반도체 공장 만든다…친환경 기술 개발 박차

삼성전자가 지속가능한 반도체 사업을 위해 새로운 친환경 탄소 포집 기술을 도입한다. 황경순 삼성전자 SAIT(옛 삼성종합기술원) 에어사이언스 리서치센터장(부사장)은 18일 부산 벡스코에서 열린 한국화학공학회 추계학술대회에 기조강연자로 나서 반도체의 지속가능성을 위한 센터의 비전을 소개했다. 황 센터장은 "기존 탄소 포집 기술은 공간 효율성이 낮고 인체 유해한 물질도 배출할 가능성이 있어 도심에 위치한 반도체 사업장에 적합하지 않다. 따라서 친환경적이고 소형화된 탄소 포집 기술을 개발하는 것이 목표"라며 새로운 탄소 포집 기술의 중요성을 강조했다. 삼성의 에어사이언스 리서치 센터는 2022년 SAIT 내 미세먼지연구소와 탄소포집활용센터를 결합해 설립됐다. 황 센터장은 탄소중립 분야 권위자로, 미국 텍사스대 교수직을 휴직하고 지난해 6월 부임했다. 그는 "환경적 지속 가능성이 기업의 중요한 과제로 부상하면서, 글로벌 IT 기업들이 2030년 탄소중립을 선언하는 추세"라며 이러한 움직임은 삼성에도 영향을 미치고 있다고 전했다. 삼성은 2022년 새로운 환경 경영 전략을 발표하고 2050년 탄소 중립을 목표로 설정했다. 이를 위해 반도체 업계 최초로 탄소 포집 연구 센터를 설립하고 관련 기술 개발에 적극적으로 나서고 있는 것. 황 센터장은 "배출되는 탄소를 포집하여 활용하고, 2040년까지 오염 물질 배출량을 자연 상태 수준으로 맞추는 목표를 설정했다. 이는 기존 기술의 한계를 극복해야 하는 어려운 과제다. 따라서 저희 센터는 이러한 목표 달성을 위해 새로운 기술 개발에 주력하고 있다"고 밝혔다. 이어 "배출가스 저감을 위해 현재 95%인 RCS(공정가스 통합처리시설)의 불소 함유 가스 제거율을 100%까지 높이고, 질소산화물(NOx) 배출 농도는 20ppm에서 0.03ppm 수준으로 낮추는 것을 목표로 하고 있다"고 설명했다. 또한 공정 중 발생하는 가스를 즉시 플라즈마를 이용해 제거하는 POU 기술 개발과 이를 RCS와 결합하는 연구도 진행하고 있다고 덧붙였다. 아울러 "수소 분야에서는 중국이 주도하는 알칼리 수전해 기술이나 고가의 촉매를 사용하는 PEM 방식 대신, SOEC(고체산화물수전해) 기술 개발에 집중하고 있다. 특히 전극 계면 및 촉매 열화 문제 해결에 주력하고 있다"고 전했다. 그러면서 황 센터장은 "개발 중인 CCU(탄소 포집·활용) 기술을 반도체 사업장뿐 아니라 전 사업장과 협력사까지 확대 적용할 계획이다. 또한, 이 기술을 활용하여 신사업 창출을 지원하고, DS(디바이스솔루션) 사업 경쟁력 강화는 물론 사회 공헌에도 기여할 수 있을 것으로 기대한다"고 밝혔다. PEM 방식이란? 수소 분야에서 중국이 사용하고 있는 PEM 방식은 PEMFC(Proton Exchange Membrane Fuel Cell), 즉 양성자 교환막 연료 전지를 말한다. 수소와 산소를 이용하여 전기를 생산하는 연료 전지의 한 종류로, 다른 연료 전지 기술에 비해 높은 에너지 효율과 낮은 작동 온도를 갖는 장점이 있다. 그러나 백금 등 고가의 촉매를 사용해야 하고, 내구성이 낮으며 연료 순도에 민감한 단점이 있다. SOEC 방식이란? 삼성에서 중점을 두고 있는 SOEC는 'Solid Oxide Electrolyzer Cell'의 약자로, 고체산화물 수전해 전지라고 한다. 물을 전기분해하여 수소를 생산하는 기술 중 하나로 고온에서 작동하는 것이 특징이다. 기존의 수전해 기술에 비해 효율이 높고 다양한 에너지원을 활용할 수 있어 차세대 수소 생산 기술로 주목받고 있다. 장점으로는 고온 작동으로 인해 전기 에너지 소비량이 작소, 수소 생산 효율이 높다. 전기 외에도 열에너지를 직접 활용할 수 있어 폐열이나 태양열 등 다양한 에너지원을 사용할 수 있다. 고순도의 수소를 생산할 수 있어 추가적인 정제 과정이 필요하지 않다. 재생에너지를 사용할 경우 이산화탄소 배출 없이 수소를 생산할 수 있다. 단점으로는 고온 작동으로 인해 내구성 확보 및 소재 개발에 어려움이 있다. 또한 고온에 도달하는 시간이 필요해 시동 시간이 느리다. 게다가 고온 작동 환경 구축 및 소재 개발 비용이 높다. SOEC의 활용도는 다양하다. 재생에너지, 원자력 발전소 등과 연계해 대규모 수소를 생산할 수 있다. 또한 산업 공정에서 발생하는 이산화탄소를 포집하여 수소 생산에 활용할 수 있다. 더 나아가 잉여 전력을 이용하여 수소를 생산하고 저장하는 등 다양한 분야에서 활용할 수 있다.
- IT/바이오
2024-10-18
[퓨처 Eyes(50)] 핵시계, 초정밀 시간 측정의 새로운 지평을 열다

상상을 초월하는 정확성, 10억년에 단 1초의 오차도 허용하지 않는 시계가 현실로 다가왔다. 과학자들이 기존 원자시계를 뛰어넘는 핵시계 개발에 성공하며, GPS, 인터넷 동기화, 금융 거래 등 다양한 분야에 혁신을 예고했다. 미국 물리과학 연구기관인 JILA와 국립표준기술원(NIST) 펠로우이자 콜로라도 볼더 대학교 물리학 교수인 준 예(Jun Ye)와 그의 팀이 이끄는 국제 연구팀이 핵시계로 알려진 획기적인 시간 측정 장치를 개발했다. 원자시계 넘어 핵시계로, 시간 측정의 새로운 지평 현재 가장 정확한 시계는 원자시계다. 원자시계는 원자 내 전자의 에너지 변화를 이용해 1초를 정의하고, 1초에 수십억 번 진동하는 신호를 통해 시간을 측정한다. 이번에 개발된 핵시계는 원자핵 내부의 에너지 변화를 이용한다는 점에서 원자시계와 차별화되는 새로운 유형의 시간 측정 장치다. 핵시계는 원자 전체가 아닌 원자핵의 진동을 측정한다. 원자핵은 원자보다 훨씬 작지만, 더 많은 '틱(tick)'을 가지고 있어 더 정확한 시간 측정이 가능하며, 전자기장과 같은 외부 교란에도 안정적이다. 새로운 연구에서 JILA와 그의 연구팀은 핵시계의 모든 필수 부품을 만들었다. 즉 시계의 '틱(tick)'을 제공하는 토륨-229 핵전이, 핵의 개별 양자 상태 사이에 정밀한 에너지 점프를 생성하는 레이저, 이러한 '틱'을 직접 측정하는 주파수 빗 등이다. 연구팀은 이러한 노력으로 이전 파장 기반 측정기보다 100만배 높은 수준의 정밀도를 달성했다. 또한 연구팀은 자외선 주파수를 세계에서 가장 정확한 스트론튬 원자시계 중 하나에 사용되는 광학 주파수와 직접 비교해 핵 전이와 원자시계 사이의 직접적인 주파수를 연결하는데 최초로 성공했다. 이러한 직접적인 주파수 연결과 정밀도 향상은 핵시계를 개발하고 기존 시간 유지 시스템과 통합하는 데 있어 매우 중요한 단계다. 더 작지만 더 강력한 핵시계, 정확성의 한계를 뛰어넘다 원자시계는 수십억 년에 몇 초의 오차만 발생할 정도로 정확하지만, 외부 환경의 영향을 받을 수 있다. 반면, 핵시계는 원자핵의 안정성 덕분에 외부 간섭에 덜 민감하고, 더 높은 주파수에서 진동하여 더 정밀한 시간 측정이 가능하다. JILA 연구팀은 토륨-229 원자핵에 자외선 레이저를 쏘아 핵입자를 여기시키고 '광 주파수 빗' 기술로 핵의 에너지 펄스 주파수를 측정하는 데 성공했다. 이는 일반 시계의 추가 진자 운동을 하는 것과 유사한 원리로, 1초당 더 많은 파동 사이클을 측정하여 더욱 정확한 시간 측정을 가능하게 한다. 이번 연구 결과는 지난 9월 4일자 세계적인 학술지 "네이처' 표지 기사에 게재됐다. 연구팀에는 JILA, 비엔나 양자 과학 기술 센터, IMRA America Inc.의 연구자들이 포함됐다. 물리학의 획기적인 발전, 핵시계 현실화에 한 걸음 더 이번 연구는 핵시계 개발에 중요한 이정표를 세웠다. 1976년 토륨 핵의 저에너지 특성을 발견, 2003년 토륨-299 핵시계 활용 가능성 제시, 2023년 토륨-229 결정 삽입 기술 개발 등 오랜 연구 끝에 마침내 핵시계 프로토타입이 탄생한 것이다. 특히 연구팀은 토륨-229 핵의 에너지 변화를 정밀하게 측정하고, 이를 통해 생성된 신호를 높은 정확도로 측정하는 데 성공했다. 이는 핵시계의 실현 가능성을 입증하는 중요한 성과로 평가받는다. 핵시계, 시간 측정 넘어 과학 혁신 이끌 것 핵시계는 아직 초기 단계지만 상용화될 경우 공식 국제시간 측정뿐만아니라 물리학 연구, 우주 탐사 등 다양한 분야에 혁신을 가져올 것으로 기대된다. 특히 암흑 물질 탐색, 자연 상수 검증 등 기본 물리학, GPS 정확도 향상, 통신 네트워크 안정화 등에도 활용될 수 있다. 연구팀은 "이번 연구는 핵시계의 가능성을 보여주는 중요한 발검음"이라며 "레이저 정렬 및 주파수 조정 등을 통해 정확도를 더욱 향상시킬 수 있을 것"이라고 밝혔다. 또한 "2~3년 안에 핵시계가 원자시계의 정확성을 능가할 것"이라고 전망했다. 핵시계는 휴대성과 안정성도 뛰어나 통신, 인터넷, GPS 등 일상생활에도 영향을 미칠 것으로 예상된다. 물리학 전문가들은 "핵시계는 시간 측정의 새로운 패러다임을 제시하는 혁신적인 기술"이라며 "기초과학 연구부터 첨단 기술 개발까지 다양한 분야에 파급 효과를 가져올 것"이라고 평가했다. 핵시계, 미래를 향한 새로운 추 원자시계는 이미 지진, 중력장, 시공간 연구에 중요한 도구로 활용되고 있다. 핵시계는 이러한 분야에 더 큰 발전을 가져올 수 있으며, 휴대성과 사용 편의성도 높을 것으로 예상된다. 핵시계와 원자시계를 함께 사용하면 기본 물리 상수의 변화 여부를 확인하고 암흑 물질 연구에도 새로운 가능성을 열 수 있다. JILA와 NIST 물리학자 준 예는 "수십억년 동안 켜두어도 1초도 잃지 않는 손목시계를 상상해보라"며 "아직은 그 수준에 이르지 못했지만 이 연구를 통해 그 수준의 정밀도에 더 가까워졌다"고 말했다. 더 정확하고 안정적인 시간 측정을 향한 인류의 도전은 끝없이 계속된다. 핵시계 기술의 발전은 단순히 시간 측정의 정확성을 높이는 것을 넘어, 더 빠른 인터넷 속도, 더 안정적인 네트워크 연결, 더 안전한 디지털 통신을 제공할 수 있다. 또한 대규모 입자 가속기 없이 입자 물리학 이론을 검증할 수 있으며, 우주 구조 탐사 등 우리가 우주와 자연을 이해하는 방식을 근본적으로 바꿀 수 있는 잠재력을 지니고 있다.
- 포커스온
2024-09-12
[신소재 신기술(88)] 플라스마 처리 목재에서 빛 흡수율 99% 이상 '슈퍼블랙' 신소재 탄생

캐나다 과학자들이 목재를 이용해 거의 모든 빛을 흡수하는 '슈퍼블랙' 신소재 개발에 성공했다. 브리티시컬럼비아 대학교(UBC) 필립 에반스 교수 염구팀은 목재의 방수성을 높이기 위해 고에너지 플라즈마를 처리하는 과정에서 우연히 슈퍼블랙 물질을 개발했다고 뉴아틀라스가 7월 31일(현지시간) 보도했다. '닉실론(Nxylon)'이라는 상표가 붙은 이 소재는 그리스 신화의 밤의 여신인 '닉스(Nyx)'와 그리스어로 나무를 뜻하는 '그쉴론(xylon)'에서 이름을 따왔다. 에반스 교수와 박사과정 학생 케니 정은 방수성을 높이기 위해 톱질한 린든나무 샘플의 표면을 플라즈마 처리했을 때 목재를 구성하는 다공성 세포의 잘린 끝부분의 구조가 바뀐 것을 발견했다. 신소재 '닉실론'은 빛을 1% 미만으로 반사하며, 일반 검은색 페인트(최소 2.5% 반사)보다 빛 반사율이 훨씬 낮다. 또한 린든나무 외의 여러 종류의 나무에서 0.5~1mm두께의 얇은 닉실론 시트를 생산할 수 있어서 횰용도가 높을 것으로 기대된다. 닉실론은 망원경, 태양광 전지, 보석, 시계 등 다양한 분야에 활용할 수 있다. 특히 고가의 흑단이나 장미목을 대체할 저렴하고 지속 가능한 대안으로 주목받고 있다. 현재 닉실론은 반타블랙(Vantablack) 보다 빛을 조금 더 많이 반사하지만, 에반스는 닉실론 기술이 더 발전하면 상황이 바뀔 것이라고 말했다. 또한 반타블랙은 깨지기 쉽고 비용이 많이 드는 수직 방향의 탄소 나노튜브로 구성되어 있는 반면, 닉실론은 그렇지 않다. 2014년 대중에게 공개된 반타블랙은 빛을 99.965% 흡수하는 가장 검은 물질 중 하나다. 서레이 나노시스템(Surrey NanoSystem)이라는 영국 회사에서 상용화했으며, 탄소 나노튜브를 수직으로 배열해 빛이 물질에 갇히도록 만드는 원리로 작동한다. 에반스는 "닉실론은 재생 가능한 목재로 만들어지며, 참피나무 한 그루로 약 20만개의 시계 화면을 만들 수 있다"며 "우리는 표면을 덜 깨지게 만드는 방법을 찾아냈다. 닉실론 시트는 30분 만에 만들 수 있다. 상업적 생산을 위해 설계된 장치를 사용하면 공정 속도를 높일 수 있다고 확신한다"고 설명했다. 연구팀은 앞으로 닉실론의 빛 반사율을 더욱 낮추고 내구성을 강화할 연구를 이어갈 계획이다. 또한 스핀오프 회사인 닉실론 코퍼레이션 오브 캐나다를 통해 상용화를 추진할 예정이다. 이번 연구 결과는 최근 '어드밴스드 지속가능 시스템((Advanced Sustainable Systems)' 저널에 게재됐다.
- 포커스온
2024-08-01
[우주의 속삭임(13)] 느린 태양풍의 미스터리, 태양 궤도 우주선 '솔라 오비터'가 밝혀

태양 궤도선 솔라 오비터(Solar Orbiter) 우주선의 첫 번째 태양 근접 여행으로 수집된 데이터에를 통해 느린 태양풍의 신비한 미스터리가 풀릴 실마리가 밝혀졌다고 전문 매체 PHYS가 전했다. 초당 수백 킬로미터의 속도로 이동하는 태양풍은 수년 동안 과학자들의 연구 대상이었다. 그런데 '네이처 천문학지(Nature Astronomy)'에 발표된 최근의 연구에서 마침내 태양풍이 어떻게 형성되는지가 밝혀졌다는 것이다. 이 연구는 영국 노섬브리아 대학교 스테판 야들리 박사팀이 수행했다. 태양풍은 전하를 띠는 플라즈마 입자가 태양에서 우주로 계속 유출되는 것을 말한다. 바람은 초속 500km을 기준으로, 그 이상일 경우 '빠름'으로, 그 미만을 '느림'으로 규정한다. 태양풍이 지구까지 날아와 대기에 부딪히면 북극광으로 알려진 오로라가 나타난다. 그러나 더 많은 양의 플라즈마가 코로나 질량 방출의 형태로 방사되면 위험할 수 있으며, 위성과 통신 시스템에 심각한 손상을 초래할 수 있다. 수십 년 동안의 관찰에도 불구하고, 태양이 태양풍 플라즈마를 태양계로 방출, 가속 및 이동시키는 원인과 메커니즘, 특히 느린 태양풍에 대해서는 제대로 규명되지 않았다. 지난 2020년 유럽우주국(ESA)은 나사(NASA)의 지원을 받아 태양 궤도선 임무를 시작했다. 이 임무의 주요 목표 중 하나는 태양의 가장 가깝고 상세한 이미지를 포착하는 것 외에도, 태양풍을 측정해 분석하는 것이었다. 이를 위해 쏘아 올려진 솔라 오비터 우주선에는 10개의 서로 다른 과학 장비가 탑재됐다. 일부는 우주선을 통과할 때 태양풍 샘플을 현장에서 수집하고 분석하며 원격 감지도 수행한다. 태양 표면 활동에 대한 고품질 이미지를 캡처하도록 설계된 장비다. 연구팀은 솔라 오비터가 촬영한 사진과 기기 데이터를 결합함으로써 처음으로 느린 태양풍이 어디서 발생하는지 더 명확하게 식별하는 데 성공했다. 연구팀은 "우주선이 현장에서 측정한 태양풍 흐름의 변동성은 우리에게 그 근원에 대한 많은 정보를 제공했다. 태양에 가까이 접근함으로써 태양풍의 복잡한 특성을 포착할 수 있었으며, 태양풍의 기원과 복잡성이 발생 지역의 변화에 따라 어떻게 변화하는지에 대한 그림을 얻을 수 있었다"고 밝혔다. 연구팀은 빠른 태양풍과 느린 태양풍의 속도 차이가 태양풍의 기원이 되는 대기의 가장 바깥층인 코로나의 영역이 다르기 때문이라고 추정했다. 개방형 코로나는 자기장 선의 한쪽 끝이 태양에 고정되고 다른 쪽 끝은 우주로 뻗어나가 플라즈마와 같은 우주 물질이 우주로 나갈 수 있는 고속도로를 만드는 영역을 말한다. 이는 빠른 태양풍의 근원지로 여겨진다. 반대로 폐쇄형 코로나는 태양의 자기장 선이 닫혀 있는 영역을 의미한다. 태양 표면의 양쪽 끝이 연결되어 닫혀 있다는 뜻이다. 이는 자기 활성 영역 위에 형성되는 크고 밝은 루프로 볼 수 있다. 때로는 닫힌 자기 루프가 끊어지는 현상이 발생하고 끊어진 루프가 다시 연결되는 사이에 짧은 시간차가 발생하고, 그 사이에 플라즈마가 탈출하게 된다. 이는 개방형 코로나와 폐쇄형 코로나가 만나는 지역에서 발생한다. 솔라 오비터의 미션 중 하나는 느린 태양풍이 폐쇄형 코로나에서 발생하고, 자기장 선이 끊어지고 다시 연결되는 과정을 통해 우주로 탈출할 수 있다는 이론을 테스트하는 것이었다. 태양풍의 구성을 측정하는 방법을 통해서다. 태양 물질에 포함된 중이온의 조합은 그것이 어디서 유래되었는지에 따라 달라진다. 연구팀은 솔라 오비터에 탑재된 장비를 사용해 태양 표면에서 일어나는 활동을 분석한 후 이를 우주선이 수집한 태양풍 흐름과 대비했다. 솔라 오비터가 포착한 태양 표면의 이미지를 사용해 연구팀은 느린 태양풍의 흐름이 열린 코로나와 닫힌 코로나가 만나는 지역에서 발생했다는 것을 정확히 찾아낼 수 있었다. 결국 끊어지고 다시 연결되는 과정을 통해 느린 태양풍이 닫힌 자기장에서 벗어날 수 있다는 이론을 증명했다. 야들리 박사는 "솔라 오비터에서 측정한 태양풍의 다양한 구성은 코로나 소스 전체의 구성 변화와 일치했다. 코로나의 폐쇄 루프와 개방 루프 사이에서 발생하는 재연결 과정에서 발생한다는 강력한 증거를 제공했다"고 설명했다. 이로써 태양풍의 기원을 구체적으로 연구할 수 있는 길을 열어줄 것이라는 기대다.
- IT/바이오
2024-06-03
태양 폭풍, 파종기 GPS 교란…미국, 농작물 재배 중단

미국 전역에서 발생 한 태양 폭풍으로 GPS(지리정보시스템) 위성이 교란돼 일부 중서부 농민의 파종 또는 심기 작업이 중단됐다고 404미디어가 전했다. 옥수수 농부들에게 가장 중요한 시기가 다가온 가운데, GPS의 교란으로 인해 많은 농부들이 작업을 중단하게 돼 피해가 우려된다. 태양 폭풍으로 인해 일부 GPS 시스템이 일시 정지하는 사태가 발생, GPS와 연계해 작동하는 RTK(실시간 정밀 위치정보) 시스템의 정확성이 저하됐다. 미국 최대의 농기계 메이커인 존 디어를 비롯한 여러 브랜드의 트랙터는 농작물 심기 또는 비료 살포와 같은 농업 작업을 수행할 때 센티미터 수준의 위치 정확도를 위해 RTK를 사용한다. 캔자스와 네브래스카의 존 디어 딜러인 랜드마크에 따르면, 지난 주말 적지 않게 손상된 GPS 시스템은 정전 중에도 파종 또는 심기 작업을 계속했던 농부들에게 큰 혼란을 야기했다. 농기계들이 정해진 경로를 이탈하는 사태가 발생한 것. 랜드마크는 트랙터 안내 시스템인 오토패스(AutoPath)가 적절하게 작동하지 못함으로써 작물이 잘 못 심어져 수확할 때도 큰 지장을 초래할 것이라고 우려했다. 그는 GPS 시스템이 손상된 동안 농작물이 심어진 밭은 수확이 어렵거나 불가능할 수 있다고 말했다. 미국 국립해양대기청(NOAA)에 따르면, 20년 만의 강도로 지구를 강타한 최악의 태양 폭풍은 곧 가라앉을 것으로 예상되지만, 5월은 옥수수 농장으로서는 매우 중요한 시기다. 농기계 수리 관련 비영리단체 리페이(Repai)의 윌리 케이드는 "5월 중순은 옥수수를 심는 데 중요한 날짜"라며 옥수수 농부들이 그때까지 농작물을 심을 수 없다면 큰 사태라고 경고했다. 유기농 농부 톰 슈워츠는 태양 폭풍으로 인해 작업이 중단되었으며, 예보를 감안하면 작업이 더 연기될 가능성이 높다고 말했다. 옥수수 농장은 RTK 시스템을 사용해 트랙터가 차선을 정확하게 운행하며 작물을 심는 되는데, GPS가 부정확한 경우 트렉터 운전의 정확성이 크게 떨어지기 때문에 작물이 파괴될 위험이 높다는 것이다. 오늘날의 농업은 첨단 기술을 적용한 자동화된 트랙터 및 기타 자동 농업 장비에 거의 의존한다. 파종부터 수확까지 전체 농사가 기술에 달려 있기 때문에 작동이 실패하면 농부들에게 치명적인 피해를 입히게 된다. 농민들은 트랙터가 고장 났을 때 즉각적인 수리를 원하기 때문에, 의회를 대상으로 수리 권리법 제정을 강하게 추진하고 있다. 농부들에게 큰 영향을 미친 이번 지자기 폭풍은 플라즈마와 자화된 입자가 코로날 질량 방출이라고 불리는 방식으로 태양 밖으로 튀어나올 때 생성된다. NOAA는 이를 G1에서 G5까지 다섯 단계로 강도를 평가한다. 이번에 지구를 강타한 태양 폭풍은 최고 단계인 G5였다. 이처럼 강력한 폭풍은 지난 1989년 3월 캐나다의 한 지방에서 몇 시간 동안 수백만 주민의 전력을 끊었던 강력한 폭풍과 같이 지구에 큰 피해를 입힐 수 있다. 지난 2022년 태양 폭풍으로 인해 수십 개의 스타링크 위성이 파손돼 인터넷에 심각한 장애가 발생한 것처럼, 약한 폭풍도 적지 않은 문제를 일으킬 수 있다. 스타링크도 지난 주말에도 다소 영향을 받았다. NOAA는 G4 이상의 강한 태양 폭풍이 가까운 시일 내에 다시 발생할 수 있다고 밝혔다. 지금까지 태양 폭풍으로 인한 피해가 자세하게 보고되지는 않았지만 스타링크 인터넷 장애를 비롯해 비행 시스템 또는 HAM 무선 전송에 문제가 생겼다는 보고가 있었다.
- 생활경제
2024-05-14
[신소재 신기술(37)] 레이저로 구동되는 초고속 잠수함 개발

중국 하얼빈 공업대학 연구팀은 레이저를 사용해 잠수함을 제트 엔진과 거의 동등한 속력으로 추진하는 기술을 개발 중이라고 주장했다. 하얼빈은 중국 최초의 실험 잠수함 개발 지역이다. 홍콩 매체 사우스 차이나 모닝 포스트(SCMP) 보도에 따르면, 하얼빈 공대 연구팀은 중국의 군사력이 이 획기적인 기술 개발에 임박했다고 밝혔다. 레이저 추진 잠수함 기술의 핵심 원리는 독창적이다. 레이저가 수중에서 플라즈마를 생성해 소위 '폭발 파(detonation wave)'를 만들어 잠수함을 앞으로 나아가게 하는 아이디어가 이 기술의 핵심이다. SCMP에 따르면 일본 연구팀은 20년 전 처음으로 이러한 레이저 추진 방식을 제안했다. 이후 중국에서는 과학자들이 최소 10년 이상 이 기술을 실용화하기 위해 노력해 왔다. 지금까지 레이저 추진 기술의 시도는 대부분 실패했다. 과학자들은 잠수함을 특정 방향으로 밀 수 있는 레이저 출력 실현이 거의 불가능하다는 것을 알게됐다. 하지만 하얼빈 공대 연구팀은 이제 해답을 찾았다고 말했다. SCMP는 이 기술을 사용하는 잠수함은 레이저 출력을 방출하는 아주 얇은 광섬유(머리카락 한 가닥보다 얇은 광섬유)로 코팅되어 있다고 전했다. 연구팀은 중국 광학회에서 발간하는 영문 학술지 '중국 광학학보(Acta Optica Sinica)'의 최근 논문에서 이같이 밝혔다. 연구팀은 코팅 광섬유를 사용하면 단 2메가와트의 레이저 출력만으로 상업용 제트 엔진보다 약간 적은 수치인 최대 7만 뉴턴의 추력을 생성할 수 있다고 주장했다. 추진력 제공 외에도 지향성 레이저 에너지는 수중 투사체 표면을 기포로 덮어 속도를 높이는 '슈퍼 캐비테이션(supercavitation, 고속으로 움직이는 물체 주변에 형성되는 기포로 가득찬 공간)' 현상을 유발할 수 있다. 이론적으로 이를 통해 잠수함은 음속보다 빠르게 이동하고 소나(음파탐지기·SONAR)에 감지되지 않게 할 수 있다. 기계 동력이 없기 때문에 기계적인 소음 진동도 발생하지 않기 때문이다. 소나(SONAR)는 'Sound Navigation And Ranging'의 약자로, 음파탐지기, 음향탐지기 혹은 음탐기라고도 불리며, 음파를 이용해 수중 목표의 방위와 거리를 측정하는 장비이다. 이 소식은 미국이 새로운 수중 무기 기술 연구에 막대한 투자를 하고 있는 중국에게 잠수함 군비 경쟁에서 밀릴 것을 우려하고 있다는 지난해 보도 이후 나온 것이다. 레이저 추진 잠수함이라는 개념은 SF 영화를 떠올리게 하지만, 이러한 기술의 군사적 활용은 주목할 만한 가치가 있다. 퓨처리즘은 이러한 이론적 발전 소식은 미국이 잠수함 개발 경쟁에서 중국에 뒤쳐질 수 있다는 우려를 낳고 있다고 전했다. 중국은 최근 새로운 수중 무기 기술 연구에 많은 투자를 하고 있다. 논문의 프로젝트 리더인 게 양(Ge Yang)은 SCMP가 인용한 논문에서 "이 방법은 수중 무기에도 적용할 수 있으며, 슈퍼 캐비테이션 현상을 일으켜 수중 투사체, 수중 미사일 또는 어뢰의 수중 사거리를 크게 향상시킬 수 있다"고 밝혔다.
- 포커스온
2024-04-24
[퓨처 Eyes(30)] 한국형 인공태양, 1억도 플라즈마 세계 신기록 수립

한국 핵융합에너지연구원(핵융합연·KFE) 연구팀은 인공태양 연구에서 획기적인 성과를 달성하며 과학 역사에 찬란한 족적을 남겼다. 바로 1억도 플라즈마를 48초간 유지하는 놀라운 기록을 세운 것이다. 이는 핵융합 에너지 실현이라는 꿈에 한 발짝 더 다가선 뜻깊은 성과이다. KSTAR(한국 초전도 토카막 핵융합 연구장치)라는 인공태양 핵융합로를 활용한 이번 연구는 한국 과학자들의 탁월한 기술력을 여실히 보여준다. 1억도라는 극한의 온도를 48초간 유지하는 것은 쉬운 일이 아니다. 이는 핵융합 에너지 개발 분야에서 세계 최고 수준의 기술력을 자랑하는 한국 과학의 위상을 더욱 굳건히 하는 계기가 되었다. 토카막(Tokamak)은 태양처럼 핵융합 반응이 일어나는 환경을 만들기 위해 초고온의 플라즈마를 자기장을 이용해 가두는 핵융합장치다. 플라즈마를 구속하는 D자 모양의 초전도 자석으로 자기장을 만들어 플라즈마가 도넛 모양의 진공용기 내에서 안정적인 상태를 유지하도록 제어한다. 1억도 플라즈마 48초간 유지 KFE는 한국의 '인공태양'으로 불리는 KSTAR가 최근 실험에서 핵심 부품을 업그레이드해 태양 중심핵 온도의 7배에 해당하는 1억도의 플라즈마를 48초 동안 연속 운전하는데 성공했다고 지난 3월 27일 밝혔다. 이는 2022년 기록했던 30초를 크게 뛰어넘는 놀라운 발전이며, 핵융합 기술의 지속적인 진보를 보여주는 명확한 증거이다. 플라즈마는 높은 온도에서 전자와 양이온이 분리되어 형성되는, 전기적으로 중성인 기체 상태이다. 이는 태양과 별의 뜨거운 심장부에서 발견되는 특별한 물질 상태이며, 핵융합 반응의 필수적인 요소이다. KSTAR는 한국 초전도 토카막 첨단연구의 정식 명칭으로, 2022년에 1억도 플라즈마를 30초간 유지하는 기록을 세웠다. 텅스텐 디버터로 안정성 향상 2023년 12월 31일부터 3개월간 진행된 최근 테스트에서 KSTAR은 텅스텐 디버터를 사용해 플라즈마의 안정성을 크게 향상시키고 유지 시간을 48초까지 늘리는 데 성공했다. 이는 이전 기록 30초를 크게 뛰어넘는 성과다. 또한 저감속 모드보다 안정적인 고성능 플라즈마 운전 모드인 'H 모드(H-mode)'를 102초 동안 장시간 유지하며 기록을 경신했다. H-모드는 토카막형 핵융합 장치 운전시 특정 조건 하에서 플라즈마의 가둠 성능이 약 2배 증가하는 현상이다. 이는 핵융합 연구 분야에서 획기적인 진보를 의미하며, 미래 에너지 문제 해결에 중요한 기여를 할 것으로 기대된다. 1억도 운전을 추진한 고성능시나리오연구팀 한현선 박사는 "1억도 초고온 이온 플라즈마(High-Ti shot) 운전을 기존 30초에서 48초간 유지 달성하며 우리의 운전 방식이 40초대에서도 유효함을 확인했다. 지난해에는 플라즈마를 충분히 가열하고 유지할 파워가 부족해 실험이 어려웠다. 이번에는 중성자빔 가열장치의 성능 향상이 48초 유지의 바탕이 됐다"며 1억도 플라즈마의 장시간 운전은 초고온 플라즈마에 대한 이해를 높일 수 있는 자료이자 향후 핵융합 발전로에 쓰일 새로운 운전 모드 연구의 기반이 된다고 말했다. 텅스텐 재질 디버터(divertor)의 도입이 이러한 획기적인 성과를 가능하게 했다. 디버터는 핵융합 반응에서 발생하는 열과 불순물을 제거해 플라즈마 오염을 최소화하고 주변 장벽을 보호하는 역할을 한다. 텅스텐은 기존 탄소 재질보다 녹는점이 훨씬 높아 열 부하에 대한 내구성이 뛰어나다. 실험 결과, 텅스텐 디버터는 동일한 열 부하 상황에서 표면 온도 상승률이 25% 감소했다. KSTAR 연구 본부 고성능시나리오팀 김현석 선임연구원은 "디버터는 플라즈마의 열속이 집중되는 부분이다. 이번 테스트를 준비하면서 KSTAR처럼 토카막 내벽을 텅스텐으로 교체한 해외 융합 장치들의 사례를 토대로 KSTAR의 새로은 텅스텐 환경이 기본 카본 환경과 크게 다르지 않을 것으로 에상했다. 하지만 초기 실험에서 무언가 달랐다"고 전했다. 김 연구원은 "초기에 토카막 내벽 온도가 잘 안 올라갔다. 디버터는 소재만 바뀐 게 아니라 아랫부분의 구조(형상)도 기존 직선형에서 고래꼬리 형태로 바뀌었다. 형상과 소재 두 가지 요인이 복합적으로 작용해서 플라즈마 성질이 바뀌었는데, 바뀐 형태에서 어떻게 해야 좋은 성능을 발휘할 수 있을지 고민했다. 샷이 발생하면 과거의 형상을 만드는 것에서 시작해서 플라즈마 성능을 잠시 유지하고 안정이 되면 바뀐 디버터 형상으로 바꾸어 유리하는 전략으로 운전하며 기존 성능을 재현할 수 있엇다"고 설명했다. 핵융합은 두 개의 가벼운 원자핵이 합쳐져 더 무거운 원자핵을 만들면서 엄청난 양의 에너지를 방출하는 과정이다. 모든 금속 중 가장 높은 녹는점(3422°C)을 자랑하는 텅스텐은 핵융합 반응의 극한 환경에서도 흔들림 없이 자리한다. 또한 낮은 불순물 형성은 플라즈마 오염을 최소화하여 핵융합 반응의 순도를 높이는 데 기여한다. 프랑스에 건설 중인 ITER 실험로는 핵융합 에너지의 실현 가능성을 검증하는 국제 핵융합 연구의 중심 무대이다. 텅스텐 다이버터를 사용하는 ITER 실험로는 내년 첫 플라즈마 생성을 목표로 하고 있다. KSTAR의 이번 성과는 ITER 실험로의 성공적인 운영에 중요한 데이터를 제공할 것으로 기대된다. 한국핵융합연구소 소장은 이번 성과가 미래 핵융합 발전 시설 개발에 필요한 핵심 기술 확보에 중요한 발걸음이라고 강조했다. 연구팀은 앞으로 ITER 운영 및 미래 핵융합 발전 시설에 필수적인 핵심 기술 확보에 집중할 계획이다. 연구팀은 '토카막'이라 불리는 도넛 모양의 핵융합로 안에 뜨거운 플라즈마를 가두어 물을 가열하고 터빈과 발전기를 사용하여 생성된 증기를 전기로 전환함으로써 반응에서 순 양의 에너지를 획득할 수 있기를 희망한다. 토카막 융합로의 다양한 성과 한편, 전 세계 다른 토카막 핵융합로 또한 최근 몇 년 동안 중대한 성과를 거두었다. 지난해에는 중국 과학자들이 실험용 첨단 초전도 토카막 내부에 플라즈마를 403초 동안 유지하는 데 성공했다. 또한 영국은 JET(Joint European Torus) 장치를 사용해 핵융합 에너지 세계 기록을 수립했다. 뉴사이언티스트에 따르면 단 5초 동안이지만 약 1만 2000가구에 전력을 공급할 수 있는 69메가줄의 에너지를 생산했다. 미국 로렌스 리버모어 국립 연구소는 재래형 토카막 설계와는 크게 다른 레이저 기반 핵융합로인 내셔널 이그니션 퍼실리티(National Ignition Facility)에서 투입한 에너지의 두 배를 얻었다고 주장했다. 하지만 이러한 모든 연구 결과가 핵분열 원자로를 완전히 대체할 수 있는 핵융합 에너지 혁명으로 이어질지 여부는 아직 불확실하다. 위에서 언급한 것처럼 프랑스 남부 생폴레즈듀랑스 카다라쉬에 다국적 거대 핵융합 연구 시설 'ITER(국제핵융합실험로·International Thermonuclear Experimental Reactor)'가 건설되고 있다. ITER 총 사업 기간은 2007~2042년으로 건설과 운영, 방사능감쇄, 해체 등 4단계를 포함한다. 총건설비는 약 117.7억유 한국을 비롯해 중국, 인도, 일본, 유럽연합(EU·29개국) 등 35개국이 참여하는 이 프로젝트는 핵융합 에너지 상용화의 가능성을 판단하는 중요한 단계이며, 현재까지 건설된 토카막 핵융합로 중 가장 큰 규모를 자랑한다. 2007년 설립된 ITER는 2025년 완공 예정이다. 현재 우리가 사용하는 화석 연료 대신 안전하고 지속 가능한 에너지원 개발 가능성을 가진 ITER는 완공 후 핵융합 실험을 통해 핵융합 에너지의 실현 가능성을 평가할 계획이다. 프랑스의 ITER 시설이 완공되면 인공태양으로 불리는 핵융합에너지에 대한 실용성과 타당성 등에 대한 중요한 답변을 얻을 수 있을 것으로 기대된다.
- 포커스온
2024-04-04
[퓨처 Eyes(29)] 핵융합 강화 전기 추진기, 우주선 추진력 혁명 가져올까?

미국 핵융합 로켓 추진 분야의 선두주자 로켓스타(RocketStar)는 핵융합 강화 펄스 플라즈마를 활용하는 획기적인 우주선용 전기 추진 시스템 시험에 성공했다고 밝혔다. 이 역사적인 성과는 스페이스 데일리, 에어로스페이스 테스팅 인터내셔널 등 국제적인 명성을 자랑하는 다수의 외신에 의해 보도되며 전 세계의 관심을 끌었다. 로켓스타의 혁신적인 파이어스타(FireStar) 드라이브는 물을 연료로 사용하는 펄스 플라즈마 추진 장치로, 미래 우주여행의 가능성을 혁신할 잠재력을 지닌 중성자 핵융합(aneutronic nuclear fusion) 방식을 통해 성능을 향상시켰다. 핵심 기술인 파이어스타 드라이브는 물 연료 펄스 플라즈마 추진기에 중성자 핵융합을 도입하여 이온화된 수증기에서 발생하는 고속 양성자를 활용하여 기존 추진 방식을 뛰어넘는 압도적인 성능을 구현했다. 이 양성자가 붕소 핵과 상호 작용하면 핵융합을 촉발하여 알파 입자로 붕괴하는 고에너지 탄소를 생성, 획기적으로 향상된 추진력을 제공한다. 이 혁신적인 융합 기술은 미 공군과 미 우주국의 혁신 허브인 AFWERX의 SBIR 1단계 프로젝트에서 처음 확인됐다. 펄스 플라즈마 추진기의 배기 가스에 붕소수를 주입해 알파 입자와 감마선을 생성하는 과정은 로켓스타와의 공동 연구를 통해 성공적으로 수행됐다. 이후 조지아주 애틀랜타에 위치한 조지아 공과대학교의 고출력 전기 추진 연구소(HPEPL)의 SBIR 2단계 프로젝트에서는 추진 장치의 추진력을 50%까지 향상시키는 놀라운 성과를 거두었다. 2017년 설립된 AFWERX는 민간 기술,. 스타트업, 투자자, 학계의 협력을 통해 미공군과 우주국의 미래 능력을 개발하고 전환하는 역할을 한다. 로켓스타에 따르면, 파이어스타 드라이브의 기본 추진기는 수증기를 이온화하여 고속 양성자를 생성한다. 이 양성자가 붕소 원자의 핵과 충돌하면 핵융합을 거쳐 고에너지 형태의 탄소로 변하고 빠르게 세 개의 알파 입자로 붕괴된다. 이 과정은 추진력을 획기적으로 향상시키는 핵심 요소이다. 파이어스타 드라이브는 추진기 배출 가스에 붕소를 주입하여 이 융합 과정을 가능하게 한다. 이는 제트 엔진에서 애프터버너가 배출 가스에 연료를 주입해 추력을 증가시키는 방식과 유사하다. 하지만 핵융합을 통해 에너지를 얻는다는 점에서 혁신적인 기술이라고 할 수 있다. 이 융합 과정은 미 공군의 AFWERX 이니셔티브의 R&D 프로그램에서 처음 고안됐다. 펄스 플라즈마 스러스터의 배기 플룸에 붕소수를 주입해 핵융합의 명확한 증거인 알파 입자와 감마선을 생성하는 데 성공했다. 로켓스타의 시험 결과에 따르면 이 과정은 이온화 방사선을 생성하여 기본 추진 장치의 추력을 획기적으로 향상시키는 것으로 나타났다. 뉴멕시코 대학교 핵공학과 아담 헥트(Adam Hecht) 박사는 "로켓스타는 추진 시스템을 점진적으로 개선하는 데 그치지 않고 배출 가스에서 핵융합-분열 반응을 일으키는 혁신적인 개념을 적용하여 한 단계 더 도약했다"고 평가했다. 헥트 박사는 이번 시험 결과가 기술 개발의 흥미로운 시기를 맞이하고 있으며 앞으로 더욱 놀라운 혁신이 기대된다고 덧붙였다. 로켓스타의 크리스 크래독(Chris Craddock) 최고경영자(CEO)는 "우리 팀이 오랫동안 탐구해 온 아이디어에 대한 초기 시험 결과를 얻게 되어 매우 기쁘다. 플로리다에서 열린 컨퍼런스에서 냅킨에 이 아이디어를 스케치하고 마일즈 스페이스의 창립자인 웨스 팔러에게 설명했는데, 그는 기본 추진체와 핵융합 강화 기술을 모두 개발하는 데 뛰어난 역량을 보여주었다"고 말했다. 크래독 CEO는 "우리는 마일즈 스페이스를 인수했고 팔러는 이제 우리의 최고기술책임자(CTO)가 되었다. 뛰어난 성능을 자랑하는 우리의 추진기를 핵융합 강화 기술로 획기적으로 개선할 수 있게 되어 기대가 크다. 이것이 가능하다고 믿어준 AFWERX와 미국 우주군(USSF)에 감사드린다"고 덧붙였다. 파이어스타 드라이브는 올해 추가 지상 테스트를 거쳐 2025년 2월 우주 로봇 회사 로그 스페이스 시스템(Rogue Space Systems)의 배리-2(Barry-2) 우주선에 탑재되어 우주에서 시연될 예정이다. 이는 핵융합 강화 펄스 플라즈마 기술의 획기적인 성능을 검증하고 우주선 추진 시스템의 새로운 지평을 열 중요한 계기가 될 것이다. 로그 스페이스 시스템의 브렌트 애봇(Brent Abbott) 최고수익책임자(CRO)는 "로켓스타의 파이어스타 드라이브 시험 참여에 큰 기대를 하고 있다"고 밝혔다. 그는 "파이어스타의 탁월한 성능이 검증된다면 향후 로그의 다양한 임무에 이 기술을 적용할 가능성을 적극적으로 검토할 것"이라고 강조했다. 로켓스타의 파이어스타 드라이브는 우주선 추진 시스템의 새로운 지평을 열었다는 평가다. 핵융합 기술을 접목하여 추진력을 획기적으로 향상시킨 이 시스템은 미래 우주 탐사의 가능성을 크게 확장할 것으로 기대된다.
- 포커스온
2024-03-28
미국 "민간 탐사선, 달 착륙 성공"…52년만에 달 귀환

미국의 민간 기업이 개발한 달 탐사선이 달에 성공적으로 착륙했다고 해당 회사가 발표했다. 미국의 우주 기업 인튜이티브 머신스상업용 달 탑재체 서비스 프로그램을 통해 NASA와 계약을 맺고 우주선을 개발한 휴스턴에 본사를 둔 인튜이티브 머신스에 따르면 로켓은 지난 15일 시속 2만4600마일(초속 11킬로미터)의 속도로 오디세우스를 지구 궤도에 성공적으로 발사했다. 이번 오디세우스의 달 착륙은 정부 기관이 아닌 민간 업체로는 세계 최초로 달에 연착륙하는 기록을 세웠다. 이번 달 탐사선 발사는 미국의 달 착륙 임무가 지난 1월 실패한 뒤 이뤄진 후속 조치다. NASA는 민간 파트너와 협력해 로봇 우주선 개발을 추진함으로써 달의 환경을 탐사하고 중요 자원을 조사하고자 한다. 이는 향후 10년 내에 우주 비행사를 달에 다시 보내기 위한 준비 작업의 일환이다. 즉, 오디세우스의 달 여행은 오는 2026년 말 아르테미스 프로그램을 통해 달에 유인 탐사선을 보내려는 NASA의 현재 계획에 앞서 달 환경을 평가하기 위한 일종의 정찰 임무로 볼 수 있다. 달의 남극은 물 얼음이 매장된 것으로 추정되는 지역으로, 새로운 국제 우주 경쟁이 벌어지고 있는 가운데 많은 관심을 받고있는 지역이다. 달 남극의 물은 우주비행사를 위한 식수나 더 깊은 우주 탐사를 위한 로켓 연료로 전환될 수 있기 때문이다. 이번 달 착륙선 오디세우스에는 6개의 NASA 과학 및 기술 탑재물이 장착되어 있다. 여기에는 달 표면에 쏟아지는 태양풍과 기타 하전 입자에 의해 생성되는 달 플라즈마를 연구할 라디오 수신기 시스템이 포함된다. 또한 정밀 착륙을 유도하는 데 도움이 될 수 있는 새로운 센서 등이 탑재돼 향후 달 착륙 임무에 사용될 수 있는 기술을 테스트할 예정이다. 더 힐은 22일 "오디세우스는 달에 착륙한 최초의 민간 우주선이 되었다"며 우주 날씨를 조사하는 것이 이번 임무 중 하나라고 전했다. 오디세우스에는 NASA가 달 탐사 작업을 진행하면서 '과학 테스트 기술을 수행하고 능력을 입증'하는 데 도움이 되는 과학 장비가 탑재되어 있다. NASA에 따르면 달로 가는 동안 착륙선의 기기는 연료량을 측정하고 플룸-표면 상호작용에 대한 데이터를 수집하는 데 도움이 될 것이라고 한다. 달에 도착한 후에는 우주 날씨와 달 표면의 상호작용, 전파 천문학 등을 조사할 예정이라고 NASA는 밝혔다. 그러나 달로 향하는 여정에서 몇 가지 문제에 직면해 예상 착륙 시간이 지연됐다. AP 통신에 따르면 착륙 몇 시간 전에 우주선의 레이저 내비게이션 시스템이 고장났다. 따라서 인튜이티브 머신스의 비행 제어 팀은 실험적인 NASA 레이저 시스템에 의존해야 했다. 오디세우스는 향후 인류의 달 탐사를 준비하는 데 도움이 될 것으로 평가된다. NASA는 이날 "무인 달 착륙선이 동부 표준시 오후 6시 23분(UTC 2323)에 착륙하여 달 표면에 NASA 과학을 가져왔다"고 게시했다. 또한 "이 장비들은 #아르테미스(#Artemis)를 통해 향후 인류의 달 탐사를 준비할 것"이라고 전했다.
- 산업
2024-02-23
NASA 망원경, 빠른 라디오 버스트의 놀라운 비밀 포착!

우주에서 전파 폭발이 일어나고 있는 가운데 과학자들은 이 놀라운 현상의 원인을 찾고 있다. 지난 15일(현지시간) 미국 과학전문 매체 싸이테크 데일리에 따르면 최근 미 항공우주국(NASA·나사)의 두 개의 X선 망원경이 빠른 우주 전파 폭발이 발생하기 몇 분 전과 후의 관찰에 성공했다. 이번 관찰은 과학자들이 이러한 전파 폭발을 더 잘 이해하는 데 도움이 될 것으로 기대된다. 빠른 라디오 버스트(FRB)는 1초 미만의 짧은 순간에 태양 1년치 에너지를 방출하는 우주 현상이다. 눈 깜짝할 사이에 거대한 불꽃놀이가 펼쳐지는 것과 비슷하다. 레이저처럼 좁은 방향으로 에너지를 방출하는 빠른 라디오 버스트는 2007년 처음 발견되었지만, 아직 그 원인은 밝혀지지 않았다. 과학자들은 짧은 폭발 시간과 뚜렷한 방향성 때문에 빠른 라디오 버스트의 위치를 정확히 파악하기 어려워 연구에 어려움을 겪고 있다. 2020년 이전에는 먼 은하에서만 관측되었던 빠른 라디오 버스트가 최근 우리 은하계 안에서도 발견됐다. 마그네타라는 강력한 자기장을 가진 별에서 빠른 라디오 버스트가 발생하는 것으로 밝혀졌다. 빠른 라디오 버스트가 마그네타에서 발생하는 이유는 아직 밝혀지지 않았지만 과학자들은 마그네타 표면에서 발생하는 강력한 자기장 재결합, 마그네타 내부의 초유체 붕괴, 마그네타 주변의 플라즈마 와동 등의 가능성을 예상하고 있다. 마그네타는 초신성 폭발 후 남은 죽은 별의 잔해로 이들은 엄청나게 강력한 자기장을 가지고 있다. 이는 태양보다 약 10억 배 이상 강력하다. 마치 거대한 자석과 같은 이 자기장은 주변 환경에 영향을 미치고 심지어 빠른 라디오 버스트를 발생시킬 수도 있다고 과학자들은 지적했다. 2022년 10월, 과학자들은 SGR 1935+2154라는 마그네타에서 또 다른 빠른 라디오 버스트를 관찰했다. 이번 관찰은 국제 우주 정거장(ISS)에 있는 NASA의 니서(Neutron Interior Composition Explorer) 망원경과 낮은 지구 궤도에 있는 뉴스타(Nuclear Spectroscopic Telescope Array/NuSTAR) 망원경의 협력을 통해 자세히 관찰됐다. 이들 망원경은 몇 시간 동안 마그네타를 관찰하해 빠른 라디오 버스트 전후에 소스 물체의 표면과 바로 주변에서 무슨 일이 일어나는지 볼 수 있었다. 연구 결과, 폭발은 마그네타가 갑자기 더 빠르게 회전하기 시작했을 때 두 개의 '글리치(마그네타가 갑작스럽게 회전 속도를 변화시키는 현상)' 사이에서 발생했다는 것을 알게 되었다. SGR 1935+2154는 지름이 약 20km에 불과하며, 초당 3.2회라는 놀라운 속도로 회전하는 마그네타로 이는 표면이 약 11,000km/h의 속도로 움직이고 있는 것과 같다. 이는 서울에서 부산까지 1시간 만에 이동하는 것과 비슷한 속도라고 볼 수 있다. 하지만 2022년 10월 폭발 이후 SGR 1935+2154는 단 9시간 만에 이전 속도보다 느려졌고, 이는 마그네타가 이전보다 약 10배 더 빠르게 속도를 감소시키는 것과 같다. 마치 자동차가 110km/h로 달리다가 9시간 만에 1km/h까지 속도를 줄이는 것과 비슷하다. 연구원들은 이러한 현상이 빠른 라디오 버스트의 생성과 관련이 있을 수 있다고 예상했다. 빠른 라디오 버스트를 생성하는 방법은 아직 밝혀지지 않았지만 과학자들은 여러 가지 가능성을 고려하고 있다. 첫번째로 마그네타가 갑자기 회전 속도를 변화시키는 현상으로, 이 과정에서 에너지가 방출되어 빠른 라디오 버스트를 발생시킬 수 있다. 두번째로 초기 결함으로 인해 마그네타 표면에 균열이 발생하여 화산 폭발처럼 별 내부의 물질이 우주로 방출되었을 수도 있다. 질량을 잃으면 회전하는 물체의 속도가 느려지기 때문에 연구자들은 이것이 마그네타의 급격한 감속을 설명할 수 있다고 생각한다. 세번째로 마그네타의 강력한 자기장 또한 빠른 라디오 버스트의 생성에 영향을 미칠 수 있다. 자기장은 주변 환경에 영향을 미치고, 심지어 입자를 가속하여 에너지 빔을 형성할 수도 있다. 이러한 빔이 다른 물체와 충돌하면 빠른 라디오 버스트를 생성할 수 있다. 그러나 이러한 사건 중 하나만 실시간으로 관찰한 후에도 팀은 이러한 요인(또는 마그네타의 강력한 자기장과 같은 다른 요인) 중 어떤 요인이 빠른 라디오 버스트를 일으킬 수 있는지 확실히 말할 수 없다. 일부는 버스트에 전혀 연결되지 않을 수도 있다. 고다드 우주 비행 센터(Goddard Space Flight Center)의 연구원이자 마그네타 전문 중성자 내부 구성 탐사기(Neutron Interior Composition Explorer) 과학팀의 일원인 조지 유네스(George Younes)는 "빠른 라디오 버스트를 이해하는 데 중요한 것을 의심할 여지 없이 관찰했다"라고 말했다. 그러면서 그는 "하지만 미스터리를 완성하려면 아직 더 많은 데이터가 필요하다고 생각한다"라고 덧붙였다. NASA 망원경은 신비한 심우주 신호 뒤에 숨은 비밀을 밝히는 데 한 걸음 더 다가갔다. 하지만 여전히 많은 미스터리가 남아 있다. 앞으로 더 많은 연구를 통해 빠른 라디오 버스트의 정확한 원인과 메커니즘을 밝혀낼 수 있을 것으로 기대된다.
- 산업
2024-02-17
미국 민간 달 탐사선 오디세우스 발사…약 50년 만의 도전

미국 민간 우주업체 인튜이티브 머신스(Intuitive Machines)가 개발한 달 착륙선이 15일(현지시간) 발사됐다. 미국 CNN은 '오디'라는 이름의 IM-1 달 탐사선이 50년 만에 달 착륙을 목표로 한 역사적인 여정을 시작했다고 이날 보도했다. 이 매체에 따르면 오디세우스(Odysseus, Odie) 달 착륙선은 플로리다의 미 항공우주국(NASA·나사) 케네디 우주 센터에서 스페이스X의 팰컨 9 로켓에 실려 15일(동부 표준시) 오전 1시 5분에 성공적으로 발사됐다. 이 탐사선의 착륙이 성공하면 세계 최초의 민간 달 탐사선이자 1972년 12월 아폴로 17호 임무 이후 약 51년 만에 달에 착륙하는 미국 우주선이 된다. 오디세우스는 당초 14일 발사될 예정이었으나 우주선에 동력을 제공하는 추진제의 메탄 온도 문제로 인해 24시간 연기됐다. 이번 발사는 미국의 달 착륙 임무가 지난 1월 실패한 뒤 이뤄진 후속 조치로, NASA는 민간 파트너와 협력해 로봇 우주선 개발을 추진함으로써 달의 환경을 탐사하고 중요 자원을 조사하고자 한다. 이는 향후 10년 내에 우주 비행사를 달에 다시 보내기 위한 준비 작업의 일환이다. 오디세우스는 오는 22일 달 남극 근처 분화구에 착륙할 예정이다. 약 50년 만의 달 여행 상업용 달 탑재체 서비스 프로그램을 통해 NASA와 계약을 맺고 우주선을 개발한 휴스턴에 본사를 둔 인튜이티브 머신스에 따르면 로켓은 시속 2만4600마일(초속 11킬로미터)의 속도로 오디를 지구 궤도로 쏘아 올렸다. 연료를 모두 태운 로켓은 오디에서 분리되어 달 착륙선이 홀로 우주를 비행하게 된다. 그 후 로봇 탐사선은 탑재된 별 지도를 참조하여 우주에서 방향을 잡고 태양 광선을 향해 태양 전지판을 가리키며 배터리를 충전했다. 오디는 현재 지구에서 38만 킬로미터(23만6100마일) 떨어진 타원형 궤도를 돌고 있다. 그리고 우주 비행 약 18시간 후, 처음으로 모터를 점화하여 달 표면을 향해 빠른 속도로 여행을 계속할 예정이다. 지구에서 약 25만 마일(40만 킬로미터) 떨어진 궤도를 도는 달은 우주선이 접근함에 따라 오디에를 완만한 중력으로 잡아당겨 달 표면을 향해 끌어당길 것으로 예상된다. 오디가 실패하면 달 착륙에 실패한 수많은 미션 목록에 이름을 더하게 된다. 지난 1월 50년 만에 발사된 미국 최초의 달 착륙선인 아스트로보틱 테크놀로지의 페레그린은 심각한 연료 누출로 인해 발사에 차질을 빚었다. 이는 2023년에 러시아와 일본에 본사를 둔 회사에서 두 차례에 걸쳐 달 탐사에 실패한 임무 이후에 발생한 것이다. 중국, 인도, 일본은 지금까지 21세기에 달에 연착륙한 유일한 국가다. 오디의 달 미션 오디의 달 여행은 2026년 말 아르테미스 프로그램을 통해 달에 유인 탐사선을 보내려는 NASA의 현재 계획에 앞서 달 환경을 평가하기 위한 일종의 정찰 임무로 볼 수 있다. 달의 남극은 물 얼음이 매장된 것으로 추정되는 지역으로, 새로운 국제 우주 경쟁이 벌어지고 있는 가운데 많은 관심을 받고 있는 지역이다. 달 남극의 물은 우주비행사를 위한 식수나 더 깊은 우주 탐사를 위한 로켓 연료로 전환될 수 있다. 이번 달 착륙선에는 6개의 NASA 과학 및 기술 탑재물이 장착되어 있다. 여기에는 달 표면에 쏟아지는 태양풍과 기타 하전 입자에 의해 생성되는 달 플라즈마를 연구할 라디오 수신기 시스템이 포함된다. 또한 정밀 착륙을 유도하는 데 도움이 될 수 있는 새로운 센서 등이 탑재돼 향후 달 착륙 임무에 사용될 수 있는 기술을 테스트할 예정이다. 버지니아주 햄프턴에 있는 NASA 랭글리 연구 센터의 라이더 탑재체 수석 연구원인 파진 암자제르디안은 이 센서가 "레이저 빔을 지상에 발사해 우주선 속도, 즉 속도와 비행 방향을 측정한다"고 설명했다. 또한 민간 부문의 기술 및 기념 페이로드도 탑재되어 있다. 예를 들어 컬럼비아 스포츠웨어는 달의 극한 기온으로부터 오디를 보호할 수 있는 특수 단열재를 개발했다. 게다가 아티스트 제프 쿤스와 함께 디자인한 달의 위상을 나타내는 작은 조형물도 탑재될 예정이다. 또한 오디에는 플로리다 데이토나 비치에 있는 엠브리-리들 항공대학 학생들이 개발한 이글캠이라는 카메라 시스템이 탑재되어 있다. 이 장치는 달 착륙선이 달 표면에 접근하면 튀어나와 차량의 하강 장면을 촬영하도록 설정되어 있다. 카메라를 개발한 알테무스는 "착륙 장면을 조감도로 촬영하여 대중과 공유할 수 있기를 바란다"고 말했다. 오디세우스는 착륙 지점에 어둠이 내리면서 우주선의 태양 전지판이 태양으로부터 차단되어 영하의 기온으로 떨어지기 전까지 7일 동안 달 표면에서 작동할 것으로 예상된다.
- IT/바이오
2024-02-15
오로라, 미국서도 관측 가능⋯태양 활동 증가 영향

최근 태양 활동 증가로 태양 복사 현상, 플레어 발생, 코로나 질량 방출(CME) 현상이 잇따라 발생하며 이번 주 미국 일부 지역에서 북극광(오로라)을 볼 수 있을 가능성이 높아졌다고 미국 매체 더 힐이 12일(현지시간) 보도했다. 전문 용어처럼 들릴 수 있지만, 이는 태양이 11년 주기로 자기극이 반전하는 태양주기 25호의 일환으로 정상적인 현상이다. 더 힐에 따르면 태양은 플레어와 CME과 같은 우주 날씨 현상을 유발하며, CME는 플라즈마와 자기 물질 폭발로 최소 15~18시간 만에 지구에 도달할 수 있다. 미국 해양대기청(NOAA) 우주 날씨 예측센터(SWPC)는 지난 달 현재 태양주기가 최고조에 접근하고 있다고 보고했다. 폭스 뉴스에 의하면, 코로나 질량 방출(CME)이 지구 대기에 도달하기까지는 1일에서 3일이 소요된다. 최근 일주일 동안 나사의 태양 역학 관측소에서는 태양에서 발생한 19개의 CME가 스트리밍되는 모습을 관측했다고 한다. 폭스 뉴스는 지자기 폭풍으로 뉴욕에서 아이다호까지 생생한 오로라 관찰이 가능하다고 전했다. 이와 관련, 지난 주 SWPC는 태양에서 여러 플레어를 감지했지만 이는 주로 고주파 라디오 신호 사용자에게 영향을 미칠 뿐 일반 대중에게는 큰 영향을 미치지 않는다고 밝혔다. 지난 9일 SWPC는 저강도 태양 복사 폭풍 발생을 보고했다. 이는 고주파 라디오 사용자에게만 미미한 영향을 미치고 '우주 발사에 약간의 위험'만 있는 정도이다. 같은 날 SWPC는 극지 흡수(PCA) 현상이 진행 중이라고 보고했다. 이 역시 극지 지역에서 고주파 통신 사용자에게만 영향을 미칠 가능성이 있다. 그러나 지난 11일 SWPC는 여러 CME가 지구에 도달해 지자기 활동이 증가할 가능성이 있다면서 14일까지 지자기 폭풍 주시령을 발표했다. 미 항공우주국(NASA·나사)에 따르면 CME는 지구 자기장에 전류를 생성해 입자들을 북극과 남극으로 보낼 수 있다. 이러한 입자가 산소 및 질소와 상호 작용할 때 북극광을 만들 수 있다. SWPC 프로그램 코디네이터 겸 우주 날씨 예보 기상 학자 빌 머태그는 이전에 넥스트스타(Nextstar)에 "기본적으로 태양이 자석을 우주 공간으로 발사하는 것과 같다"고 말했다. 머태그는 "이 자석은 지구 자기장에 영향을 미치고 우리에게 큰 상호 작용을 가져온다"고 설명했다. 이로한 상호 작용을 지자기 폭풍이라고 한다. 폭풍의 강도는 북극광이 얼마나 남쪽으로 관측될 수 있는지를 결정한다. SWPC는 지자기 폭풍의 강도를 나타내기 위해 G1~G5까지 5점 척도를 사용한다. 가장 낮은 것은 G1이며, 이는 메인 주와 미시간 주 상부 반도에서 오로라가 보이는 경미한 폭풍으로 설명된다. G5 폭풍은 극심한 것으로 북극광을 남미 지역까지 보낼 수 있다. SWPC는 14일까지 CME는 G1~G2 수준의 지자기 폭풍 조건을 일으킬 가능성이 있다고 밝혔다. 이는 드문 일이 아니며, 지난 달 태양 물질 분출이 감지된 후 G2 중간 지자기 폭풍이 지구에 영향을 미쳤다. 이러한 폭풍과 관련하여 일반 대중에게는 특별한 우려 사항이 없지만 미국 북부 지역에 사는 사람들은 북극광을 볼 수 있는 기회가 있다. 현재 SWPC의 예보를 바탕으로 북극광을 볼 수 있는 최적의 시기는 12일 밤이었다. 위의 왼쪽 지도는 12일 예보를 보여준다. 빨간색 영역은 오로라를 볼 가능성이 가장 높은 지역이고 녹색 영역은 가능성이 가장 낮은 지역이다. 지도상 빨간색 선까지 남쪽 지역에 거주하는 사람들은 북쪽 지평선을 향해 볼 경우 여전히 북극광을 볼 가능성이 있다. 알래스카와 캐나다의 여려 지역은 북극과 가깝기 때문에 12일과 13일 오로라를 볼 가능성이 가장 높다. 워싱턴, 아이다호, 몬태나, 와이오밍, 노스다코타, 사우스다코타, 미네소타, 북부 아이오와, 위스콘신, 미시간, 뉴욕, 버몬트, 뉴햄프셔, 메인 주 등 14개 지역이 오로라 관측 가능 지역에 포함된다. 그러나 그 이후 나온 아래의 13일 SWPC의 예보에는 빨간색 영역이 사라져 오로라를 볼 가능성이 거의 없어졌음을 나타냈다. 폭스뉴스는 구름의 영향으로 13일 오로라 관측 가능성이 낮아졌다고 전했다.
- 생활경제
2024-02-13
과학이 풀어야 할 가장 큰 미스터리 5가지

과학은 세상에 대한 우리의 이해를 크게 발전시켰지만, 여전히 많은 미스터리가 남아 있다. 특히 우주의 기원이나 지구의 생명의 기원등은 가설은 많지만 아직까지 명확한 답이 나오지 않고 있다. 스페인 매체 마스 인포르마시온(Mas informacion)은 과학자들이 여전히 답을 찾지 못하고 있는 다섯 가지 핵심 질문을 소개했다. 1. 우주의 구성 요소는 무엇인가? 우주의 신비는 우리가 기존에 인지하고 있던 것보다 훨씬 더 깊고 복잡하다. 우리가 알고 있는 우주를 구성하는 물질은 전체의 약 5%에 불과하며, 나머지 약 95%는 미지의 영역인 암흑물질과 암흑에너지로 채워져 있다. 암흑물질은 우주 전체의 약 27%를 차지할 것으로 추정되는, 관측되지 않는 물질이다. 이 물질은 중력의 영향을 미치며, 우주의 팽창을 억제하는 중요한 역할을 한다. 암흑에너지는 우주의 약 68%를 구성하는 것으로 추정되며, 관찰할 수 없는 에너지 형태이다. 암흑에너지는 우주의 팽창을 가속화하는 데 결정적인 역할을 하는 것으로 여겨진다. 우주의 심오한 미스터리를 풀기 위해, 암흑물질과 암흑에너지의 본질을 밝히는 것은 중대한 과학적 과제로 남아 있으나, 현재까지 이들의 정체에 대한 명확한 답은 아직 발견되지 않았다. 암흑물질의 잠재적 후보로는 중성미자, 윔프(WIMP), 액시온(axion) 등이 거론되고 있다. 중성미자는 전하를 갖지 않아 빛을 발하지 않으며 질량이 있어 관측이 어렵다. 윔프는 그 무거운 질량과 강력한 중력으로 인해 우주의 구조 형성에 기여할 것으로 추정된다. 액시온은 중력과 전자기력 사이의 힘을 가짐으로써 우주의 팽창에 영향을 미칠 수 있다고 여겨진다. 암흑에너지의 가능한 후보로는 진공 에너지, 쿼크-글루온 플라즈마, 반물질 등이 제시되고 있다. 진공 에너지는 우주 공간 자체에 내재된 기본적인 힘의 에너지 형태로, 쿼크-글루온 플라즈마는 초기 우주의 고온 상태에서 존재했던 물질이다. 반물질은 물질과 상호작용하여 완전히 소멸되는 특성을 지니며, 이 과정은 우주 팽창에 중요한 역할을 할 수 있다. 과학자들은 이러한 후보들을 관측하고 실험을 통해 그 본질을 밝히려는 지속적인 노력을 기울이고 있으나, 아직까지는 이들의 정확한 성질과 역할에 대한 확실한 결론을 내리지 못하고 있다. 2. 생명은 어떻게 생겨났나? 생명의 기원은 과학계가 오랜 시간 동안 탐구해온 가장 심오한 미스터리 중 하나다. 지구상의 생명체가 어떻게 탄생했는지에 대해서는 아직도 명확한 해답이 제시되지 않았다. 과학자들은 다양한 이론을 제시하고 있으나, 아직까지 어느 하나의 가설도 정설로 자리 잡지 못하고 있다. 가장 널리 인정받는 가설 중 하나는 '원시 수프(Primordial soup)' 이론이다. 이 이론은 초기 지구의 바다가 생명체 형성에 필수적인 단순 화학 물질로 가득 차 있었고, 대기 중의 가스와 번개 에너지의 결합으로 아미노산과 같은 단백질 구성 요소가 형성될 수 있었다고 주장한다. 1920년대에 알렉산더 오파린과 J.B.S. 할데인이 제안한 이 가설은 이후 실험을 통해 그 타당성이 일부 입증됐다. 대표적인 예로, 1953년 스탠리 밀러와 하럴드 우레이는 초기 지구의 환경을 모사한 실험을 통해 아미노산의 합성에 성공했다. 하지만 원시 수프 가설에는 여전히 미해결의 문제가 존재한다. 아미노산이 우연히 결합하여 복잡한 생명체로 발전할 수 있는지에 대한 의문, 그리고 원시 수프에서 생명체가 어떻게 진화했는지에 대한 설명이 미흡하다는 지적이 있다. 또한, 지구 생명체의 기원에 대한 다른 이론도 존재한다. 일부 과학자들은 우주에서 온 운석이나 혜성에 생명의 씨앗이 실려 지구에 도착했을 가능성을 제시하는 '판스페르미아(Panspermia)' 이론을 주장한다. 이처럼 생명의 기원에 대한 탐구는 여전히 과학계의 중요한 도전 과제로 남아 있다. 3. 무엇이 우리를 인간으로 만드는가? '무엇이 우리를 인간으로 정의하는가?'는 과학과 철학의 경계를 넘나드는 깊이 있는 질문이다. 인간은 다른 동물들과 구별되는 특유의 특성들을 가지고 있지만, 이러한 특성들이 무엇인지에 대한 명확한 합의는 아직 이루어지지 않았다. 언어 사용, 도구 활용, 추상적 사고, 자기 인식 능력 등은 전통적으로 인간만의 고유한 특성으로 여겨져 왔다. 하지만, 최근의 과학 연구는 다른 동물들 또한 이러한 특성들을 어느 정도 보유하고 있음을 증명하고 있다. 예를 들어, 코끼리는 복잡한 의사소통을 위해 고유의 언어 체계를 사용하며, 침팬지는 도구를 사용해 먹이를 얻거나 사냥하는 능력을 지니고 있다. 돌고래는 추상적인 사고를 할 수 있으며, 침팬지는 거울을 통해 자신을 인식하는 자기 인식 능력을 갖추고 있다고 알려져 있다. 이러한 발견들은 인간과 다른 동물들 사이의 경계가 생각보다 모호하다는 것을 시사하며, 인간을 정의하는 것이 단순한 문제가 아님을 보여준다. 인간의 독특한 특성들에 대한 이해는 계속해서 진화하고 있으며, 이는 우리가 인간성에 대해 더 깊이 고민하고 탐구해야 함을 의미한다. 한편으로는, 인간을 특별하게 만드는 요소가 단일 특성이 아니라, 여러 특성들의 복합적인 상호작용이라는 주장이 제기되고 있다. 이에 따르면, 인간은 언어를 통한 복잡한 의사소통 능력, 도구를 활용한 환경 변형 능력, 그리고 추상적 사고를 통해 새로운 것을 창조하는 능력을 결합하여 독특한 문화와 사회 구조를 형성하였다는 것이다. 이러한 능력들의 결합은 인간만의 특별한 문화적, 사회적 발전을 가능하게 했다. 인간의 언어 사용 능력은 복잡한 의사소통과 지식 전달을 가능하게 했으며, 도구 사용 능력은 환경을 변화시키고 적응하는 방법을 혁신적으로 발전시켰다. 또한, 추상적 사고는 예술, 과학, 철학 등 인간만의 다양한 창조적 영역을 탄생시켰다. 그럼에도 불구하고, 인간을 인간답게 만드는 근본적인 요소가 무엇인지에 대한 질문은 여전히 해결되지 않은 미스터리로 남아 있다. 4. 의식이란 무엇인가? 의식은 인간 존재의 가장 심오하고 미스테리한 특성 중 하나로 여겨진다. 우리는 아직 의식이 구체적으로 무엇이며, 그것이 어떻게 기능하는지 완전히 이해하지 못하고 있다. 의식은 뇌의 복잡한 기능과 밀접하게 연관되어 있을 것으로 추측되지만, 뇌의 어떤 부분이 의식을 조절하는지, 그리고 의식이 어떻게 형성되고 발현되는지에 대한 구체적인 메커니즘은 아직 명확하게 밝혀지지 않았다. 의식은 우리가 세계를 인식하고 경험하는 방식의 핵심을 이루며, 이에 대한 깊은 이해는 인간 본성과 지적, 정서적, 영적 측면에 대한 우리의 이해를 크게 향상시킬 것으로 기대된다. 의식에 대한 연구는 인간 뇌의 복잡성과 그 신비를 탐구하는 과정에서 핵심적인 역할을 하며, 이는 인지 과학, 신경학, 철학, 심리학 등 여러 학문 분야에 걸쳐 진행되고 있다. 5. 우리는 왜 꿈을 꾸는가? 인간이 꿈을 꾸는 이유는 심리학과 신경과학의 오랜 미스터리 중 하나이며, 이에 대한 확실한 답변은 아직 없다. 꿈에는 여러 가설이 존재하고 있다. 예를 들어, 무의식의 표현에 관한 가설은 꿈이 우리의 억압된 감정과 생각을 드러내는 역할을 한다고 주장한다. 기억 정리와 학습 지원에 관한 가설은 꿈이 기억을 재구성하고 새로운 정보를 처리하는 데 중요한 역할을 한다고 설명한다. 스트레스 해소 기능에 관한 가설은 꿈이 심리적 압박을 완화하고 정서적 균형을 찾는 데 도움을 준다고 주장한다. 그러나 이러한 가설들 중 어느 것도 아직 확실하게 입증되지 않았다. 꿈은 인간의 정신적, 감정적 삶에 중요한 영향을 미친다. 꿈은 우리의 무의식을 반영하고, 내면을 이해하는 데 도움을 줄 뿐만 아니라, 창의적 사고와 문제 해결 능력에도 기여할 수 있다. 그러나 꿈의 본질과 목적에 대한 신비는 여전히 베일에 싸여 있다. 이와 같은 질문들에 대한 답은 과학이 발전함에 따라 점차 밝혀질 것으로 기대되지만, 그 과정은 간단하지 않을 것이다. 과학자들은 새로운 기술과 방법론을 개발하고, 기존 가설들을 실험적으로 검증함으로써 꿈의 신비를 풀기 위해 지속적으로 노력하고 있다.
- 생활경제
2024-01-22
[퓨처 Eyes(15)] 20m 미만 소형 입자 가속기, 의료·반도체 혁신 예고

미국 텍사스대학교(UT) 오스틴 캠퍼스 연구원들이 전자 에너지가 높고 공간도 적게 차지하는 소형 입자 가속기를 개발했다. '입자 가속기'는 우주를 구성하는 기본 입자들의 속성과 상호작용을 연구하는 데 필수적인 장치다. 현대 물리학의 중심에 서 있는 이 기술은 반도체 응용 분야, 의료 영상 및 치료, 재료, 에너지 및 의학 연구에 큰 잠재력을 가지고 있다는 평가다. 특히 기존 가속기는 수 킬로미터에 달하는 넓은 공간을 차지해 가격이 비싸고 소수의 국립연구소와 대학에서만 사용할 수 있었다. 미국 과학 기술 매체 사이테크데일리에 따르면, UT 연구팀이 개발한 소형 입자 가속기는 길이 20m 미만으로, 기존 가속기보다 훨씬 콤팩트하다. 또한, 100억 전자볼트(10 GeV)의 에너지를 가진 전자빔을 생성할 수 있어, 기존 가속기와 동일한 수준의 성능을 갖는다. 현재 미국 내에서 이와 같은 높은 전자 에너지 수준에 도달할 수 있는 가속기는 단 두 대에 불과하며, 둘 다 길이가 약 3km에 달한다. 이 연구의 공동 저자인 비요른 마누엘 헤겔리히(Bjorn "Manuel" Hegelich) UT 물리학 부교수는 "우리는 이제 이러한 에너지 수준에 매우 가까운 거리, 약 10cm 내에서 전자 빔에 도달할 수 있다"고 말했다. 이번 연구는 입자 가속기 기술의 발전에 중요한 진전을 의미하며, 향후 다양한 과학적, 의료적 응용에 사용될 수 있다. 헤겔리히 교수는 저널 '극한에서의 물질과 방사선(Matter and Radiation at Extremes)'에서 "우리의 가속기는 우주 장치의 방사선 내성 테스트, 새로운 반도체 칩의 3D 내부 구조 이미지화, 심지어 혁신적인 암 치료법과 고급 의료 영상 기술 개발에 활용될 수 있다"고 말했다. 또한, 이 가속기는 X선 자유 전자 레이저 구동에도 사용될 수 있다. 이 레이저는 원자나 분자 수준에서 일어나는 프로세스를 슬로우 모션으로 촬영하는 데 이용 가능하다. 가속기 기술의 혁신 '소형 입자 가속기' 입자 가속기는 원자와 같은 작은 입자들을 매우 높은 속도로 가속시켜, 이들을 서로 충돌시키거나 특정 표적에 충돌시킴으로써 그 속성을 탐구한다. 이러한 과정을 통해 과학자들은 입자들과 이를 구성하는 힘에 대해 깊이 있게 연구할 수 있다. 입자 가속기는 주로 하전 입자의 속도를 증가시키는 데 사용된다. 양성자, 원자핵, 전자와 같은 양전하나 음전하를 지닌 입자들이 이에 해당한다. 이 입자들은 때때로 빛의 속도에 근접한 속도로 가속된다. 입자가 표적 물질이나 다른 입자와 충돌할 때, 다양한 현상이 발생한다. 충돌로 인해 에너지가 방출되고, 핵 반응이 일어나며, 입자가 산란되고 새로운 입자가 생성된다. 예를 들어, 중성자와 같은 다른 입자들이 이러한 충돌에서 생겨날 수 있다. 이 과정을 통해 과학자들은 원자, 원자핵, 핵자를 결합하는 힘과 '하이그스 보손(Higgs boson)'과 같은 특별한 입자들의 성질을 연구할 수 있다. 하이그스 보손, 우주 기본 입자의 질량 부여하는 '신의 입자' '하이그스 보손'은 기본 입자 물리학의 중요한 개념 중 하나로, 입자들이 질량을 갖게 되는 메커니즘을 설명하는 데 핵심적인 역할을 한다. 이 입자는 1964년 물리학자 피터 하이그스와 다른 몇몇 이론 물리학자들에 의해 처음으로 제안됐다. 2012년 유럽입자물리연구소(CERN)의 대형 강입자 충돌기(LHC)에서 처음 발견됐다. 하이그스 보손은 매우 무거운 입자로, 질량은 약 125GeV이다. 이는 약 125억 전자볼트와 같다. 하이그스 보손은 또한 매우 불안정한 입자로, 평균 수명은 약 1.56x10¯²²초로 추정된다. 이는 하이그스 보손이 생성된 직후 거의 즉시 다른 입자들로 붕괴한다는 것을 의미한다. 하이그스 보손의 발견은 물리학 연구에 새로운 동력을 불어넣었다. 이로 인해 피터 하이그스와 프랑수아 앵글레르는 2013년 노벨 물리학상을 수상했다. 이 발견은 우주의 근본적인 성질에 대한 이해를 크게 향상시켰으며, 여전히 많은 연구가 진행 중이다. 입자 가속기 활용 분야 입자 가속기는 우주의 기원과 구조, 물질의 기본 구성 요소, 자연법칙 등을 연구하는 데 사용된다. 입자 가속기를 이용하여 새로운 입자를 발견하거나, 기존 입자의 성질을 연구할 수 있다. 또한 입자 가속기는 생물학, 의학, 재료과학, 나노기술 등 다양한 분야의 응용과학 연구에 활용된다. 입자 가속기를 이용하여 새로운 약물이나 치료법을 개발하거나, 새로운 재료나 소재를 개발할 수 있다. 예를 들어, 암 치료를 위한 정밀 방사선 요법이나 새로운 재료의 연구에 활용될 수 있다. 종양을 제거하거나 염증을 치료하는 방사선 치료를 수행할 수 있다. 입자 가속기를 사용하여 의료용 동위원소를 생산할 수도 있다. 의료용 동위원소는 암 진단, 치료, 방사선 치료 등 다양한 의학 분야에서 사용된다. 입자 가속기는 반도체 제조, 금속 재료 연구, 환경 오염 측정 등 산업 분야에도 다양한 용도로 활용되고 있다. 입자 가속기를 이용하여 반도체의 미세 회로를 제조할 수 있다. 또 식품이나 의약품을 살균하거나, 디스플레이 등을 제조할 수 있다. 아울러 새로운 물리학 이론을 탐구할 수 있다. 표준 모델 이외의 이론, 예를 들어 초대칭성, 여분의 차원, 양자 중력 이론 등을 실험적으로 탐구하는 것이 다음 세대 가속기의 중요한 목표 중 하나가 될 것이다. 또한 대규모 입자 가속기 프로젝트는 국제적 협력을 필요로 한다. 이러한 협력은 물리학뿐만 아니라 정치적, 경제적, 교육적 측면에서도 광범위한 영향을 미칠 것으로 보인다. 웨이크필드 레이저 가속기 웨이크필드 레이저 가속기는 1979년에 처음으로 개념이 제시된 이후 괄목할 만한 발전을 거듭해왔다. 이 기술은 강력한 레이저를 헬륨 가스에 충돌시켜 플라즈마 상태로 가열하고, 이 과정에서 고에너지 전자 빔이 가스의 전자를 밀어내며 파동을 생성한다. 지난 수십 년간 여러 연구 그룹이 이 기술을 발전시켜 더욱 강력한 버전을 개발했다. 헤겔리히 교수와 그의 연구팀은 나노기술을 이용해 주요 발전을 이루었다. 부가적인 레이저가 가스 셀 내의 금속판과 충돌하면, 금속 나노입자들이 흘러나와 파동에서 전자로 에너지 전달을 증가시키는 역할을 한다. 이 과정은 보트가 호수를 가로질러 나아가며 남기는 항적과 유사하며, 전자는 서퍼가 파도를 타는 것처럼 이 플라즈마 파동을 타고 이동한다. 이러한 혁신적인 접근 방식은 웨이크필드 레이저 가속기 기술의 효율성과 성능을 높이는 데 크게 기여하고 있다. 앞으로도 이 분야의 연구와 개발에 중요한 역할을 할 것으로 예상된다. 헤겔리히 교수는 웨이크필드 가속기의 원리를 비유를 통해 설명했다. 그는 "웨이크 서핑을 하려면 큰 파도에 들어가기 어렵기 때문에 서퍼들은 제트 스키에 끌려들어간다"고 비유했다. 이어서 "우리 가속기에서는 제트 스키와 유사한 역할을 하는 것이 적절한 시간과 위치에서 전자를 방출하는 나노입자이다. 이를 통해 파도 위에 더 많은 전자를 끌어들여 가속하는 것이 우리의 '비밀 소스'"라고 부연했다. 이 실험을 위해 연구팀은 세계에서 가장 강력한 펄스 레이저 중 하나인 '텍사스 페타와트 레이저(Texas Petawatt Laser)'를 사용했다. 이 레이저는 UT에 설치되어 있으며, 매시간 한 번씩 초강력 빛 펄스를 발사한다. 단일 페타와트 레이저 펄스의 전력은 미국 전력의 약 1000배에 달하지만, 지속 시간은 150펨토초에 불과하다. 이는 번개 방전의 10억분의 1도 안 되는 짧은 시간이다. 웨이크필드 레이저 가속기는 강력한 레이저를 헬륨 가스에 충돌시켜 플라즈마 상태로 가열하고, 이 과정에서 고에너지 전자 빔이 가스의 전자를 밀어내며 파동을 생성한다. 전자는 이 플라즈마 파동을 타고 이동하면서 에너지를 얻게 된다. 헤겔리히 교수와 그의 연구팀은 나노기술을 이용해 주요 발전을 이루었다. 부가적인 레이저가 가스 셀 내의 금속판과 충돌하면, 금속 나노입자들이 흘러나와 파동에서 전자로 에너지 전달을 증가시키는 역할을 한다. 소형 입자 가속기 연구의 의미와 전망 UT 연구팀의 이번 연구는 소형 입자 가속기 기술의 발전에 중요한 진전을 이루었다는 점에서 의미가 있다. 소형 입자 가속기는 기존 가속기의 단점인 비용과 공간 제약을 극복할 수 있어 다양한 분야에서 활용될 가능성이 높다. 연구팀은 향후 현재 개발중인 소형 입자 가속기를 테이블 위에 올려 놓고 초당 수천 번 반복적으로 발사할 수 있는 레이저로 시스템을 구동하여 기존 가속기보다 훨씬 더 콤팩트하고 훨씬 더 넓은 환경에서 사용할 수 있는 가속기를 만드는 것을 목표로 하고 있다. 한편 현재 세계 각국은 입자 가속기의 성능을 향상시키기 위한 연구에 박차를 가하고 있다. 유럽입자물리연구소(CERN)는 현재 운영 중인 대형 강입자 충돌기(LHC)의 성능을 개선하기 위한 작업을 진행하고 있다. 또한, 미국, 중국, 일본 등에서도 새로운 입자 가속기의 건설을 추진하고 있다. 이러한 노력을 통해 입자 가속기는 우주와 물질의 기본 법칙을 이해하고 새로운 기술을 개발하는 데 더욱 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
- 포커스온
2023-12-14
일본, 세계 최대 핵융합로 'JT-60SA' 첫 플라즈마 발생 성공

일본이 최근 핵융합 연구의 새로운 이정표를 세웠다. 초전도 자석을 활용해 도넛 모양의 챔버 내에 고온의 플라즈마를 안정적으로 유지하는 새로운 핵융합로 'JT-60SA'가 성공적으로 가동 됐다. 일본의 새 핵융합로 'JT-60SA'는 세계 최대 규모의 융합로로, 프랑스에서 진행중인 국제핵융합실험로(ITER) 프로젝트의 연구를 지원하는 것을 목적으로 한다. 에너지 전문매체 인터레스팅 엔지니어링에 따르면 15년이 넘는 건설 기간과 테스트를 거친 JT-60SA가 지난 2023년 10월 26일, 첫 플라즈마 발생에 성공했다. 플라즈마는 기체가 초고온 상태로 가열되어 전자와 양전하를 가진 이온으로 분리된 상태를 말한다. JT-60SA는 일본의 국립 양자과학기술연구소(QST)가 개발한 핵융합로로, 섭씨 2억도까지 가열된 플라즈마를 약 100초 동안 유지할 수 있었다. 이는 이전의 핵융합로에 비해 상당한 개선으로, 핵융합 반응을 일으키기 위한 충분한 온도와 지속 시간을 달성할 수 있는 가능성을 보여준다. 에너지 핵융합 프로젝트 매니저 샘 데이비스는 "이 기계가 기본적인 기능을 성공적으로 수행했다는 것을 전 세계에 증명한 것"이라고 평가했다. 이 프로젝트는 유럽연합(EU) 기관과 일본 국립 양자과학기술연구소(QST) 간의 협력을 바탕으로 진행되었으며, JT-60SA 및 관련 프로그램을 통해 양 기관은 지속적인 연구 협력을 이어갈 예정이다. 핵융합 작동 방식 핵융합은 태양이 에너지를 만드는 원리와 유사한 방식으로 에너지를 생성한다. 이 과정에서 두 개의 수소 원자핵이 융합해 헬륨 원자핵을 형성하며, 이때 질량의 일부가 에너지로 전환된다. 이 방법은 화석 연료와 같은 전통적인 에너지원에 비해 훨씬 더 청정하고 지속 가능한 대안으로 여겨진다. 핵융합 반응에서는 두 원자핵이 결합하여 더 큰 원자핵을 만들며, 이 과정에서 발생하는 질량 손실이 상당한 에너지를 방출한다. 태양의 중심에서는 핵융합을 통해 수소 원자핵이 헬륨 원자핵으로 변환되며, 이때 방출되는 에너지가 태양의 빛과 열의 원천이 된다. 지구에서도 핵융합을 통해 에너지를 생산할 수 있다. 핵융합로에서는 수소와 중수소를 주입해 융합 반응을 일으키고, 이 과정에서 방출되는 에너지를 전기로 변환해 사용한다. 이를 통해 얻어진 에너지는 청정하고 지속 가능한 에너지원으로, 환경에 미치는 영향이 적은 특징을 가지고 있다. 희귀 동위원소 중수소 사용 연기 JT-60SA는 토카막(Tokamak)이라는 형태의 핵융합로다. 토카막은 핵융합 연구에서 일반적으로 사용되는 디자인으로 도넛 모양의 초전도 자석을 사용하여 플라즈마를 가두는 방식이다. JT-60SA의 첫 번째 플라즈마 실험에서는 희귀 동위원소인 중수소 대신 수소를 사용했다. 중수소는 핵융합 반응을 일으키는 데 더 효율적이지만, 희귀하고 비용이 많이 들기 때문에 충분한 양을 확보하기가 어렵다. QST는 2024년 말부터 중수소를 사용한 플라즈마 실험을 시작할 계획이다. 중수소 사용 실험을 통해 핵융합 반응의 효율성을 높이고, 핵융합로의 안정성을 평가할 예정이다. 중수소 사용의 기대 효과 중수소 사용 실험에서 예상되는 주요 효과는 다음과 같다. 첫째, 중수소는 일반 수소에 비해 핵융합 반응을 더 효율적으로 일으키기 때문에, 중수소를 사용할 경우 핵융합로에서 생성되는 에너지의 양이 증가할 수 있다. 이는 핵융합 반응의 전반적인 효율성을 향상시킬 것이다. 둘째, 중수소는 안정적인 핵 구조를 가지고 있어 핵융합로의 안정성 평가에 기여할 수 있다. 셋째, 중수소를 사용하면 일반 수소에 비해 적은 양으로도 핵융합 반응을 유도할 수 있으므로, 핵융합로의 크기와 운영 비용을 줄일 수 있다. /이러한 특성 덕분에 중수소 사용은 핵융합 기술 발전에 있어 중요한 역할을 할 것으로 기대된다./킬 일본 QST의 향후 계획 QST는 2024년 말부터 중수소를 사용한 플라즈마 실험을 시작할 계획으로 중수소 사용 실험을 통해 핵융합 반응의 효율성을 높이고, 핵융합로의 안정성을 평가할 예정이다. 일본의 국립 양자과학기술연구소(QST)는 2024년 말부터 중수소를 활용한 플라즈마 실험을 시작할 계획이다. 이 실험을 통해 QST는 핵융합 반응의 효율성을 향상시키고 핵융합로의 안정성을 평가하려고 한다. 더 나아가, QST는 중수소 사용 실험을 통해 2030년까지 핵융합로에서 전력 생산에 필요한 핵심 기술을 개발하는 것을 목표로 하고 있다. 이러한 연구와 개발 작업은 핵융합 에너지의 상용화를 향한 중요한 단계로, 장기적으로는 지속 가능하고 청정한 에너지원의 확보에 기여할 것으로 기대된다. 일본은 2050년까지 핵융합 에너지 상용화를 목표로 하고 있다. JT-60SA의 성공적인 가동은 이러한 목표 달성에 중요한 기여를 할 것으로 보인다. JT-60SA 성공의 의의 JT-60SA의 성공은 핵융합 에너지의 실현에 한 걸음 더 가까워졌다는 것을 의미한다. JT-60SA는 프랑스에서 건설중인 국제핵융합실험로(ITER, International Thermonuclear Experimental Reactor) 프로젝트를 지원하기 위해 개발됐다. ITER는 핵융합 에너지의 상용화를 목표로 하는 국제 협력 프로젝트다. 주요 참여 국가로는 유럽연합, 미국, 러시아, 중국, 일본, 대한민국, 인도 등이 있으며, 이들 국가들이 자원, 기술, 재정을 공동으로 제공한다. JT-60SA의 데이터는 ITER의 개발에 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. ITER의 성공적인 가동은 지구에서 핵융합 에너지를 실용적인 에너지원으로 만드는 데 기여할 것으로 전망된다.
- 산업
2023-11-13
닛산, 1MW 출력 갖춘 전기 하이퍼카 공개

일본 자동차 제조업체 닛산이 일본 모빌리티 쇼를 앞두고 콘셉트카인 전기 하이퍼카를 공개했다. 기하학적인 디자인과 성능 면에서 흥미 유발에는 성공했지만 아쉽게도 이 차는 양산되지 않는다. 전기차 전문매체 일렉트렉(electrek)은 닛산이 1MW(메가와트)의 엄청난 출력을 자랑하는 하이퍼 포스(Hyper Force)를 공개했다고 보도했다. 1MW는 461명이 한 달을 사용할 수 있는 발전용량이며, 이 정도 규모의 발전용량을 위해서는 축구장 약 2.6개 크기의 발전소가 필요하다. 그러나 이 전기차는 생산계획이 없는 것으로 알려졌다. 우치다 마코토 닛산 사장 겸 CEO는 "쇼에 전시된 콘셉트 카는 미래의 상징에 불과하다"며 "전시된 다섯 대의 콘셉트 카는 모두 미래의 상징이며 남들이 하지 않는 일에 도전한다는 닛산 창립 정신을 구현한다"고 말했다. 닛산은 모빌리티를 넘어 더욱 지속가능한 세상을 만들기 위해 전기자동차(EV)를 혁신시켜 왔다고 밝혔다. 또한 전기자동차는 타협하지 않은 열정과 꿈을, 모든 사람을 위해 더 깨끗하고 안전하며 포용적인 세상을 만드는 닛산의 미래를 상징한다고 강조했다. 대부분의 콘셉트 카와 마찬가지로 닛산은 하이퍼 포스에 대한 사양을 공개하지 않았다. 다만 이 차량은 전고체 배터리를 사용하고 최대 1000kW(킬로와트)의 출력이 가능한 파워트레인을 갖췄으며, 4륜 구동 기술이 적용됐다. 이는 네 바퀴로 움직이는 작은 발전소와 같다는 일렉트렉의 설명이다. 닛산은 이 차량에 대해 '대담한 기하학' 디자인이 특징이라고 강조했다. 넓게 배치된 비율의 외부 디자인은 매끄러운 곡선과 그 성능을 반영하는 대담한 기하학적 모양이 조화롭게 결합되어 있다. 닛산의 고성능 자동차를 표현하는 전면과 후면 램프 등의 요소가 디자인 전반에 통합됐다. 다만, 닛산은 공기역학적 성능의 세부 사항을 밝히지 않은 채 자사의 니스모(NISMO) 레이싱 팀이 강력한 다운포스를 생성하는 설계 개발에 도움을 줬다고만 설명했다. 닛산은 이 차량의 공기역학적 성능과 관련해 다음의 다섯 가지 설명을 내놓았다. 첫째, 프론트 후드 아래의 2단 공기역학적 구조는 강력한 다운포스와 높은 냉각 성능을 모두 제공한다. 둘째, 듀얼 레벨 리어 디퓨저는 공기 흐름을 최적으로 제어한다. 셋째, 프론트 카나드, 프론트 펜더 플립 및 리어 윙의 양쪽 끝은 독특한 액티브 에어로 기능을 갖췄다. 넷째, 새로 개발된 플라즈마 액추에이터는 공기 이탈을 억제하여 그립을 최대화하고 코너링 중에 내부 휠 리프트를 최소화한다. 다섯째, 경량 단조 카본 휠은 공기역학과 브레이크 냉각에 도움이 된다. 이 하이퍼 포스에는 레이싱과 그랜드 투어링의 두 가지 모드가 있는 것으로 보이며 차량의 사용자 인터페이스와 전체 실내는 실제로 모드에 따라 변경된다. 일렉트렉은 닛산은 라이다(LiDAR)와 기타 센서를 갖춘 자율 주행 기능을 갖춘 차량에 대해서도 언급했지만 이는 콘셉트 카의 성격을 고려하면 대부분 가설적인 것이라고 지적했다. 이 매체는 콘셉트 카에 신경 쓰는 것보다 적절한 배터리 열 관리 기능을 갖춘 업데이트되고 경쟁력 있는 버전의 닛산 리프(또는 이와 유사한 것)를 생산했다면 더 좋았을 것이라고 덧붙였다. 닛산의 하이퍼 포스는 현실 세계와 가상 세계 모두에서 원활하게 운전할 수 있는 혁신적인 증강 현실(AR)과 가상현실(VR) 가능이 탑재돼 있다. 차량이 정지하면 운전자는 VR용 블라인드 바이저가 있는 특수 헬멧을 사용할 수 있어 게임화된 운전 경험을 즐길 수 있으며 시계 반대 경주나 온라인 레이서를 가능하게 하는 모드도 완비되어 있다. AR용 스켈레톤 바이저를 사용하면 운전자는 서킷에서 자기 자신, 친구 또는 전문 운전자의 디지털 고스트와 대결할 수 있어 사용자가 실제 트랙에서 안전하게 운전 기술을 발휘할 수 있다. 한편, 일본자동차판매협회연합회와 일본경자동차협회연합회가 발표한 2022년도 일본 승용차(경차 포함) 판매 실적에서 하이브리드 자동차(HEV), 플러그인 하이브리드 자동차(PHEV), 전기자동차(EV), 연료전지자동차(FCV) 등이 차지하는 비율은 전년 대비 5.7%p(포인트) 증가한 47.1%를 기록하면서 역대 최고치를 경신했다. 연료별 비율에서는 FCV를 제외한 3개 차종 모두 전년 대비 두 자릿수 이상 증가했다. 다만, HEV가 43.8%로 여전히 일본에서는 가장 많은 비중을 차지했다. 판매량 증가율에 있어서는 전기 자동차가 가장 큰 폭으로 성장하고 있는 것으로 나타났다.
- 산업
2023-11-03
[퓨처 Eyes(2)] 인도, 태양 탐사선 '아디트야-L1' 발사 성공

인도가 달 정복에 이어 태양의 비밀 벗기기에 도전하고 있다. 인도 달 탐사 우주선 찬드라얀 3호가 달 남극에 착륙한 지 불과 10일 만에 첫 태양 탐사선 아디트야-L1(Aditya-L1)이 태양을 향해 성공적으로 발사됐다. 무게가 약 1480kg(3264 파운드)로 초경량급 우주선인 '아디트야-L1'은 지난 9월 2일 오전 11시 50분(GMT 06시 20분)에 인도 남부 스리하리코타에 있는 사티시 다완 우주센터에서 44.4미터 높이의 극지 위성 발사체(PSLV-XL)를 이용해 태양을 향해 장대한 여행을 시작했다. 이 우주선은 '라그랑주 5'점 중 하나를 중심으로 후광 궤도를 돌며 지구에서 150만km를 비행할 예정이다. 이는 지구-태양 거리의 1%에 해당한다. 인도 우주국은 태양 탐사선이 이 거리를 여행하는 데 4개월(약 125일)이 걸릴 것이라고 밝혔다. 태양계에서 가장 큰 천체를 연구하기 위한 인도 최초의 우주 기반 태양 관측 임무는 '아디티야'라고도 알려진 힌두교의 태양신 수리아의 이름을 따서 명명됐다. BBC에 따르면 우주선 '아디티야-L1'에서 'L1'은 '라그랑주점 1'의 약자로, 인도 우주선이 향하고 있는 태양과 지구 사이의 정확한 지점을 의미한다. 유럽우주국에 따르면 라그랑주 지점은 태양과 지구와 같은 두 개의 큰 물체의 중력이 서로 상쇄되어 우주선이 '호버링(hovering, 정지 비행)'할 수 있는 지점을 말한다. 태양 활동·우주 날씨 실시간 관측 미국 기술 전문매체 테크 크런치에 따르면 인도의 우주 기관인 인도우주연구기구(ISRO)는 아디트야-L1 우주선에 원격 감지용 4개와 현장 실험용 3개 등 총 7개의 과학장비(페이로드, payload)를 설치했다. 탑재된 장비에는데이터를 수집하고 관측을 하기 위해 가시 방출선 코로나그래프, 태양 자외선 영상 망원경, X-선 분광기, 태양풍 입자 분석기, 플라즈마 분석기 패키지, 3축 고해상도 디지털 자력계 등이 장착되어 있다. ISRO는 이 우주선에 태양 코로나(가장 바깥층), 광권(태양 표면 또는 지구에서 보이는 부분), 염색권(광권과 코로나 사이에 있는 얇은 플라즈마 층)을 관찰하고 연구할 7가지 페이로드를 탑재했다고 밝혔다. 코드명 'PSLV-C57'인 이 우주선 임무의 전반적인 목적은 태양 활동과 그것이 우주 날씨에 미치는 영향을 실시간으로 관측하는 것이다. 이륙 한 시간여 만에 아디트야-L1 우주선은 146×12,117마일의 타원형 궤도에 진입시켰다. 인도가 발사체 상단이 두 번의 연소 과정을 거쳐 의도했던 궤도에 우주선을 진입시킨 것은 이번이 처음이다. ISRO의 S. 소마나스 회장은 우주국의 임무 통제 센터에서 참석자들에게 "이제 아디트야-L1은 몇 가지 지구 기동을 거친 후 여정을 시작할 것"이라면서 "아디트야 우주선이 긴 여정을 마치고 L1의 후광 궤도에 진입할 수 있도록 최선을 다하길 기원한다"라고 말했다. 아디트야-L1은 L1을 향해 발사되기 전에 지구를 여러 번 돌게 된다. 그리고 일식 동안 태양이 숨겨져 있더라도 지속적으로 태양을 관찰하고 과학적 연구를 수행할 수 있다. 이번 연구는 과학자들이 태양풍과 태양 플레어와 같은 태양 활동과 그것이 지구와 우주 날씨에 미치는 영향을 실시간으로 이해하는 데 도움이 될 것이다. 태양 탐사 비용 4600만달러 이번 태양 탐사선의 비용이 얼마인지 밝히지 않았지만, 인도 언론의 보도에 따르면 37억 8000만 루피(4600만 달러, 약 615억 원)가 소요될 것으로 예상된다. 아디트야-L1 미션의 프로젝트 책임자인 니가르 샤지는 "아디트야-L1 팀에게는 꿈이 실현된 것"이라고 말했다. 샤지는 "아디트 [임무]가 시운전되면 이 나라의 헬리오피직스는 물론 전 세계 과학계의 자산이 될 것"이라고 기대했다. 과거에는 미국, 유럽, 중국이 태양을 연구하기 위해 우주에서 태양 관측소 임무를 수행했다. 지금까지 지상 망원경을 이용한 태양 관측에 주력해 온 인도가 이 분야에 뛰어든 것은 이번이 처음이다. 아디트야-L1이 성공하면 인도는 이미 태양을 연구하고 있는 일부 극소수 국가 그룹에 합류하게 된다. 일본은 1981년 태양 플레어를 연구하기 위해 최초로 탐사선을 발사했다. 미국 우주국 나사(NASA)와 유럽우주국(ESA)은 1990년대부터 태양을 관찰해 왔다. 나사와 ESA는 2020년 2월, 공동으로 태양 궤도선을 발사해 가까운 거리에서 태양을 연구하고 있다. 과학자들은 태양의 역동적인 행동을 이해하는 데 도움이 될 데이터를 수집하고 있다고 밝혔다. 아울러 나사의 최신 우주선인 파커 태양 탐사선은 최초로 2021년 태양의 외기권인 코로나를 통과해 새로운 역사를 썼다. 유엔 우주국(UNOOSA)에 따르면 지구 궤도에는 약 1만290개의 위성이 남아 있으며, 그 중 약 7800개의 위성이 현재 작동 중이다. 한편, 인도의 태양 탐사선은 지난 8월 말 세계 최초로 달 남극 근처에 탐사선을 성공적으로 착륙시킨 것에 연이은 쾌거다. 이로써 인도는 미국, 구소련, 중국에 이어 세계에서 네 번째로 달에 연착륙한 국가가 되었다. 달 남극에는 인류 생존의 필수 자원인 물이 존재하고 있는 것으로 알려졌다. 나사에 따르면 달에서 물을 최초로 발견한 것은 인도 탐사선이다. 2008년 인도 탐사선 찬드라얀 1호가 달 표면에 퍼져 있고 극지방에 집중된 수산기 분자를 감지한 것이 물 발견에 결정적으로 기여했다. 현재 인도는 우주에 50개 이상의 위성을 보유하고 있으며 통신 링크, 날씨 데이터, 해충 침입, 가뭄 및 임박한 재난 예측 등 여러 가지 중요한 서비스를 제공한다. ISRO는 아디트야-L1과 함께 2025년으로 예정된 인간 우주 비행 임무인 가가냥(Gaganyaan) 발사를 오랫동안 준비해 오고 있다. 또 인도 우주국은 금성을 향한 무인 탐사선 발사도 계획하고 있다.
- 포커스온
2023-09-07