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

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[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

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'술 파티 위증' 이화영 징역 4개월 [서울=뉴스핌] 정영희 기자 = 이화영 전 경기도 평화부지사가 이른바 '연어 술파티' 의혹을 국회에서 증언한 혐의로 1심에서 실형을 선고받았다. 함께 재판에 넘겨진 정치자금법 위반 혐의는 무죄로 판단됐고, 대북 지원 사업 관련 직권남용 등 혐의는 공소기각됐다. 수원지법 형사11부는 20일 이 전 부지사에 대한 국민참여재판 선고 공판에서 국회증언감정법상 위증 혐의를 유죄로 보고 징역 4개월을 선고했다. 정치자금법 위반 혐의에는 무죄를 선고했다. 직권남용 권리행사방해와 위계공무집행방해, 지방재정법 위반 혐의에 대해서는 공소를 기각했다. 이화영 전 경기도 평화부지사 [뉴스핌DB] 이 전 부지사는 2024년 10월 국회 법제사법위원회 청문회에 증인으로 출석해 수원지검 검사실에서 진술 조작을 위한 '연어 술파티'가 있었다는 취지로 증언한 혐의를 받았다. 이번 재판에서 해당 증언이 허위였는지가 핵심 쟁점으로 다뤄졌다. 배심원단 7명은 전날 오후 6시부터 9시간30분가량 평의를 진행했다. 위증 혐의에 대해서는 유죄 4명, 무죄 3명으로 의견이 갈렸다. 재판부는 검사실에 있었던 관련자들의 진술이 대체로 일관되고 서로 부합하는 반면, 이 전 부지사의 진술은 일관성과 신빙성이 부족하다고 보고 유죄 판단을 내렸다. 김성태 전 쌍방울 회장과 관련된 이른바 '쪼개기 후원' 공모 의혹은 무죄로 결론났다. 배심원단은 정치자금법 위반 혐의가 합리적 의심을 배제할 정도로 입증되지 않았다는 데 만장일치 의견을 냈고, 재판부도 이를 받아들였다. 대북 묘목·밀가루 지원 사업과 관련한 직권남용 등 혐의에서는 재판부가 직권으로 공소기각을 선고했다. 배심원단은 공소권 남용 여부에 대해 다수 의견으로 부정적인 판단을 냈지만, 재판부는 관련 사건의 기소 과정을 문제 삼았다. 재판부는 신명섭 전 경기도 평화협력국장 사건을 언급하며 검찰이 신 전 국장을 기소할 당시 이 전 부지사와의 공범 관계를 뒷받침할 증거가 충분하지 않았는데도 공소장에 공모 관계를 적었다고 봤다. 이어 "이 전 부지사가 정식으로 기소되기 전 타인의 재판에서 먼저 유죄 취지 판단을 받게 한 것은 방어권 보장 원칙에 어긋나는 공소권 남용"이라고 판단했다. 이 전 부지사 측은 선고 직후 항소 방침을 드러냈다. 변호인단은 국회 청문회에서 장시간 이어진 증언 가운데 술 반입과 관련한 짧은 부분만 떼어내 기소한 것은 무리한 처분이라고 주장했다. 또 이 전 부지사가 본인의 기억에 근거해 증언한 만큼 고의적인 위증으로 보기 어렵다고 반박했다. 직권남용 등 혐의에 대해서도 항소심에서 다시 판단을 구하겠다는 입장이다. 변호인단은 "배심원단이 실체적 쟁점에서는 무죄 취지로 판단했는데 재판부가 절차적 이유로 공소기각을 선고했다"며 "항소심에서 무죄 판단을 받겠다"고 말했다. 이번 국민참여재판은 지난 8일부터 주말을 제외하고 열흘 동안 진행됐다. 국민참여재판으로는 이례적으로 긴 심리 끝에 선고가 내려졌다. 앞서 검찰은 결심 공판에서 위증과 직권남용 등 혐의에 징역 2년을, 정치자금법 위반 혐의에는 벌금 500만원을 구형했다. 이 전 부지사는 쌍방울 대북송금 사건 등으로 대법원에서 징역 7년 8개월이 확정돼 수감 중이다. chulsoofriend@newspim.com 2026-06-20 09:53
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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.
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