한국 국명 딴 신물질‘코리아니움’ 찾는다

중앙일보

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스위스 PSI연구소의 사이클로트론으로 세계 최고의 빔 전류를 만든다. 한국 중이온 가속기에도 규모는 작아도 사이클로트론이 설치된다. [중앙포토]

지구상에 자연 상태로 존재하는 물질은 가장 가벼운 수소에서부터 가장 무거운 우라늄에 이르기까지 92가지다. 그러나 수소에서부터 무거운 순서대로 철에 이르는 26가지 물질은 어떻게 생성되는지 알려졌지만, 나머지는 그렇지 못하다. 가령 금·은·구리 등 철보다 무거운 물질의 생성 비밀은 베일에 싸여 있다. 이는 세계 20대 미해결 과제 중 하나다. 단지 아주 오래전에 초신성이 폭발하면서 생겼을 것이라는 추측만 할 뿐이다.

이를 알아내는 데는 ‘중이온 가속기’가 필수적이다. 세종시 논란과 함께 부쩍 자주 거론돼 귀에 익숙해졌다. 중이온 가속기는 초신성이 폭발할 때의 현상을 재연할 수 있는 거대 초정밀 연구장비다. 초신성은 무거운 별이 죽음을 맞이하면서 폭발해 100만 배나 더 밝아지는 별을 지칭한다. 차제에 중이온 가속기가 뭔지 알아본다.

유럽입자물리연구소의 강입자 충돌 가속기

◆우주의 원소 지도 작성=137억 년 전 우주 대폭발로 탄생한 우주는 수소와 헬륨으로 이뤄졌다. 이후 진화를 거듭해 다양한 물질이 만들어졌다. 중이온 가속기는 그 비밀을 푸는 열쇠를 제공할 것으로 기대된다. 중이온 가속기는 빛 속도의 절반 또는 그 이상으로 중금속의 이온을 진공 상태에서 가속한 뒤 금속판에 충돌시킨다. 그러면 무거운 이온들이 부서지면서 ‘새로운 종류의 이온(방사성 동위원소)’이 나타난다. 가속 가능한 이온은 지구에 존재하는 천연 원소 92가지 모두다. 성균관대 홍승우(물리학) 교수는 “이를 분석하면 우주 초기 물질 생성의 비밀을 밝혀 낼 수 있을 것이다. 초신성 폭발과정에서 어떤 핵 반응이 얼마나 빨리 일어나는지도 알아내 우주 원소 지도를 완성할 수 있다”고 말했다.

지구상의 물질을 나열한 주기율표에는 물질을 발견한 나라의 지명이나 국명을 딴 이름이 올라 있다. 게르마늄(Germanium·독일), 폴로니움(Polonium·폴란드) 등이다. 일본도 113번째 원소를 발견해 현재 국제기구에 자포니움(Japonium·일본)과 리케니움(Rikenium·리켄연구소)이라는 이름 후보 두 개를 신청해 놓고 있다. 한국에서 중이온 가속기로 새로운 원소를 발견하면 우리 국명을 따 ‘코리아니움(Koreanium)’이라고 명명할 수 있다.

◆암 치료 기술 개발=암 치료에 쓰이는 방사선보다 특성이 우수한 방사선 치료법을 개발할 수도 있다. 정상 세포에는 해를 거의 입히지 않고 암 세포만 죽이는 새로운 치료 방법이 나올 수 있다. 세계적으로 탄소와 같은 중입자의 방사선을 이용한 치료법이 개발돼 많은 암 환자를 살리고 있다. 전북대 김은주(핵물리학) 교수는 “중이온 가속기는 물질의 속까지 들여다보는 특성을 활용해 재료공학을 발전시킬 수 있다. 또 맹독성 방사성 폐기물의 수명을 크게 줄일 수 있다”고 말했다. 응용 분야가 많다는 것이다.

국내 중이온 가속기의 입지는 결정되지 않았다. 이명박 대통령이 충청권에 건설하겠다는 언급을 한두 번 한 적이 있을 뿐이다. 일정상 2010~2011년 설계, 2012~2016년 건설해 2017년께 가동할 수 있을 것으로 전문가들은 예상한다. 관련 특별법이 제때 통과되고 예산 지원이 적기에 될 때 그렇다. 예산은 약 5000억원으로 추정된다.

박방주 과학전문기자