 | 2009-09-18 02:59 |  | 2009-09-18 02:59 |  | 여성 | 남성 |
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《연구용 원자로 ‘하나로’가 처음으로 냉(冷 )중성자를 방출하는 실험에 성공했다. 냉중성자는 핵분열 과정에서 나온 높은 에너지의 중성자를 냉각해 만든 입자로, 눈에 보이지 않는 나노 세계를 탐구하는 데 활용된다. 한국원자력연구원은 “이달 3일 오후 11시 30분경 하나로 원자로에서 초당 1억 개의 냉중성자를 방출하는 데 성공했다”고 밝혔다. 국내에서 본격적으로 냉중성자가 생산됨에 따라 소재·재료 분야는 물론이고 생명과학 연구에서 지금보다 훨씬 정밀한 분석이 이뤄질 것으로 보인다.》
○ 살아있는 세포 볼 수 있어
핵이 쪼개지는 핵분열이 일어나면 중성자가 쏟아져 나온다. 원자로에서 갓 나온 중성자들은 높은 에너지를 가져 ‘열(熱 )중성자’라 불린다. 이들은 물처럼 수소가 많이 들어 있는 물질과 여러 번 부딪히면 에너지를 대부분 잃게 된다. 이렇게 에너지를 잃고 속도도 느려진 중성자가 바로 냉중성자다. 온도는 영하 259도로 3∼30Å(옹스트롬·1Å은 100억분의 1m) 파장의 빛을 낸다.
냉중성자는 어디에 쓰일까? 주변 물체의 길이를 재려면 비슷한 크기의 자가 필요하다. 나노 크기의 물체를 잴 때도 ‘자’가 필요하다. 냉중성자는 약 1∼100nm(나노미터·1nm는 10억분의 1m) 크기의 물체를 식별할 수 있다. 특히 냉중성자는 살아있는 나노 세계를 볼 수 있다. 보통 광학현미경으로는 나노 세계를 보기 어렵다. 초고압전자현미경과 방사광가속기는 나노 세계를 볼 수 있지만 살아있는 생명체를 볼 수 없다. 세포에 쏘는 에너지가 너무 커서 세포를 파괴하기 때문이다. 일반 중성자도 에너지가 너무 크다.
그러나 냉중성자는 다르다. 냉중성자 에너지는 X선의 100만분의 1 수준인 0.1∼10meV(밀리전자볼트)에 불과해 생체에 손상을 입히지 않고 관찰할 수 있다. 단백질이나 세포막 등을 살아 있는 상태에서 관찰할 수 있다는 것이다. 실제로 미국 아르곤국립연구소와 시카고대 연구팀은 냉중성자를 이용해 환자 뇌에서 알츠하이머 단백질(베타 아밀로이드 단백질)의 구조를 최초로 밝히는 데 성공했다. 냉중성자 덕분에 살아 있는 생체 안에서 몇 nm에 불과한 베타 아밀로이드가 성장하며 결합하는 메커니즘을 처음으로 측정한 것이다.
세계 5번째 생산국으로 기록
10억분의 1m 크기 물체 식별
살아있는 나노세계 관찰 가능
○ 세계 세 번째 생산량
냉중성자를 생산하는 나라는 프랑스 독일 미국 호주 등 4개국에 불과했다. 우리나라가 5번째 냉중성자 생산국이 된 셈이다. 원자력연구원은 “첫 방출에서 파장이 평균 4∼5Å, 초당 1억 개 이상의 냉중성자를 얻었다”며 “이는 품질이나 생산량 측면에서 세계 3위 수준”이라고 설명했다.
원자력연구원은 하나로 원자로 옆 건물에 냉중성자를 다양한 파장으로 바꾸는 각종 산란장치를 계속해서 설치할 계획이다. 올해 말 약물 전달 물질의 구조와 단백질 분석을 할 수 있는 40m 중성자소각산란장치를 시작으로 내년 말까지 모두 6종의 산란장치를 설치할 예정이다. 원자력연구원 김영기 연구로공학부장은 “앞으로 수도꼭 지 틀 듯 필요하면 냉중성자를 뽑아 쓸 수 있게 될 것”이라며 “향후 국내 차세대 나노-바이오 기술의 핵심 역할을 할 것”이라고 기대했다. 원자력연구원은 다음 달 8일 냉중성자 첫 방출 기념식을 열고 국내외에 공식 발표할 예정이다.
박근태 동아사이언스 기자 kunta@donga.com
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