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202008.14

인류가 힘을 모아 추진하는 거대과학 프로젝트 Top 3

커뮤니케이션팀   
https://fusionnow.nfri.re.kr/post/nuclear-fusion/1150

과학기술 분야의 성과는 국력과 직결되는 분야 중 하나로 국가별로 경쟁적인 연구가 진행되기 마련인데요. 의외로 힘을 모아 추진하는 연구들이 있습니다. ‘백지장도 맞들면 낫다’는 속담처럼 서로의 힘을 모을 때 더욱 시너지를 얻을 수 있을 뿐 아니라, 한 나라에 국한된 문제가 아닌 인류가 공통적으로 당면한 문제를 함께 해결해야 할 필요성이 있기 때문입니다.

 

그중에서도 ‘거대과학’은 여러 국가의 협력을 바탕으로 추진하는 대표적인 과학기술 분야입니다. 거대과학은 대규모 자본과 연구시설, 인력을 장시간 동안 필요로 하지만, 그 성과는 획기적인 과학기술 발전을 가져올 뿐 아니라, 산업적으로 엄청난 효과를 가져올 수 있는 분야입니다. 때문에, 한 나라에서 추진하는 것보다 여러 나라가 자본과 인력 등을 투입하고 협력하는 것이 보다 빠르고 효율적인 성과를 얻을 수 있습니다. 그러면 인류가 협력해 이룬 거대과학 프로젝트에는 어떤 것들이 있을까요? 전 세계를 변화시킨, 그리고 변화시킬 대표적인 거대과학 프로젝트 3가지를 소개해드립니다.

 

 

|생명체의 신비를 밝히는 ‘게놈 프로젝트’

 

‘게놈’이란 말을 한 번쯤은 들어보셨죠? 게놈은 유전자(gene)와 염색체(chromosome)의 합성어로, 우리말로는 ‘유전체’라고도 합니다. 생물체가 삶을 영위하는 데 필요한 유전물질(DNA)의 집합체를 뜻하는데, 바로 이 집합체가 생명 현상을 결정짓기 때문에 흔히 ‘생명의 설계도’, ‘유전자 지도’라고도 부릅니다.

 

유전자는 염색체 안에 존재합니다. 사람은 23쌍의 염색체를 가지고 있는데, 이 염색체에 있는 유전자 정보만 알아낼 수 있으면 인체 내의 모든 유전자 정보를 알 수 있게 되는 셈입니다. 이 23개의 염색체 묶음을 게놈이라고 하는데, 여기에는 약 30억 개의 염기쌍이 있죠. 게놈 프로젝트의 최종 목표는 게놈을 구성하고 있는 약 30억 개의 DNA 염기들의 배열 순서를 밝혀 한눈에 볼 수 있는 지도로 만드는 것입니다. 이 지도가 완성되면 생명 현상에 대한 이해는 물론, 질병의 원인이 되는 유전자 역시 쉽게 밝혀낼 수 있습니다.

 

게놈 프로젝트의 최종 목표는 게놈을 구성하고 있는 약 30억 개의 DNA 염기들의 배열 순서를 밝혀 한눈에 볼 수 있는 지도로 만드는 것입니다. 


이 프로젝트는 1980년대 후반부터 시작됐습니다. 미국과 영국, 일본, 캐나다, 스웨덴 등 참여했는데요. 세계 과학자들이 모인 생물학 역사상 가장 큰 공동 프로젝트였습니다. 국제 협력을 통해 본격적인 연구가 시작됐고, 그 결과 1999년 11월에 23개의 DNA 염색체 중에서 22번째 염색체 유전자 지도가 완성되어 백혈병 및 정신 질환을 정복할 수 있는 계기를 만들어 내기도 했습니다.

 

“지금까지 쓰인 것 중 가장 위대한 역사서는 우리의 DNA 안에 감추어져 있다.”
IBM과 내셔널지오그래피가 협력해 런칭한 ‘제노그래픽 프로젝트’. 이 프로젝트의 총책임자인 미국의 스펜서 웰즈 박사는 DNA야말로 막강한 역사의 증언자라고 단언했는데요. DNA의 비밀을 밝힐 성공적인 게놈 연구로 각종 질병을 예방하고 치료할 수 있는 날이 오게 되길 바라봅니다.

 


|협력으로 우주 기원 밝히다, CERN의 LHC

 

유럽입자물리연구소(이하 CERN)는 스위스 제네바 인근 스위스와 프랑스 국경에 걸쳐 있는 입자가속기연구소입니다. 세계 최대 입자가속기연구소 중 한 곳인데요. 전 세계 과학자들의 협력으로 연구가 수행되는 연구소이기 때문에, 유럽핵공동연구소라고도 불립니다.

 

유럽입자물리연구소에 있는 대형강입자충돌기(LHC) ⓒCERN 

유럽입자물리연구소에 있는 대형강입자충돌기(LHC) ⓒCERN

 

이곳의 스타는 대형강입자충돌기(이하 LHC, Large Hardron Collider)입니다. 세계에서 가장 큰 기계이자, 가장 강력한 입자충돌기인데요. 입자충돌기는 우주의 기원과 진화 과정, 물질의 구성과 작동 원리 등을 이해하는 데 필요한 지식을 제공하는 실험장치입니다. 반경 27㎞의 터널에 만들어진 진공관 안에서 양성자와 양성자를 충돌시키는 실험을 하는데, 이 실험 결과를 통해 다양한 물리현상을 연구할 수 있습니다. 또한, 높은 에너지 상태를 지니는 우주 초기 상태 등을 연구해 우주 탄생의 비밀에도 다가갈 수 있죠. 충돌에너지가 클수록 입자들의 물리 현상을 자세히 연구할 수 있습니다.

 

대표적인 성과로는 힉스 입자의 관측을 꼽을 수 있습니다. 힉스 입자는 현재까지 가장 정교한 물리학 이론으로 꼽히는 ‘표준모형’에서 존재가 예측됐지만 관측되지 않았던 유일한 입자였는데요. 그 입자의 흔적을 LHC에서 발견해낸 것입니다. 이 이론을 정립한 과학자들은 2013년 노벨물리학상을 수상하기도 했습니다. 이 외에도 LHC를 통해 미지의 세계를 찾고자 하는 과학자들의 노력은 계속되고 있습니다.

 

한편, CERN은 최근 ‘미래형 원형 충돌기(FCC)’의 건설을 승인했는데요. LHC보다 4배가량 더 긴 FCC는 총 길이만 100km에 달할 전망이라고 합니다. 충돌에너지도 LHC보다 6배나 강력해 현대 물리학의 최대 수수께끼인 ‘암흑물질’에 대한 비밀도 풀 수 있을 것으로 예상되고 있는데요. 막대한 예산의 조달이 문제가 되고 있긴 하지만, 그래도 완성된다면 인류를 조금 더 이롭게 할 수 있는 연구가 활발히 진행된다는 데에는 이견이 없는 것으로 보입니다.

 

건설 예정인 FCC의 크기 비교 이미지 ⓒCERN
건설 예정인 FCC의 크기 비교 이미지 ⓒCERN


 

|인류의 손으로 만드는 가장 큰 인공태양, ‘ITER’


꿈의 에너지로 불리는 핵융합에너지 개발 역시 전 세계 협력을 통해 발전을 거듭해가고 있는 대표 거대과학연구 분야입니다. 그 중에서도 ITER(국제핵융합실험로) 프로젝트는 7개국이 합심하여 건설하고 있는 초대형 국제 협력 프로젝트인데요.

미국, 러시아, EU, 일본, 중국, 인도, 한국 등 7개국이 합심해 ITER 프로젝트를 추진하는 이유는 기존에 사용하던 에너지원의 문제들이 가속화되고 있기 때문입니다. 기후변화를 막고 에너지 부족 문제를 해결하기 위해서는 핵융합에너지의 개발이 필요하다는 참여국들의 뜻을 모아 ITER 프로젝트를 가동하게 한 겁니다.

 

국제핵융합실험로 ITER의 모습 


태양이 빛을 내뿜을 수 있도록 하는 원천인 핵융합에너지를 지구에서 상용화할 수 있다면 화석 연료를 대체할 수 있을 정도로 풍부한 에너지를 생산할 수 있습니다. 나날이 늘어만 가는 인류의 에너지 소비량을 충족하기 위한 하나의 대안으로 떠오르고 있습니다. 적은 연로로도 높은 효율을 자랑할 뿐 아니라, 온실가스와 같은 부작용으로부터 자유로울 수 있다는 장점이 있죠. 이를 통해 기후변화나 환경오염에 대한 문제들도 자연스럽게 해결될 수 있을 것으로 기대되고 있습니다.

 

태양처럼 핵융합 반응이 일어나는 환경을 재현하는 ITER 프로젝트는 ‘인공태양’이라는 핵융합실험로 구축을 통해 초고온의 플라즈마를 가두고 지속적으로 핵융합 반응이 일어나도록 하는 것을 목표로 합니다. 우리나라 역시 ITER 프로젝트 참여국으로 지난 4월에는 1억도 이상의 초고온 플라즈마를 가두는 진공 용기 본체를 최초로 제작해 6월 프랑스에 무사히 도착하게끔 했죠.

 

문재인 대통령은 당시 축사를 통해 “전 세계가 연대하고 협력해 이뤄낸 자랑스러운 성과”라며 “‘우리의 길’을 향해 도전하는 전 세계 과학기술자가 있어 든든하다”고 전한 바 있는데요. 특히 “‘인공 태양’은 꿈의 에너지”라며 “바닷물을 활용해 거의 무한정 생산이 가능하고, 방사능 위험이나 온실가스 배출도 없는 청정에너지”라고도 전했습니다.

 

2025년 시험 가동을 시작하게 되는 ITER 프로젝트가 인류의 에너지 패러다임을 바꿀 수 있는 새로운 에너지원 개발의 지름길 역할을 하여, 인류에게 풍요로운 미래를 선물할 수 있기를 기원합니다. 

 

국제핵융합실험로 ITER 건설 부지 

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