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IBS 연구진, 레이저 세기 신기록 세워

극한 영역에서 새로운 물리현상 탐구 기대
  • 등록 2021-05-06 오후 11:00:00

    수정 2021-05-06 오후 11:00:00

[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 새로운 레이저 세기 기록을 세웠다. 레이저 세기는 출력을 얼마나 작은 공간에 모으는지를 의미하며, 각종 물리 현상 탐구의 중요한 지표가 된다는 점에서 의미가 있다.

기초과학연구원(IBS)은 남창희 초강력 레이저과학연구단장 연구팀이 초강력 레이저를 1.1 X 1023W/㎠ 세기로 모았다고 6일 밝혔다.

남창희 기초과학연구원 초강력 레이저과학 연구단장.(사진=기초과학연구원)
레이저 세기가 1023W 이상되면 강한 자기장이 만들어지고, 양자전기동역학 이론이 예측하는 물리 현상을 직접 실험해 볼 수 있다.

2004년 미국 미시간대 연구진이 1022W 세기에 처음 도달했지만 이후 연구자들은 1023W에 다다르지 못했다. 유럽연합의 ELI 빔라인, 미국의 EP-OPAL, 중국의 SEL 등이 1023W 레이저를 목표로 건설되고 있다.

레이저 세기를 강력하게 만들려면 에너지를 가능한 짧은 시간에 좁은 공간으로 압축해 순간적으로 최대의 에너지를 내야 한다. 그러나 빔의 증폭이나 전송 과정에서 공간적인 위상 왜곡이 발생해 레이저 빔을 좁은 공간에 모으는 데 한계가 있었다.

앞서 IBS 연구단은 전 세계 발전 용량의 1000배에 해당하는 4페타와트(PW) 레이저를 개발했다. 이후 연구팀은 대구경 변형거울과 대구경 비축 포물면 거울을 새로 만들었다. 대구경 변형거울은 레이저 빔의 파면 왜곡을 높은 분해능으로 보정하기 위해 쓰고, 대구경 비축 포물면 거울은 레이저 빔을 효율적으로 모은다.

그 결과 4 페타와트 레이저 빔을 지름 마이크로미터의 초소형 공간에 모았다.

강력한 레이저는 초신성 폭발 등 우주에서 일어나는 천문현상과 비슷한 환경을 제공할 수 있다. 레이저 세기에 따라 물질과의 상호작용이 완전히 달라진다. 양자전기동역학 이론은 강력한 전기장에서 진공에서 전자와 양전자 쌍이 생성될 것으로 예측한다.

남창희 단장은 “기초과학연구원의 초고출력 레이저 시설이 세계 최고임을 입증했다”며 “양자전기동역학에서 예측하는 비선형 콤프턴 산란과 브라이트·휠러 쌍생성, 복사압 이온 가속 공정과 같은 극한 영역에서 새로운 물리 현상들을 탐구할 수 있다”고 말했다.

광학 분야 국제학술지 ‘옵티카(Optica)’에 6일자 온라인으로 게재됐다.

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