GSI, 기초과학의 새로운 가능성 열다

[백나영기자] 독일의 작은 도시 다름슈타트 외각. 이곳에는 기초과학연구를 위한 중이온가속기 연구소 GSI가 40년 동안 자리를 지키고 있다.

GSI는 지난 30년간 6개의 새로운 원소를 발견하면서 주기율표를 확장시키는 성과를 이룬 연구소다. 특히 최근에는 암치료와 관련한 연구도 활발히 진행되면서 세계의 관심이 쏠리고 있다.

21일(현지시간) 취재단이 방문한 GSI 입구에는 연구소 프로젝트에 참여하고 있는 10여개국의 깃발이 펄럭이고 있었다.

중이온가속기는 중이온을 빛의 속도만큼 빠른 속도로 가속해 새로운 물질과 에너지를 만드는데 사용되는 대형연구시설이다. 이렇게 발견한 원소들을 통해 우주의 비밀을 밝히거나 생명과학·기초의학에도 활용할 수 있다.

40여년의 전통을 가진 GSI의 중이온 선형가속기 'UNILAC'는 GSI 연구자들이 새로운 원소를 발견하는데 혁혁한 공을 세웠다. UNILAC는 보라색 빛깔의 굵은 드럼통을 죽 연결해놓은 모양으로 실험실 전체를 가득 채우고 있었다. 길이는 200m에 달했다.

링가속기 'SIS18' 기차를 연상시키는 모양이었다. 네모난 모양의 여러 개의 몸통이들이 큰 원을 그리며 빙 둘러 연결돼 있었다. 길이는 무려 216m다.

가속기의 긴 몸통을 돌아다니면서 충돌한 원자들의 정보는 검출기로 향하게 된다. 컴퓨터 보드를 여러 방향에서 쌓아올려 붙인 모양의 검출기는 원자들이 충돌하면서 발생한 정보들을 고스란히 담는다.

연구자들은 검출기에 저장된 정보들을 분석하고 다양한 결과들을 내놓는다. 유의미한 결과들도 다수 나왔다. GSI의 연구자들은 이곳에서 Bh(보륨), Hs(하슘), Mt(마이트너륨), Ds(다름스타튬), Rg(뢴트게늄), Cn(코페미슘) 등 6개의 새로운 원소(희귀동위원소)를 발견했다.

지구상에 존재하지 않는 원소를 발견할 경우 새로운 이름을 붙이는 것이 가능해진다. '다름스타튬'처럼 지역의 이름을 붙이는 것도 가능하다. 한국형 중이온가속기가 설립되고, 이곳에서 새로운 원소를 발견한다면 '코리아늄'이라는 명명도 가능해지는 것이다.

연구소 본관 건물 뒤편으로는 차세대 중이온가속기시설 FAIR(Faciliy for Antiproton and Ion Research) 건설이 한창이었다. 취재단이 GIS를 방문한 날에도 공사가 한창이었다. 맨살을 드러낸 1천100m 가량의 넓은 대지 위에는 포크레인 등 중장비들이 분주히 움직이고 있었다.

GSI는 2007년부터 UNILAC와 링가속기 SIS18, SIS100, SIS300 등을 연결시키는 FAIR 프로젝트에 착수했다. 원자들이 돌아다닐 수 있는 가속기의 길이가 길어질수록 더 높은 에너지를 만들 수 있어 주요 연구소들은 큰 규모의 가속기 설립에 나서고 있다. GSI는 프랑스, 이탈리아, 러시아, 스페인 등 15개국과 공동으로 현 가속기의 5배 정도 규모의 FAIR 건설 중이다.

GSI FAIR 프로젝트 팀의 마커스 버나드 박사는 "기존의 UNILAC는 빛의 속도의 약 20%까지, SIS18은 90%까지 가속이 가능했으나 FAIR프로젝트가 완성될 경우 95~99%까지 가속할 수 있을 것으로 보인다"고 말했다.

한편 GSI는 중이온가속기를 활용한 암치료 연구에도 박차를 가하고 있다. 연구소는 1997년부터 중이온가속기를 이용해 암치료 연구를 시작했고, 2009년 하이델베르크 병원에 중이온가속기를 설치해 1천500명 이상을 치료했다. 현재는 심장, 폐, 간 등 고정돼 있지 않고 끊임없이 움직이는 장기에 발생한 암세포를 치료하는 방안을 연구하고 있다.

GIS 연구소 홍보팀의 캐롤라 폼플런은 "X선, 감마선 등은 치료효과도 낮고 암 조직 주변의 정상세포를 손상시키는 단점이 있었다"며 "이에 반해 중이온가속기를 활용하면 암세포를 정밀하게 타격해 암 DNA를 파괴하기 때문에 정상세포의 피해가 적고 치료 효과도 뛰어나다"고 설명했다.

이처럼 중이온가속기는 우주 생성기원 연구, 물리학 법칙 연구, 물성연구, 생명공학, 암 치료 등 다양한 분야에 활용될 수 있어 기대를 모으고 있다.

핵종(nuclide) 발견 분야의 권위자 한스 가이셀 교수는 "중이온가속기를 통한 희귀동위원소의 발견은 물질의 구성, 우주의 생성 등에 관한 지식을 얻는데 상당한 기여를 한다"며 "핵물리학과 천체물리학 등 다양한 분야와 연계된 새로운 공유 모델들도 나올 수 있을 것"이라고 강조했다.

그는 이어 "현재 건설 중인 한국형 중이온가속기도 희귀동위원소의 영토를 넓혀줄 뿐 아니라 기초과학분야에서 새로운 가능성을 열어줄 것"이라고 덧붙였다.

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