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빛에너지를 순간적으로 한 점에 집중하는 초강력레이저 설비는 인류가 아직 발견하지 못한 빛과 물질의 상호작용을 밝히거나 첨단 의료, 신소재?개발에 쓰이는 등 다양한 분야에서 활용된다. 강력한 레이저로 미래 청정 에너지원인 핵융합에너지를 구현하는 연구도 진행 중이다.
한국은 2016년 순간 출력 4페타와트(PW)급 초강력레이저 설비를 운영하기 시작해 2021년 면적당 레이저 세기에서 최고 기록을 달성했다. 4PW는 지구 전체에 도달하는 시간당 태양광 출력의 40분의 1에 달할 정도로 높은 출력량이다.
든든학자금 생활비대출세계 최강 타이틀을 보유한 한국의 4PW급 초강력레이저 설비가 1~2년 내 왕좌를 내놓을 전망이다. 헝가리와 중국에 건설된 10PW급 레이저가 곧 본격 가동되기 때문이다. 출력이 커지면 기존 설비로 불가능했던 실험을 수행하거나 기술 개발 속도를 높일 수 있다. 초강력레이저 설비를 비롯해 국내 광과학 장비 인프라들이 평균 20년째 수리와 유지보수만 대출이자비교 이뤄지고 있어 장비 업그레이드 필요성이 제기된다.
"연구원에 있는 주요 장비들은 대부분 2003~2007년 사이에 마련됐는데 이후 20년째 신규 장비를 구축할 만한 지원이 없었습니다. 언제까지 수리만 해서 쓸 수는 없습니다. 광과학은 밖으로 잘 드러나지 않지만 다른 기술의 기반이 되는 핵심 분야입니다. 세계적인 연구 트렌드를 따라가고 첨 든든학자금 거절 단 기술을 개발하려면 장비를 꾸준히 바꿀 정도의 지원은 필요합니다."
지난달 말 만난 고도경 광주과학기술원(GIST) 고등광기술연구원(APRI) 원장은 현재 레이저 장관련 장비 현황에 대해 이같이 설명했다. 그는 "지금까지 쥐어짜서 이룬 성과를 보고 지원해 주면 좋겠다"며 "오랜 시간 쌓아온 노하우가 꽉 차 있는 상태라 장비만 마련해 주 캐피탈할부계산 면 새로운 성과를 낼 준비가 되어 있다"고 밝혔다.
고등광기술연구원은 국내 유일 광(光)과학·기술 전문 연구원이다. 2001년 고등광기술연구소로 개소해 올해 3월 26일 연구원으로 승격됐다. 승격과 더불어 우주국방연구본부가 신설돼 국가전략기술 개발에?집중한다는 계획을 세웠다. 앞으로 2~3년 내에 우주국방, 광통신, 바이오이미징 분야 성 여주복전철 과를 내는 것이 목표다. 이를 위해 한양대와 업무협약(MOU)도 추진 중이다.?
고 원장은 "우주국방 분야에서는 레이저를 활용해 드론과 항공기를 탐지·추적·격추하는 기술이나 레이저로 대기 상태를 파악하는 '인공별' 연구 등을 추진한다"며 "위성과 위성, 위성과 지상국 사이의 차세대 통신기술인 레이저 광통신도 중요하다"고 설명했다.?
체내를 영상화하는 초음파 진단 기술에 레이저를 접목해 해상도를 높이는 바이오이미징 기술 구현도 목표다. 그는 "고령화 사회에 필요한 차세대 진단 기술이 될 것으로 기대한다"고 말했다.
5년 이후 중기 목표는 양자과학기술 분야 성과다. 빛을 이용해 양자 연산을 할 수 있는 광원 개발과 이를 활용한 큐디트(qudit) 구현 등이 포함된다. 큐디트는 0과 1을 표현하는 양자컴퓨터의 정보 단위인 큐비트(qubit)와 달리 3가지 이상의 값을 구현하는 개념이다. 고 원장은 "스위스와 독일에 방문해 양자 분야 공동연구를 논의할 계획"이라고 밝혔다.
2040년대 이후 장기적으로는 초강력레이저로 궁극적인 천체물리학 연구를 완성한다. 빛과 물질의 에너지가 매우 높을 때 일어나는 극한의 물리현상을 구현해 인류 지식을 확장하는 것이 목표다. 지난해 12월 16일 출범한 기초과학연구원(IBS) '상대론적 레이저과학 연구단'이 주축이 된다. 김경택 GIST 물리광과학과 교수가 단장을 맡았다.
고 원장은 "그동안 우리 연구원은 기초기술 위주로 연구했다"며 "이제 사회 문제나 글로벌 이슈를 해결하는 응용기술 개발도 목표가 된 것"이라고 덧붙였다.
고도경 광주과학기술원(GIST) 고등광기술연구원(APRI) 원장이 5월 29일 동아사이언스와 인터뷰하고 있다. GIST 제공
다음은 고 원장과의 일문일답.
Q. 연구원 승격을 추진한 이유는.
"연구소일 때는 연구부서가 3개 있었다. 미래우주국방연구본부를 신설하고 관련한 국가전략사업을 맡으려면 기관의 위상을 좀더 높일 필요가 있다고 생각했다. 대외적으로 다른 기관과 협력할 때도 연구소보다는 연구원일 때 힘을 실을 수 있다."
Q. 새로 추진하는 우주국방 분야 연구에 대해서 더 자세히 설명한다면.
"현대전에서는 드론을 빨리 찾는 것이 관건이다. 레이저는 빛의 속도로 보고 정보를 처리하니까 제일 빠른 방법인 셈이다. 레이저로 드론이나 항공기를 탐지·추적하고 다시 레이저로 이를 교란하거나 방어하는 기술을 구현할 수 있다. 작은 드론은 고출력 레이저로 직접 격추도 가능하다.
고도 90~100킬로미터 대기 중에는 소듐(Na) 이온이 존재한다.?여기에 레이저를 쏘면 노란색으로 빛이 난다. 이 빛이 희미한 정도를 측정해 대기 상태를 역으로 유추하는 게 인공별 기술이다. 레이저는 대기 상태에 따라 진행하면서 왜곡되는 정도가 다르다. 대기 상태를 정확히 알아야 레이저의 빛 신호를 정확히 보정할 수 있다."
Q. 인력 교육이나 충원 계획은 어떻게 되나.
"연구원에 광 관련?전문 연구인력과 시설이 갖춰져 있어 인력양성을 할 준비가 돼 있다. 학생이나 박사후연구원(포스닥) 지원사업도 중요하지만 우주국방 관련해서는 신규 전임연구원이 필요한 상황이다. 새 정부에서 과감한 예산, 인력 지원을 해 줬으면 좋겠다.
우주국방에서 광과학과 관련된 인력이 전국적으로 많지 않다. 레이저를 사용할 줄만 아는 게 아니라 장비 자체를 새로 구현할 인력 양성이 필요하다. 군인이나 국방 관련 기업체 인력을 재교육해서 실무에 바로 투입할 수 있는 프로그램을 생각 중이다. 다만 학교 안에 있는 연구원에서 자체 교육 프로그램을 운영하는 게 현행법상 쉬운 게 아니라서 작년부터 고민이다."
Q. 추가 예산을 받는다면 가장 먼저 투자해야 하는 부분은.
"일단은 인력이 제일 시급하다. 결국에는 다 사람이 하는 일이기 때문이다. 그리고 연구원을 운영하기 위한 기본적인 장비들을 교체해야 한다. 이제는 진짜 바꿀 때가 됐다. 초강력레이저 설비 같은 대형 시설은 규모가 커서 예비타당성조사(예타)를 받아야 하는 사업이니까 정책적으로 추진해야 한다."
[이병구 기자 2bottle9@donga.com]
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