한국과학기술원 남창희 교수

레이저를 이용한 결맞는 X-선 발생연구
이달의 과학기술자상 5월 수상자
한국과학기술원 남창희 교수

한국과학재단(이사장 김정덕)과 서울경제신문이 공동주최하고 과학기술부와 한국방송공사(KBS)가 공동 주최하는「이달의 과학기술자상」(제61회)시상식이 지난달 18일 과학기술부에서 채영복 과학기술부 장관과 김정덕 한국과학재단 이사장, 서울경제신문 김진동 주필 등이 참석한 가운데 열렸다. 제 61회 수상자는 중력을 측정하는 장치인 힘표준기의 정확도를 정량적으로 평가할 수 있는 기술을 독자개발, 우리나라 평가 능력을 선진국 수준으로 향상시킨 한국표준과학연구원의 강대임(姜大任ㆍ44) 물리표준부 부장이 선정됐다. 강대임 박사에게는 과학기술부 장관상과 상패, 그리고 1천만원의 상금이 전달됐다.

첨단 핵심기술 ‘레이저연구’ 큰 성과
레이저의 활용도는 계속 넓어지고 있다. 최근 각광을 받고 있는 NT, BT, IT 등도 모두 레이저 기술을 기반으로 하고 있다. 이에 미국, 유럽, 일본 등 선진국들은 레이저 기술개발에 총력을 기울이고 있다.

남창희 한국과학기술원 교수는 척박한 국내 레이저 연구분야에서 독보적인 위치를 차지하고 있다. 국내에서는 남 교수 이외에 포항공대와 원자력연구소에서 연구를 하고 있으나 아직은 낯 설은 분야다.

남 교수는 극히 짧은 시간에 엄청난 출력을 내는 레이저를 개발하고 그 것을 이용해서 X선을 발생시키는데 성공했다. 남 교수는 국내 레이저 관련 연구수준이 뒤떨어진 상태에서 세계적 수준의 연구결과를 발표했다는 점에서 의의가 크다.

선진국 의존형 연구에서 탈피
남 교수는 전 세계 총 전기출력에 해당하는 3테라와트(1조와트)에 해당하는 레이저광을 원자에 접속해서 레이저 특성을 갖는 X선을 발생시키는데 성공했다.

남 교수는 20펨토초(1,000조 분의 1초) 동안 3테라와트의 출력을 내는 티타늄사파이어 레이저 장치를 지난 98년 4년 연구를 통해 개발했으며 이 레이저를 아르곤, 네온, 헬륨 등의 기체원자에 집속(빛을 조그마한 점에 모음)시켜 연X선 영역에서 레이저특성을 갖는 결맞는 X선을 발생시켰다. 남 교수는 “레이저 부문은 발전가능성이 무한한 신 개척분야”라며 “레이저 기술이 발전되지 않으면 NT, BT, IT 기술은 더 이상 발전하기 어렵다”고 설명했다.

펨토초 테라와트 레이저는 매우 값이 비싼 장치이기 때문에 선진국에서나 활용하던 장비였으나 남 교수는 수년간의 각고 끝에 ‘장파장 주입법’이라는 고유기술을 이용해서 시스템을 자체 개발하는데 성공했다. 기존의 테라와트 레이저 시스템에 비해 펨토초 테라와트 레이저는 그 규모가 훨씬 작아서 제작비용을 크게 줄일수 있었다. 펨토초 테라와트 레이저 시설의 건설비용이 낮아졌다고 하지만 상용제품을 구입하는 경우 적어도 50만~100만달러이상 소요돼야 했다.



그러나 남 교수는 일부 장비만 수입하고 대부분 시설을 자체 제작함으로써 건설비용을 20만 달러 정도로 줄일 수 있었다. 이는 고가의 연구장비를 수입에 의존하는 선진국 의존형 연구에서 탈피한 좋은 예라고 볼 수 있다.

세계 수준의 연구결과 일궈내
연구과정의 어려움에 대해 남 교수는 “이 분야는 특성상 연구비가 엄청나게 들어간다”며 “연구비가 부족해서 고가의 실험장비를 구입하기 어려웠다”고 털어놨다.

그는 또 결맞는 X선 발생분야에서 세계적 수준의 연구결과를 일궈냈다. 강한 펨토초 레이저를 가스상태의 원자에 집속시킬 때 발생하는 고차조화파 X선의 급속한 청색변이(짧은 파장쪽으로 이동하는 현상)에 대한 연구결과를 지난 99년 9월 물리분야의 대표적인 학술지인 미국 물리학회 발간 피지칼 리뷰 레터에 발표했으며 이 논문은 2년 동안 25회나 인용됐다.

남 교수의 연구업적은 세계적으로 인정돼 국제 X선 레이저학술회의, 국제 광공학 학회, 미국 레이저 및 광전자 학회, 국제 관성 핵융합 학술회의, OECD 전지구 과학포럼 워크숍 등의 학술회의에서 초청논문을 발표했다.

또 ‘물질의 구조와 동력학 연구를 위한 거대시설’ 전지구 과학포럼 워크숍의 고출력 레이저 시설에 대한 보고에서도 그 연구결과가 인용될 정도로 남 교수의 연구업적은 세계적인 명성을 얻고 있다. 또 이달 말 미국에서 열리는 국제 X선 레이저 학술회의에도 초청논문 발표자로 선정되는 영예를 안았다.

이러한 업적은 국내의 제한적 연구비를 감안할 때 매우 고무적인 일로서 연구를 통해 남 교수는 고출력 펨토초 레이저 기술, 극자외선(자외선보다 파장이 더 짧은 영역) 분광기술을 국내에 보급했으며 고출력 펨토초 레이저 분야와 초강력 레이저장 물리 분야의 국내위상을 크게 향상시켰다. 남 교수의 연구업적은 초기에 국방부 위촉 전자광학특화연구센터를 통해 지원됐으며 현재는 과학기술부 창의적연구진흥사업을 통해 지원되고 있다.

남 교수의 연구성과는 X선 홀로그램과 초고속 연상 계측 등에 응용될 전망이다. 그러나 향후 연구실적에 따라 응용분야는 무궁무진할 것으로 예상된다.
한수진기자<[e-mail]>