(GEKKO XII -- at the Osaka University's Institute for Laser Engineering. Credit: KASUGA, Sho )
레이저 빔은 강력한 에너지를 한 지점에 모을 수 있는 특징 때문에 여러 가지 연구에 응용되고 있습니다. 예를 들면 강력한 레이저 빔을 한 곳에 집중해서 인공 핵융합 반응을 일으키려는 레이저 핵융합 연구같은 경우죠. 따라서 세계 여러 나라의 연구자들이 막대한 비용을 들여 더 강력한 출력을 지닌 레이저를 개발하기 위해서 노력하고 있습니다.
최근 일본의 오사카 대학의 고속점화실험 레이저(LFEX(Laser for Fast Ignition Experiments))는 미국의 국립점화시설(NIF) 및 텍사스 대학의 텍사스 페타와트의 이전 기록을 뛰어넘는 고출력 레이저 발사 시험에 성공했다고 발표했습니다. 이들이 세운 기록은 미국 국립점화시설의 500조 와트와 텍사스 페타와트의 1페타와트(PW)를 뛰어넘는 2페타와트입니다.
참고로 1페타와트(PW)는 10의 15제곱 혹은 1,000,000,000,000,000W입니다.
하지만 이런 초고출력 레이저의 에너지는 사실 매우 작습니다. 현존하는 어떤 레이저도 이런 고출력을 장시간 감당할 순 없기 때문이죠. 따라서 레이저 빔을 발사하는 시간은 극도로 짧아서 이번 발사 시간도 1조분의 1초였습니다.
이점은 미국의 국립점화시설이나 텍사스 페타와트 레이저도 마찬가지입니다. 1페타와트 레이저를 발사는 텍사스 대학의 초고출력 레이저도 이런 이유로 에너지는 150~200J에 지나지 않습니다. 텍사스 대학의 연구 책임자인 마이클 도너번(Michael Donovan)에 의하면 이는 100W 전구를 2초간 켤 수 있는 수준입니다.
오사카 대학의 고속점화실험 레이저 이보다 100배 강한 에너지를 지녔지만, 역시 120m에 달하는 거대한 레이저 발사장치치곤 아주 작은 에너지를 가지고 있습니다. 그러나 연구의 목적에 따라서는 이것이 큰 문제가 아닐 수도 있습니다.
예를 들어 과학자들은 중수소와 삼중수소로 되어 있는 연료 펠릿에 강력한 레이저를 발사해서 인공 핵융합 반응을 일으키려고 합니다. 짧지만 강력한 레이저로 제어할 수 있는 만큼의 소규모 핵융합 반응을 유도하려는 것이죠.
소규모 핵융합 반응을 제어가 가능한 수준으로 연속적으로 일으킬 수 있다면 인류는 무한대의 청정에너지인 수소 핵융합 에너지를 사용할 수 있습니다. 물론 아직 기술 단계로는 어려운 일이지만, 연구는 계속되고 있습니다. 물론 이런 고출력 레이저는 고에너지 물리학 연구 등 다른 여러 가지 기초 과학 연구에도 사용되므로 여기에 대한 투자는 중요합니다.
오사카 대학의 목표는 현재 레이저의 출력을 10페타와트로 높이는 것이라고 합니다. 이 분야에서는 미국이 앞서 있지만, 이번 신기록 수립에서 보듯이 일본의 기초과학기술 저력은 무시할 수 없는 수준이죠. 우리 입장에서 보면 부러운 일입니다.
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