미 의회는 지난해 10월 지상에서 인공위성에 에너지를 전송하는 미 항공우주국(NASA)의 셀레네(SELENE)계획에 100억달러의 예산을 지원키로 승인했다.이 계획은 차세대레이저로 불리는 자유전자레이저를 지상에서 인공위성에 쏘아 위성을 반영구가동할 수 있는 에너지원을 제공한다는 야심찬 내용이다.
자유전자레이저를 망원경을 통해 정확히 위성에 쏘아주면 마치 태양빛을 전기에너지로 변환시켜 쓰듯 위성의 에너지원이 된다.
집적된 레이저빛은 태양빛보다 효율이 월등히 높아 작은 전지판으로도 오랜 수명을 유지할 수 있다. 일본은 이미 수년 전 기구에 에너지를 전송하는 실험에 성공했다.
「꿈의 레이저」자유전자레이저의 한 응용분야다. 자유전자레이저란 전하(電荷)를 띤 빔을 쏘아 자기장을 통과시켜서 얻어지는 레이저.
전하가 자기장을 통과하는 과정에서 전자가 자유롭게 방향이 바뀌기 때문에 붙여진 이름이다.
탄산가스, 엑시머, 루비등의 매질을 통과시켜 만들어내는 기존 레이저가 파장장이 매우 제한적인데 반해 자유전자레이저는 광범위한 영역의 파장을 모두 낼 수 있다는 점이 특징이다.
이 다양한 파장의 빛은 분자단위의 미세한 대상을 들여다보고 조작하는 것부터 탄도탄을 파괴하고 우주로 쏘아보내는 것까지 세상을 만들고 부수는 막강한 능력을 발휘한다.
국내에서도 최근 한국원자력연구소 이종민·정영욱박사팀이 마이크로트론(소형가속기) 자유전자레이저 개발에 성공, 우리도 차세대 레이저 개발의 경쟁대열에 올랐다.
이박사팀이 개발한 자유전자레이저의 파장은 원적외선 영역. 원적외선 영역은 주로 분자수준에 유용한 대역이라 DNA·단백질의 3차원 구조를 분석하고, 수백 도 또는 수십 기압에서나 가능한 화학반응을 광촉매로 대기압에서 일으키며, 문제가 있는 생체조직만 제거하는 등에 쓰일 수 있다. 앞서 NASA의 에너지전송프로젝트, 또는 탄도탄을 쏘아 맞추는 군사용으로는 주로 근적외선, 자외선 레이저가 쓰인다.
이번에 개발된 레이저는 지름이 70㎝에 불과한 소형 마이크로트론 레이저라는 점에서 주목을 받고 있다.
미국 산타바바라에 위치한 캘리포니아주립대가 7년 전 세운 자유전자레이저가 5층짜리 건물만한 점을 고려하면 효율이 월등히 높아진 셈이다.
이박사는 『현재 1~3테라헤르츠인 파장영역을 0.5~15테라헤르츠로 확장해 활용성을 더욱 높일 예정』이라고 말했다.
김희원기자
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