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원자력연 정영욱 박사팀이 개발한 전자카메라는 ‘초고속전자회절장치’라 부르는 장비로, 32펨토 초의 시간분해능을 갖추고 있어 세계에서 원자와 분자의 운동을 가장 빠르게 포착할 수 있음.

원자의 움직임은 보통 펨토초(1000조분의 1초)에서 피코초(1조분의 1초) 단위로 매우 짧은 순간 일어나는데 초고속전자회절장치는 이러한 반응을 포착할 수 있음.

현존하는 가장 우수한 미국 스탠퍼드선형가속기연구소(SLAC) 보유의 초고속전자회절장치가 100펨토초의 시간분해능을 갖는 것과 비교할 때 이번에 원자력연이 개발한 장치는 이보다 3배 더 빠른 원자의 움직임을 잡을 수 있음.

지금까지 이 기술분야는 원자의 움직임을 더 빠르게 측정할수록 밝기가 점점 더 어두워지는 문제가 있었으나 원자력연에서 개발한 초고속전자회절장치는 미국 SLAC 장치보다 약 100배 더 밝게 관측할 수 있어 분자구조의 변화를 더욱 선명하게 잡아낼 수 있음.

원자력연구원이 개발한 전자회절장치가 속도와 밝기에서의 우수한 성능을 갖는 것은 단순하지만 기발한 ‘90도 휨’ 형태의 독창적인 구조 덕분으로, 전자회절장치는 찰나의 시간에 발생하는 원자의 움직임을 촬영하기 위해 분자에 자극을 주는 레이저 펄스와 자극에 따른 반응을 포착하는 전자빔을 쏨. 이렇게 촬영한 이미지를 이어 붙이면 분자의 변화과정을 나타내는 영상을 얻을 수 있음.

연구팀은 이번 장비의 개발로 과학자들이 꿈꿔왔던 아토초(100경분의 1초) 대역의 시간분해능까지 도달이 가능할 것으로 전망하고 있음. 또 향후 초고속전자회절 기술을 활용해 지금은 간접적으로 측정하고 있는 원자 내 전자의 움직임도 직접 측정할 수 있을 것으로 기대함.