"블랙홀급의 자기장"을 지구상에서 생성할 수 있을 가능성 있다!'현재의 기술로도 실현할 수 있다'는 연구 결과

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강력한 자기장은 지구상에서 어느 정도까지 만들어 낼 수 있는 걸까요?

지금까지 실험으로 만들어진 자기장은, 최고가 약 1200테슬라(1킬로테슬라강) 정도입니다.

그러나, 과학잡지 「ScientificReports」에 10월 6 일자로 게재된 연구에서는, 메가 테슬라(100만 테슬라) 급의 자기장 생성을 가능하게 하는 방법이 보고되고 있습니다.

현재는 컴퓨터 시뮬레이션 상에서 확인된 방법이지만, 이는 기술적으로 실현 가능한 것이라고 합니다.

메가 테슬라 수준의 자기장은 중성자별이나 블랙홀 주변의 자기장에 필적하는 매우 강력한 것입니다.

실현된다면 인류 역사상 가장 큰 자기장이 지구상에 발생하게 될 것입니다.

■ 일반적인 자기장의 세기는 어느 정도일까?

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자기장이라함은 보통 우리 가까이에 발생하고 있는 것들 입니다.

그러나, 그 힘은 매우 미미한 것으로, 예를 들면 나침반의 바늘을 북쪽으로 향하는 지자기는 0.3~0.5 가우스 정도, 100 정도로 팔리고 있는 강력 자석은 1400 가우스~2500 가우스 정도로, 의료 현장에서 사용되고 있는 핵자기 공명 화상(MRI)이 사용하는 자장은 약 1 테슬라(1만 가우스)가 일반적입니다.

참고로 앞에서 자기장의 단위로 가우스와 테슬라가 나오 는데 정확히는 모두 자기속 밀도를 나타내는 단위로 단위면적당 자기속(자계의 세기)을 나타내는 단위입니다.

시대와 함께 사용되는 단위가 바뀌었습니다만, 10000 가우스가 1 테슬라에 해당합니다.

지금까지 실험실에서 생성된 최대의 자기장은, 레이저를 사용한 방법으로 약 1200테슬라(1킬로 테슬라강)입니다.

1200테슬라를 발생시킨 실험 모습이 동영상으로 공개되고 있는데, 킬로테슬라 수준에서도 상당히 강력한 자기장임을 알 수 있습니다.

https://youtu.be/Hsu6FG_3adU

그러나, 금번 새로운 연구에서는 자기장의 세기를 세 자리수나 웃도는 메가테슬러(100만 테슬라) 레벨의 자기장 생성을 실현할 수 있다고 합니다.

■ 머리카락정도 굵기의 튜브를 사용하여 블랙홀급 자기장 생성

credit: M. Murakami,大阪大学Resou

그 강력한 자기장의 발생에 사용하는 것은, 무려 사람의 머리카락의 10분의 1정도 굵기의 아주 작은 플라스틱 마이크로 튜브입니다.

이 튜브 내에 강력한 레이저 펄스를 내리쬐면 초고온 전자가 공동 내에서 팽창하며 폭발적 압축을 일으켜 진공을 생성하게 됩니다.

이 진공과 하전입자가 상호작용을 하여 강력한 전류 (전하의 흐름)가 발생하고 그 결과 초강력 자기장이 생성되는 것입니다.

여기에서 발생하는 자장은 약 10나노초 만에 소실되는데 물리실험을 하기에는 충분한 시간이라고 합니다.

오사카 대학의 연구자 무라카미씨를 시작으로 한 연구팀은, 이것을 슈퍼 컴퓨터로 시뮬레이션 해, 현대 기술로 실현할 수 있을 가능성을 확인했습니다.

이 실험을 하기 위해서는 총출력이 10~100 페타와트(1 페타와트는 1000조 와트)의 레이저 시스템이 필요한데,

10 페타와트의 레이저는 이미 유럽의 일부에서 실용화 단계이고, 100 페타와트 레이저 개발 계획은 중국 등이 실시하고 있다고 2018년에 과학잡지 Science 에 보고 되었습니다.

■ 블랙홀에 필적하는 이러한 극단적인 자기장을 어디에 이용할 것인가?

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메가 테슬라 수준의 자기장은 블랙홀이나 중성자성 등의 특수 천체 주위에 발생하고 있는 자기장과 필적하는 것 으로 여겨지고 있습니다.

그러한 강력한 자기장을 만들어서 무엇에 쓸것인가? 라고 일반인 시선에는 의문을 갖게 되겠지만, 이러한 극단적 으로 강력한 자기장을 만들어낼 수 있으면, 중성자별이나 블랙홀의 주변에서 일어나는 물리적 현상을 실험실 안 에서 손쉽게 이해할 수 있게 됩니다.

또한, 차세대 에너지원으로 기대되고 있는 핵융합로 등에서도 작은 영역에서 플라즈마를 가두는 방법으로 강력한 자기장 생성이 요구되어 지는데 이곳에도 응용가능 합니다.

이 연구는 우주의 이해뿐만 아니라 인류 미래의 에너지 문제까지 폭넓게 응용 가능한 중요한 기술이 될 수도 있습니다.

reference: livescience,大阪大学



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