EBS1 과학다큐 비욘드

 

신도 가지지 못한 빛 레이저

 

태양과 같은 고온의 물질에서 생성되며

세상을 환히 밝히고 만물을 키우는 에너지 빛

그리고 인류가 만들어 낸 빛 ‘레이저’

인류는 자신들이 만들어낸 빛을 이용해

불가능했던 과학의 영역들을 개척해 나가고 있다.

 

자율 주행 자동차의 실현을 위한 핵심기술인 레이저 기술은 무엇일까?

산업, 생활, 의료 등등 우리 생활 전반에 거쳐 응용되고 있는

레이저 기술은 무엇이 있을까?

그리고 무한한 잠재력을 가진 레이저 기술로

인류는 핵융합과 우주 등의 미지의 영역을 정복할 수 있을까?

 

본 프로그램은 레이저의 발진 원리부터

생활에서 사용되고 과학 분야에서

연구되고 있는 사례들을 살펴봄으로써

레이저 과학의 현주소를 점검해본다.

 

* 방송일시 : 2017년 8월 17일(목) 밤 9시 50분, EBS1

 

자율 주행 자동차의 핵심 레이저 기술 ‘라이다’

 

‘라이다’란 레이저를 쏘아 돌아오는 수신 정도로 사물의 거리와 위치 등을 파악하는 기계이다. 빛은 사물에 닿으면 통과하지 못하고 반사되어 돌아오는 특징을 갖고 있는데 레이저를 이용하면 수신된 정보를 가지고 정밀한 지도를 만들 수 있다.

사람의 개입 없이 자동차 스스로의 판단으로 운전하는 자율 주행 자동차는 주변 감지 기술이 필수인데 그 기술의 핵심이 바로 라이다 기술이다. 자율 주행 자동차는 라이다 센서를 이용해 주변 사물의 데이터를 수집 후 행동을 결정하게 된다. 이외에도 라이다는 공기에 떠있는 화산재, 화재로 인한 분진 그리고 스모그 등의 대기 관측 분야에서도 가장 활발히 쓰이고 있다.

빛의 원리를 이용한 라이다 기술뿐만 아니라 산업, 생활, 의료분야 등 다양한 분야에 사용되고 있는 레이저 기술 사례와 원리를 통해 레이저에 대한 현 단계 과학의 주소를 점검해본다.

 

 

기초과학연구원, 세계 최고 출력의 ‘초강력 레이저 빔’ 개발

 

광주과학기술원(GIST) 내에 위치한 기초과학연구원(IBS)은 지난해 10월 4PW(페타와트) 급의 초강력레이저 빔 개발에 성공했다. 4PW(페타와트)는 4000조 W에 해당하는데 이는 전 세계 인류가 소비하고 있는 발전용량을 다 합친 것에 천 배에 해당하는 용량으로 실제로 사용 가능한 레이저로는 세계에서 가장 높은 출력이다.

레이저빔은 강력한 에너지를 한 지점에 모을 수 있다는 특징 때문에 여러 가지 연구에 응용되고 있다. 이러한 특징은 핵융합을 위한 필수조건으로 자리하고 있다. 핵융합이란 원자핵을 결합시켜 더 무거운 다른 종류의 원자핵을 만드는 반응으로 이때 초강력 레이저가 필수적으로 사용된다. 핵융합으로 발생한 에너지를 전기에너지로 바꾸면 차세대 에너지원으로 활용할 수 있는데 이때 발생한 에너지는 핵분열 발전보다 훨씬 많은 에너지에 해당한다.

더욱더 강력해지고 있는 초강력 레이저 빔. 그리고 이를 활용한 핵융합 과정. 미래 청정 에너지원을 만들기 위한 핵융합 에너지의 발전과정과 필수조건인 초강력 레이저의 연구과정을 핵융합 에너지의 가능성을 점검해본다.

 

 

레이저를 이용한 ‘우주 광통신’ 프로젝트

 

지난 2013년 1월, 나사의 달 정찰 괘도 탐사선은 약 38만 6천 킬로미터 떨어진 지구에서 모나리자 그림을 수신하는데 성공했다. 이때 달에서 보낸 정보가 지구에 도달한 속도는 622Mbps. 우리나라의 LTE보다도 5~6배 빠른 속도이다. 그리고 인공위성을 추적하는 방법에도 레이저를 이용한 SLR 시스템이 활발하게 사용되고 있다. 그렇다면 우주 광통신 분야에서 레이저가 사용되고 있는 이유는 무엇일까?

레이저를 통신의 매개체로 사용하려는 이유는 우주공간의 상태와 관련이 있다. 지구상에는 빛의 진로를 막는 대기층과 먼지, 눈과 비등의 방해물이 많은데 반해 우주에는 방해물이 거의 없기 때문이다. 그리고 단색을 가진 레이저의 특성상 빛이 되돌아오는 순간에 다른 색의 빛과 섞여도 충분히 분류가 가능해 정보 수집에도 용이하다.

대기관측 분야를 넘어 우주관측 분야에서도 활발히 활용되고 있는 레이저. 나사의 레이저를 이용한 우주 광통신 사례를 살펴보고, 상공 2만 5천 킬로미터 위에 떠있는 인공위성을 추적하는 SLR 시스템의 과학적 원리를 살펴봄으로써 레이저의 가능성을 살펴본다.

 

* 관련 사진은 EBS 홈페이지-온에어-오늘의 TV 섹션, 해당 방송 날짜에 있습니다.

 

끝.