원자에서 지구까지: 지구·환경과학에서의 방사광가속기 기법과 연구 사례 리뷰

Abstract

방사광가속기는 원자 및 분자 수준의 정밀 분석을 통해 지구·환경 시스템의 미시적 과정과 거시적 현상을 연결하는 최첨단 연구 인프라이다. 최근 다양한 학문 분야에서 방사광의 활용이 꾸준히 증가하고 있으나, 지구·환경과학 분야의 최신 분석 기법과 연구 동향을 종합적으로 소개하는 국내 연구는 부족한 실정이었다. 본 논문은 이러한 연구 공백을 메우고 다가올 4세대 방사광 가속기 시대를 준비하기 위해 기획되었다. 이를 위해 방사광의 기본 원리와 국내외 방사광가속기 현황을 소개하고, X-선 흡수분광(XAS), X-선 이미징(STXM, X-ray CT), X-선 산란/회절(XRD/SAXS), 적외선분광(IR) 등 핵심 분석 기법들을 국내 연구자들의 국내외 주요 연구 사례와 함께 제시한다. 각 기법의 원리를 설명하고, 이를 활용하여 오염물질의 화학종 규명, 극한 환경에서의 광물 상전이 규명, 화석의 변질 과정 추적 등 복잡한 지구 시스템을 총체적으로 이해하는 연구들을 소개한다. 마지막으로 2029년 준공될 차세대 방사광가속기(K-4GSR)를 맞이하여, 국내 지구·환경과학 연구 역량을 극대화하기 위한 방안으로 이용자 저변 확대와 빔라인 기획에 대한 학계의 적극적인 참여 등을 제언하고자 한다.