한국표준과학연구원(원장 박현민)은 순수 국내 기술로 개발한 키블저울로 질량단위인 킬로그램(㎏) 측정값을 구현, 국제비교 참가에 성공했다고 10일 밝혔다.
키블저울은 전자기력으로 물체에 작용하는 중력을 가늠, 질량을 측정하는 장비다. 국제비교는 각 나라의 측정값을 비교하는 것이다.
이번 국제비교 참가 선제조건은 불확도 200마이크로그램(㎍) 이하를 달성하는 것이었다. 표준연은 120㎍ 이하를 달성했다.
질량 단위 ㎏은 그동안 백금과 이리듐을 합금한 금속 원기로 정의해 왔다. 그러나 100여 년 동안 약 수십 마이크로그램(㎍·100만분의 1g)이 변한 것으로 추정돼 정확성에 문제가 제기됐다.
이 때문에 불변 상수인 '플랑크 상수(h)' 값을 이용해 물체 질량을 구현하는 키블저울이 고안됐다. 키블저울은 질량, 중력가속도, 전기, 시간, 길이 등 수많은 측정표준의 집합체로 모든 측정의 불확도가 10㎍수준으로 구현돼야 한다. 표준연 플랑크상수질량팀은 2012년 연구를 시작해 2016년 처음으로 키블저울을 설치했다.
연구팀은 2016년부터 △직선 운동 향상을 위한 메커니즘 구현 △고속 제어 알고리즘 적용 △자석 균일도 향상 △잡음 개선 △전자기력과 중력 간 정렬 방법 제안 등 모든 부분을 개선해 지금 수준의 최종 결과를 얻었다.
현재 키블저울로 구현한 세계 최고 수준 불확도는 미국과 캐나다만 이룬 약 10㎍ 수준이다. 그러나 두 나라 사이 결과가 불일치 해 향후 10여 년간 5번 정도 추가 국제비교가 진행될 예정이다.
김동민 책임연구원은 “캐나다, 미국 등 선진국보다 30년 이상 늦게 시작한 연구지만 최단기간 내 키블저울을 개발, 국제비교에 참가할 수 있게 돼 뿌듯하다”며 “향후 국제비교에서도 좋은 결과를 낼 수 있도록 최선을 다하겠다”라고 말했다.
이광철 책임연구원은 “그동안은 원기를 보관하고 있는 프랑스가 질량 기준을 이끌었지만, 앞으로는 키블저울을 개발하는 국가가 역할을 분담하게 될 것”이라며, “기술 종속국이 아닌 기술 주도국으로써 첨단 산업 발전의 기틀을 마련하겠다”고 밝혔다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
