기술동향
/작성자:

“톈옌”으로 쌍성펄서계 최초로 발견

2020년 3월 27일, 중국과학원 국가천문대 박사연구생 왕린(王琳)/펑보(彭勃) 연구팀은 맨체스터대학교(The University of Manchester) Benjamin W. Stappers 연구팀 등과 공동으로 중국 톈옌(天眼)으로 불리는 직경 500미터 구면 전파망원경(FAST)으로 헤라클레스자리 구상성단(M13)에서 쌍성펄서계를 발견함과 아울러 펄서 타이밍 관측을 통해 해당 쌍성계는 1개의 펄서와 1개의 백색왜성으로 구성되었음을 입증했다. 이는 FAST에 의해 발견된 첫 쌍성펄서계이며 또한FAST에 의한 첫 펄서 타이밍 관측 연구 성과이다. 해당 성과는 "The Astrophysical Journal Letters(ApJ)"에 게재됐다. 2017년 12월부터 2019년 9월까지, 왕린 등은 FAST 초광대역 수신기로 1라운드 관측, 다중빔 수신기로 24라운드 관측 등 누계로 약 31시간 동안 관측을 수행하여 M13 에서 쌍성계에 위치한 밀리초 펄서 M13F를 발견했다, 또한 해당 성단(Star cluster) 중의 다른 1개 펄서 M13E가 식쌍성임을 입증한 한편 최초로 M13에서 M13F를 포함한 4개의 쌍성펄서계의 궤도 타원율을 측정함과 아울러 M13에서 현재까지 발견된 펄서의 세계에서 가장 좋은 타이밍 결과를 획득하였다. 이는 FAST가 구성성단에 대한 최초의 고감도 펄서 탐색 및 타이밍 결과로서 FAST의 흐릿한 미약 신호 펄서 탐사 능력을 보여줌과 아울러 구상성단 M13 중의 펄서 성질 및 분포 연구 공백을 메웠다. M13F 펄서는 두 가지 특성을 보유하고 있다. 1) 밀리초 펄서인 M13F는 밀리초 펄서이며 자전주기가 3밀리초이고 또한 M13 중에서 자전속도가 2번째로 빠른 펄서이다. 2) M13F 펄서는 쌍성계에 위치하여 있고 질량 하한이 태양 질량의 약 0.13배에 달하는 백색왜성과 상호 공전하면서 쌍성계를 형성하며 공전 주기는 1.4일이다. 해당 두 가지 특성은 주로 구상성단의 독특한 환경에 의해 초래된 것이며 향후 FAST로 M13에 대한 지속적인 장기간의 타이밍 관측을 수행하여 저밀도 구상성단 중 펄서의 진화과정을 규명할 필요성이 있다. 이번 첫 쌍성펄서계 발견을 통해 FAST는 알려지지 않은 쌍성펄서 발견 능력을 보유하고 있을 뿐만 아니라 기타 망원경에 비하여 더욱 우수하게 관측할 수 있음을 입증했다. 연구팀은 향후 지속적으로 FAST를 이용하여 더욱 많은 구상성단 펄서에 관한 연구를 수행하고 현재까지 발견하지 못한 펄서-블랙홀 쌍성 등 더욱 극한 조건의 쌍성계를 발견할 전망이다. 구상성단은 대량의 중력에 의해 구속된 항성으로 구성되고 대부분 은하헤일로에 존재하며 전파 펄서(Radio pulsar) 특히 밀리초 펄서 "생산 공장"으로 각광받고 있다. 현재 약 30개 구상성단에서 이미 157개 펄서가 발견됐는데 90% 이상이 밀리초 펄서이고 약 60%가 쌍성계에 위치하며 해당 비율은 은하원반 중의 펄서에 비하여 훨씬 높다. 이번 FAST에 의한 M13F 발견은 구상성단 펄서 샘플을 더한층 풍부히 하고 치밀한 천체 진화 연구를 추진할 전망이다. 2020년 1월, FAST는 순조롭게 국가 검수에 통과되어 오픈 운영에 돌입했으며 현재까지 "우주 등대"로 불리는 펄서를 114개 발견함과 아울러 검증했다. FAST는 펄서 시간측정 어레이, 드리프트 스캔(Drift-scan) 다학제 목표 전천탐사 등 과학관측 프로젝트를 지속적으로 가동하여 과학성과 창출 단계에 진입하고 있다.

중국 원로급 원사 국가 희토산업발전 제언

/
최근 중국과학원과 중국공정원의 원로급 원사들은 ‘희토와 환경문제’를 주제로 세미나를 개최하고 희토산업발전을 위한 제언을 했다. 이번 회의는 지난 2월 16일 원자바오(溫家寶) 중국총리가 국무원 상무회의에서 희토산업발전 정책조치를 확정한지 얼마 안되는 시점에서 개최된 것이어서 산업계의 주목을 받고 있다. 회의에 참가한 원사들은 지난번 국무원회의에서 확정한 정책조치는 국가의 미래 희토산업발전에 대해 중요한 의의를 지닌다고 높이 평가했다. 희토는 재생이 불가능한 중요한 전략적 자원으로서 신에너지, 신소재, 환경보호, 우주항공, 전자정보 등 분야에서 광범위하게 응용되고 있다. 그동안 중국은 세계 제1위의 희토 생산·수출 및 소비 대국으로 급부상하면서 세계적인 입지를 굳혀왔다. 하지만 희토산업 발전과정에는 여전히 불법채굴단속 어려움, 생태환경 파괴, 자원낭비 심각, 고부가가치 응용제품 개발 낙후, 수출질서 혼란, 인체건강 영향 등의 문제점이 존재하고 있다. 이번 회의에서 원사들은 희토산업의 발전을 위한 구체적인 제언을 하였다. 첫째, 희토자원 실태를 파악하여 국가 희토 개발, 이용, 저축 및 무역 전략을 제정한다. 둘째, 투자를 강화하여 희토채굴과정의 환경보호문제를 해결하며 희토의 수출가격을 합리적으로 조정한다. 셋째, 각종 희토의 중요성 및 중국 희토자원의 보유상황에 근거해 수출 통제를 강화한다. 넷째, 희토의 인구 및 건강에 미치는 영향을 체계적으로 연구하여 희토의 안전한 투여량을 제정한다. 다섯째, 희토의 군용, 우주, 에너지 등 첨단기술분야에서의 중요한 역할을 홍보한다. 여섯째, 포두제강(包钢)은 희토의 종합이용 위주의 희토 자원관리, 개발 및 고부가가치 산업응용의 전범이 되기 위해 노력한다. 중국공정원의 저우지(周济) 원장, 간융(干勇) 부원장, 스창쉬(师昌绪) 양원원사, 중국과학원 쉬광센(徐光宪) 원사 등 20여명의 원사와 전문가들이 이번 세미나에 참가했다.

중국정부 희토 채굴규제 강화

/
중국 정부가 전략자원인 희토류 통제를 강화하기 위해 불법채굴단속 강화와 산업구조조정에 나섰다. 원자바오(溫家寶) 중국총리는 2월 16일 국무원상무회의를 소집하고 희토산업의 지속적이고 효율적인 발전을 위해 정책적 조치를 마련하였다고 밝혔다. 이 정책조치는 향후 5년안에 희토산업의 채광 합리화, 생산질서 유지, 이용 효율성 강화, 선진기술 확보, 집약화 발전구도를 갖추고 보다 효율적인 발전을 위해 힘써야 한다는 내용을 골자로 한다. 희토류는 재생이 불가능한 중요한 전략적 자원으로서 신에너지, 신소재, 환경보호, 우주항공, 전자정보 등 분야에서 광범위하게 응용되고 있다. 그동안 중국은 희토채광, 제련분리 및 응용기술을 많이 개발하여 산업규모를 지속적으로 확대해왔다. 하지만 희토 불법채굴은 여전히 단속하기 힘들고, 제련분리 생산규모의 확장이 지나치게 빠르며, 생태환경파괴와 자원낭비가 심각하고, 고부가가치 응용제품의 개발이 낙후하며, 수출질서가 혼란한 등의 문제점이 존재하여 산업의 건전한 발전에 심각한 영향을 끼치고 있다. 회의에서는 희토산업의 발전방식을 조속히 바꾸어 채굴, 제련과 응용 기술수준을 높이고, 환경보호와 자원절약, 총량통제와 저축량 최적화를 고수하며, 국내외시장의 자원을 조율하여 국제협력을 강화할 것을 강조했다. 이를 위해, 첫째 산업감독관리체계를 구축 및 정비해 산업관리를 강화하고 개선한다. 희토자원에 대해 보다 엄격한 채굴보호정책과 생태환경보호표준을 적용하여 산업과 환경의 비준진입문턱을 높인다. 국내자원과 생산, 소비 및 국제시장 상황을 종합적으로 고려하여 연간 희토 채굴총량과 수출쿼터를 합리적으로 확정한다. 관련 법률법규를 조속히 보완한다. 둘째 희토채굴 불법단속프로그램을 추진하되 불법채굴, 통제지표초과채굴, 불법생산, 생산계획 초과, 생태파괴, 환경오염 등의 각종 불법행위를 엄하게 단속하고 산업질서를 유지한다. 셋째 산업의 인수합병을 강화하고 산업구조조정을 최적화한다. 희토자원개발의 통폐합을 심층적으로 추진하고 산업 인수합병을 강화하며 산업집중도를 높인다. 또한 기업 기술개조를 강화한다. 넷째 희토 핵심응용기술 개발과 산업화를 강화한다. 희토생산응용기업, 연구개발기구와 대학을 선도하여 정밀가공과 종합이용기술을 크게 발전시키고 자주적 지적재산권의 과기성과의 산업화를 추진하여 전략적 신성장동력산업의 발전을 지원한다. 회의는 책임분업을 확정하였고 각 관계 지역과 부처가 지도와 조율을 강화할 것을 요구하였으며 검사를 강화하고 책임제를 실시하여 각항 정책조치를 시행할 것을 촉구했다.

중국 고분자 및 복합재료제조과정 최적화설계시스템 개발

/
중국과학원 장춘응용화학연구소와 산동대학은 협력하여 ‘고분자 및 복합재료제조—구조—성능 상관관계의 유한요소분석 및 최적화설계’에서 진전을 가져왔다. 고분자재료제조—구조—성능의 상관관계 및 그 법칙을 정량적으로 밝혔고 재료제조과정의 최적화 설계시스템을 발전하였으며 자체 개발한 시뮬레이션 소프트웨어를 널리 응용시켰다. 이 기술은 2010년도 길림성(吉林省) 과학기술진보상 1등상을 수상했다. 고분자 및 복합재료의 산업화제조과정은 복잡한데, 재료는 대부분 非등온, 非등압, 복잡한 변화상태에 처해 있으며 게다가 화학적 열효과, 겔효과, 점성 열소비효과 등의 현상으로 인해 재료구조와 성능은 시간, 공간내의 非균일성을 유발하며 심지어는 재료의 사용성능에 영향을 미칠 수 있다. 그동안 국내외의 많은 학자들은 해당 문제의 연구에 주력하였고 복잡한 가공조건에서 재료제조—구조—성능의 상관관계 및 그 법칙을 밝혀 재료의 최적화설계와 최적 처리창의 선택을 실현하려고 시도하였으나 시뮬레이션의 복잡한 제조과정, 집적연구 실현 및 정량 재료구조와 성능의 시간변화와 공간분포법칙 규명 등에서 진전이 미미했다. 장춘응용화학연구소와 산동대학은 재료성능에 대한 정량조절제어메커니즘 규명, 재료제조과정의 최적화설계 실현 등의 핵심문제에 입각하여 2002년부터 ‘고분자 및 복합재료제조—구조—성능 상관관계의 유한요소분석 및 최적화설계’에 대한 연구를 추진했다. 연구자는 유한요소법, Monte Carlo법, 증분이론, 반응통계학, 화학유변학, 최적화설계 등의 다양한 학과지식을 종합적으로 활용하였고 실험연구, 이론연구와 시뮬레이션을 상호 결합시켰다. 고분자재료의 겔 전이, 폴리올레핀의 반응압출, 섬유복합재료의 액체상태 모형 등의 대표적인 재료제조과정에서 최초로 겔제조과정의 유한요소 시뮬레이션을 목표함수풀이방법으로 삼았고 유전자 알고리즘을 재료성분과 제조조건의 검색최적화방법으로 삼았으며 겔 전이과정의 최적화설계의 컴퓨터모의시스템을 구축했고 겔제조과정의 반응제어, 구조제어 및 성능조절제어를 실현했다. 非등온, 非등압 등의 복잡한 가공조건에서 화학반응이 고분자재료의 구조와 변화특성에 미치는 영향법칙을 정량적으로 밝혔고 최초로 중합반응압출성형과정의 화학열효과와 겔효과의 커플링작용을 수치로 분석했다. 또한 결함종류, 함량 및 분포의 복합재료역학성능과 파괴행위에 미치는 영향법칙을 밝혔고, 겔 전이, 반응압출 및 복합재료 제조 및 파괴의 기초이론과 연구방법을 다양화하였다. 본 프로젝트 연구과정에 발표한 논문은 30여편이며, 국가판권국으로부터 획득한 컴퓨터소프트웨어저작권은 3건이다. 또한 다수의 국방기술을 보유하여 탄소섬유 복합재료의 우주항공 등 분야에서 응용 및 보급시켰다. 그밖에도 자체 개발한 플라스틱제품의 열경화기법에 기반한 시뮬레이션소프트웨어와 올레핀반응압출 시뮬레이션소프트웨어가 응용되면서 경제적 사회적 효과가 가시화되었다.

중국과학자 공정구조재료의 국제난제 해결

/
중국과학자가 공정구조재료의 강도와 인장연성을 동시에 높이는 연구에 성공하여 주목받고 있다. 중국과학원 금속연구소 심양(沈陽)재료과학 국가(연합)실험실의 루커(卢柯)연구팀은 매우 높은 항복강도와 높은 인장연성 변형특성을 지닌 기울기 나노금속 구리(Cu)를 개발하는데 성공했다. 연구결과 기울기 나노금속구리의 탁월한 가소성 변형특성은 기울기나노구조의 독특한 변형메커니즘에서 기인한 것임을 밝혔다. 연구팀은 미세조직에 대한 연구를 통해, 기울기 나노구조의 경우 인장과정에 그 주도적 변형메커니즘이 기계적 구동방식의 결정립계로 전이하며, 이로 인해 결정입자가 커지는데 이러한 변형메커니즘은 전위운동, 쌍정, 결정립계 미끄럼 혹은 크리프 등의 재료변형메커니즘과는 차원이 완전히 다른 것도 규명했다. 관련 연구성과는 2월 17일 미국「사이언스」온라인판에 게재했다. 공정구조재료의 경우 이상적인 성능은 높은 강도와 높은 인장연성을 동시에 갖추는 것이지만 실제로 강도와 인장연성을 두루 갖추기는 매우 힘들다. 고강도재료의 경우 대부분은 가소성이 매우 낮으나 이와 반대로 가소성이 양호한 재료의 경우는 강도가 매우 낮은 것이 단점이다. 대표적인 고강도재료인 나노금속재료(미립사이즈가 나노스케일의 다결정금속)는 강도가 보통금속보다 한자리 높지만 그 대신 인장연성은 거의 없다. 이리하여 나노금속의 가소성과 연성을 어떻게 높이는가 하는 문제는 최근 몇 년간 국제재료분야의 중요한 난제로 남아있었다. 기울기 나노구조는 입자치수의 공간차원의 기울기분포를 가리킨다. 루커연구팀은 표면기계밀링처리(SMGT)기법을 이용해 순수 구리막대표면에 기울기 나노구조를 제조하는데 성공했으며, 표면에서 내부에 이르기까지 결정입자치수를 십몇나노(nm)기울기에서 마이크로(㎛)스케일로 확대하였는데 막대의 코어부분은 거친 입자구조(입자치수는 수십마이크로미터)이며, 이런 기울기 나노구조의 두께는 수백마이크로미터에 달하였다. 기울기 나노구조층은 매우 높은 인장항복강도를 지니는데, 바깥층의 50마이크로미터 두께의 기울기 나노구조의 항복강도는 660MPa(거친 결정 구리의 10배정도)에 달하며, 실온 인장실험결과 기울기 나노구조의 표층은 인장 진변형률(true strain)이 최고로 100%일 경우에도 여전히 균열이 생기지 않고 완벽함을 유지하고 있어 인장연성 변형특성은 거친 입자 구리보다 월등한 것으로 나타났다. 따라서 높은 강도와 높은 인장연성을 동시에 갖춘 나노구조재료는 고성능 공정구조재료의 발전을 위해 전혀 새로운 길을 개척해놓았다는 점에서 그 의의가 깊다. 표면기계밀링처리법은 최근 중국과학원 금속연구소 심양재료과학 국가(연합)실험실이 개발한 기울기 나노구조 제조 신기술로서 제조공법이 간단하여 공업응용에 적합하다. 신기술의 개발은 기울기 나노금속의 기본성능연구를 추진하였음은 물론이고 고성능 기울기 나노표층재료의 공업응용 및 재료표면공정기술의 발전에 대해서도 중요한 촉진역할을 할 것으로 기대된다.