KIGAM 한국지질자원연구원

과거와 미래를 잇는 신비로운 연대측정

AMS 실험실의 자동 환원장치(左)와 방사성탄소 연대측정이 가능한 대형장비 AMS(右)

과거연대측정, 미래를 여는 첫 걸음

2009년 충북 제천의 인공저수지 의림지가 약 2,000년 전 축조된 것으로 밝혀져 화제를 모았다. 또 최근 ‘증도가자’는 세계에서 가장 오래된 금속활자인 ‘직지심체요절(1337)’ 보다 최소 145년 이상 앞선 것으로 밝혀져 주목을 받고 있다. 이처럼 옛 건축물이나 유물의 연대는 어떻게 알 수 있을까? 바로 한국지질자원연구원 지질자원분석센터의 AMS(가속기 질량분석기)가 있었기에 가능한 일이었다. AMS는 방사성탄소 연대측정이 가능한 대형장비로 초극미량 우주선 유발 방사성 동위원소의 비율을 측정하기 위한 장비이다. 이 장비는 검출하한이 10-15로 극도로 높은 감도를 가졌으며, 다른 장비로는 직접 측정이 불가능할 정도로 적은 양이 존재하는 초극미량 동위원소의 비율을 측정할 때 주로 사용된다.

AMS는 방사성탄소를 이용해 5만 년 전 시료까지 연대측정이 가능하다. 2012년에는 AMS를 활용해 과거 700년 간 우리나라의 대기 중 방사성탄소 농도를 복원하는 데 성공하기도 했다. 이는 향후 기후변화를 예측하는 중요한 자료로 활용되고 있다. 또한, AMS를 활용하면 연대측정이나 고기후 관련 연구뿐 아니라 지질의 퇴적률, 암석의 융기율 등을 측정할 수 있다. 화석연료 사용으로 발생되는 이산화탄소 비율을 측정해 인구 밀집 지역의 오염도를 나타낼 수도 있다.

현재 한국지질자원연구원 지질자원분석센터 AMS 실험실에서는 국내시료를 활용해 우리나라 과거의 기후를 복원하는 연구를 수행 중에 있으며, 국내외에 다수의 SCI 논문을 게재하는 등 AMS를 이용한 연구와 실험이 활발하게 진행 중이다.

자동 환원장치 개발로 AMS 실험 극대화

지질자원분석센터에 AMS를 설치했던 2007년 당시, AMS는 국내에 2대 뿐이었다. 가격이 수십억에 이르는 만큼 장비 도입 과정도 쉽지 않았다. 현재는 국내에 총 3대가 있지만 그나마도 한 대는 노후되어 성능이 저하되었고, 또 나머지 한 대는 최근에 도입되어 아직 외부지원을 시작하지 않은 상태이다.

AMS 실험실로 의뢰가 들어온 사료들

AMS 장비를 들여오면서 AMS 실험실의 설계도 함께 진행됐다. 2003년 설계를 시작해 2005년도에 실험실을 만들었고, 2007년에 AMS를 들여 온 것이다.

실험실을 만들고 나서 AMS 도입 전까지 약 2년 동안은 AMS 전처리를 위한 자동 환원장치를 개발하기도 했다. 자동 환원장치는 AMS 전처리 장치로 분석작업의 효율을 극대화시키기 위해 개발됐다. AMS로 측정을 시작하기 전 시료의 전처리를 수행해야 하는데, 종래의 방법으로는 시료 하나당 약 일주일의 시간이 걸렸다. 하지만 자동 환원장치를 활용하면 가장 시간이 많이 걸리는 작업인 환원반응 시간을 획기적으로 단축할 수 있을뿐 아니라 일정한 실험조건을 손쉽게 유지할 수 있어 안정된 측정결과를 빠르게 얻을 수 있다. 이는 AMS를 1년 365일 풀 가동시킬 수 있는 원동력이 되고 있다. 현재 AMS는 근무시간으로 따지면 가동률이 150%이다. 자동 환원장치는 한국지질자원연구원에서 직접 개발하고 만든, 그야말로 순수 우리 기술로 이룬 쾌거이다.

자동 환원장치는 먼저 프로토타입을 만들어 약 1년 동안 시험가동한 뒤 그 결과를 바탕으로 장단점을 파악한 후 설계되어 만들어졌다. 그 과정이 있었기에 자동 환원장치는 아무런 문제없이 AMS 전처리 장치로서 그 역할을 톡톡히 해내고 있는 것이다. 최근에는 국내외에서 구입 의사를 밝혀오는 곳도 많다. 자동 환원장치야 말로 우리나라가 선진국에 기술을 수출할 수 있는 최초의 장비로 그 의미가 깊다고 할 수 있을 것이다.

  AMS 분석 데이터와 장비 상태를 실시간으로 확인할 수 있는 모니터링실(左),

 분석을 기다리는 각종 시료들을 정리하는 연구원(右)

세계가 인정하는 분석능력으로 더 큰 도약 준비

한국지질자원연구원의 AMS 실험실은 외부로부터 의뢰받은 고고학 시료 연대측정이나 학술시료 분석 등으로 1년 365일 불이 꺼지지 않고 있다. 또한 한국지질자원연구원 내 지질시료에 대한 분석지원 역시 활발하게 이루어지고 있다. 한국지질자원연구원은 지구환경 변화에 대한 연구를 수행함에 있어 지질시료의 연대측정 수요가 많아 AMS가 설치된 이후 연구 진행에 큰 도움을 받고있다.

AMS 실험실은 2007년 11월 설치가 완료된 후, 이듬해 1월부터 외부 분석 서비스를 시작했다. 지금까지도 거의 매일 장비를 가동시킬 만큼 연대측정 수요는 점점 많아지고 있는 실정이다. 또한 해외에서도 AMS 분석 의뢰가 들어오고 있어 그만큼 지질자원분석센터 AMS 실험실의 연대측정 능력이 이미 세계 수준임을 증명해 보이고 있다. AMS 장비 도입 첫 해, 500~600개였던 연대측정 처리 건수는 이제 연간 3,000건을 넘어서고 있다. 연대측정의 핵심 장비인 AMS 구축과 우수한 기술력으로 국내에서 가장 활발하게 연구가 이루어지고 있는 AMS 실험실은 오늘도 숨 가쁘게 돌아가고 있다.

※본 콘텐츠는 한국지질자원연구원에서 발행하는 소식지인 <지질·자원·사람>에서 발췌하였습니다.

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