중성자 사용한 새로운 현미경

기존 Pinhole 카메라 뛰어넘어 새로운 광학 시대 진입
MIT와 NASA가 함께 중성자를 사용하는 새로운 개념의 현미경을 개발해왔다. 이는 전자나 빛 대신에 전하가 없는 아원자 입자(원자보다 작은 원자)를 사용하여 본래 Pinhole식의 중성자 이미징은 해상도가 낮았지만 광학을 통한 이 장치는 기존의 단점을 보완할 수 있다. 따라서 작은 스케일의 생물학적 샘플의 연구에 새로운 문을 열 수 있을 것으로 보인다.
출처 | MIT(web.mit.edu/newsoffice)

MIT의 핵 연구소의 물리학 부교수인 Moncton은 “X-Ray를 포커싱하는 개념으로 거울을 사용하여 중성자 현미경을 만드는데 도전했다”며, “지금까지 대부분의 중성자 연구는 단순하게 빛을 조금 투과하는 이미지 시스템인 Pinhole 카메라와 유사했다”고 말했다. 그리고 “효과적인 광학요소가 없이 그러한 장치는 적은 해상도로 제공되곤 했다”고 전했다.

Pinhole을 넘어서
Moncton은 “중성자를 위한 높은 품질의 포커싱 장치가 없었다”며, “특별히 약 반세기 동안 개발해온 중성자 기구는 모두 효율적인 Pinhole 카메라였지만 이제는 Pinhole 카메라의 중성자 이미징 시대를 지나 광학의 시대로 진입할 것”이라고 말했다.

새로운 중성자 현미경에는 광학렌즈를 형성하는 이미지와 같은 새로운 거울이 장착됐다. 왜냐하면 중성자는 유일하게 매우 작은 물질만 상호작용할 수 있기 때문에 망원경이나 현미경을 만드는 빔을 포커싱할 수 없다. 그래서 새로운 현미경에 도입된 기본 개념은 1952년 Hans Wolte에 의해 계발된 X-Ray와 후에 개발된 NASA의 궤도를 선회하는 Chandra의 X-Ray 관측의 개념에서 계발됐다.

장점
중성자에 기반을 둔 현미경은 메탈 제품의 내부를 탐지할 수 있는 특징이 있다. 예를 들어 연료 전지, 배터리, 엔진 등 내부구조의 자세한 사항을 알아야 하는 도구들은 중성자 기반 현미경이 더 유용히 쓰일 것이다. 새로운 도구는 관측과 많은 종류의 생물학적 샘플의 연구에 도움이 될 것이다.

향후 계획
연구의 다음 계획은 미국국립표준기술연구소(NIST)와 협력하여 중성자 현미경 관찰법을 최적화하는 것이다. 이미 중성자 빔 연구 기관이 있고 수백만 달러의 연구비용이 들어갈 예정이다.

Moncton은 “중성자를 적용하는 변화에 맞추어 10배의 증가량을 제공할 수 있는 기관을 건축하기위해 계획 중”이라며, “약 140억 달러 정도가 들 것으로 예상된다”고 말하며, “중성자 빔에 투자되는 시설을 고려할 때 가장 효율적인 광학연구가 가능해 질 것”이라고 덧붙였다.

올해 진행된 새로운 개념의 중성자 현미경 연구는 MIT의 Dazhi Liu과 David Moncto 교수 등 4명이 더 참여하여 실행됐고 관련 사항은 Nature Communications에 실려있다.