[UST 온라인 과학퀴즈대회] 4회차 - 8월 22일

1. 우라늄, 플루토늄 등 원자량이 매우 큰 원소나 동위원소는 원자핵이 불안정하여 자연적으로 다른 원자핵으로 변환될 수 있다. 이러한 변환과정에서 방출하는 알파선, 베타선 등을 방사선이라고 하는데, 다음 중 방사선이 누출되어 생명체에 위협을 줄 수 있는 것이 아닌 것은?

- 원자시계

-> 원자시계는 원자 에너지 준위 사이의 공명에 의해 흡수 또는 방출되는 전자기파의 고유 주파수를 이용하여 일정한 주기 신호를 얻고, 이 신호를 이용하여 시계로 동작하도록 만들어진 것이다...(물리학과 첨단기술, 2012년 12월호) 휴 말이 어렵네요 ㅠㅠ 

(사진출처 : http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/acloc.html)

세슘은 바닥상태에서 6s오비탈에 전자가 하나 차 있는 형태를 가진답니다. 이바닥상태에 있는 원자에 아주 약간의 에너지(파장이 3.26cm에 해당하는 마이크로파)를 가하면 초미세준위 사이로 들떴다가 바닥상태가 되었다가를 반복하게 됩니다. 이 진동수를 가지고 표준을 삼은 것이랍니다. 세슘은 1초동안 9,192,631,770만큼 반복한다고 하네요.

http://www.kriss.re.kr/2010/standard/01_03_3_2.html

http://en.wikipedia.org/wiki/Atomic_clock

- 소형원자로

-> 말 그대로 작은 원자로이죠. 원자로에서는 핵분열이 일어나고, 핵분열의 결과 방사선이 나오게 됩니다.

http://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%9B%90%EC%9E%90%EB%A1%9C

- 원자탄

-> 원자폭탄이죠. 원자폭탄에 의한 피해는 크게 세가지 효과입니다. 열, 폭풍, 낙진입니다. 열은 원자폭탄이 생기는 엄청난 열에 의해 피해를 입는 것이고, 폭풍은 열때문에 공기가 팽창하면서 엄청난 바람이 원자폭탄이 터진 곳에서 발생하게 됩니다. 이것에 의해 건물 등이 무너지게 됩니다. 세번째는 낙진입니다. 원자폭탄이 터지면서 핵분열의 결과물이 사방팔방으로 퍼지게 되는데, 이 물질이 계속 방사선을 내게 됩니다. 열과 폭풍의 피해는 잠깐이면 끝나는데 낙진에 의한 피해는 엄청 오래 갑니다. 체르노빌과 후쿠시마를 보면 쉽게 알 수 있죠.

http://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%9B%90%EC%9E%90%ED%8F%AD%ED%83%84

- 핵전지

-> 핵전지는 핵에너지를 가지고 전기를 생산해내는 전지를 말한답니다. 여러 종류가 있는데 가장 널리 사용되고 있는 것은 '방사성 동위원소 열전기 발전기'라는 녀석입니다. 방사성 동위원소가 핵분열을 하면서 내는 열을 펠티어 소자를 이용하여 전기로 바꾸는 것입니다. 펠티어 소자는 전기를 넣어주면 한쪽은 가열되고 한쪽은 냉각되는 신기한 능력을 가지고 있는 녀석입니다. 차량용 냉장고나 화장품 냉장고, usb 음료수 냉각기 등 소형 냉각기용으로 많이 사용되고 있는 녀석입니다. 전기를 넣어주면 가열과 냉각이 되는데, 반대로 가열과 냉각을 해주면 전류가 흐르는 원리를 이용한 것이랍니다.

  핵전지는 아주 작게 만들 수 있고, 베타선은 투과성이 떨어져서 안전하기 때문에 각광을 받는다고 합니다. 인공위성에서 핵전지를 많이 사용하고 있다고 합니다.

http://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%B0%A9%EC%82%AC%EC%84%B1%EB%8F%99%EC%9C%84%EC%9B%90%EC%86%8C_%EC%97%B4%EC%A0%84%EA%B8%B0_%EB%B0%9C%EC%A0%84%EA%B8%B0

- 방사성핵종

-> 방사선을 내는 동위원소들을 말한답니다. 대표적으로 삼중수소(핵전지에 사용됨), 탄소 14(연대 측정에 사용됨), 우라늄 235(원자력 발전에 사용됨), 플루토늄 23(고속증식로에서 사용됨) 등이 있답니다. 아래 링크에서 더 많은 정보를 찾아보실 수 있습니다.

http://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%B0%A9%EC%82%AC%EC%84%B1_%EB%8F%99%EC%9C%84_%EC%9B%90%EC%86%8C

http://en.wikipedia.org/wiki/Radioactive_isotope

2. 인류의 역사에서 새로운 물질의 발견이나 발명은 사람들의 삶의 양식, 심지어 문화를 바꾸는데 크게 기여하였다. 석기시대에서 청동기를 거쳐 철기의 사용에 의한 문명의 전환을 되돌아보면, 신물질 또는 신소재의 개발에 국력을 기울여야 하는 당위성을 알 수 있다. 신소재의 개발은 단지 세계적인 경쟁력을 가진 제품 개발에만 필요한 것이 아니라 건강하고 안전한 삶의 영위로 대표되는 삶의 질 향상을 위해서도 필수적이다. 다음 소재 중에서 가장 최근에 개발된 것은?

- 액정(Liquid Crystal)

-> 1888년...100년도 전에 발견되었네요!

액정은 다들 아시죠? 디지털 손목시계에서 검은 글씨 나오는거...액정 분자가 전기를 걸어주지 않았을 때에는 방향성을 가지고 있지 않고 있다가 전기를 걸어주면 방향성을 가지게 되고, 이때 빛을 투과하는 성질이 달라지는 것을 이용한 것입니다.

http://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%95%A1%EC%A0%95

- 버키볼(Buckyball)

-> 1985년 발견

버크민스터풀러렌이라고 합니다. 화학식은 C60이고요. 일반적으로 널리 알려진 풀러렌은 탄소 원자가 구, 타원체, 원기둥 모양으로 배치된 분자를 통칭하는 말이라는군요... 이 사실은 처음 알았네요 ㅎㅎ;; C60만 풀러렌인줄 알았는데... 이렇게 배워가는거죠~ 뭐~

풀러렌 얘기를 더 해보자면, 화학에는 매직넘버라는 것이 있습니다. 원자 몇개 혹은 분자 몇개가 모여있을 때 특별히 안정한 상태가 될 때 그 갯수를 매직넘버라고 합니다. 아래 그림에서 A는 positively charged water cluster(양전하를 띤 물분자 집합), B는 A에 0.5%의 암모니아를 집어넣어주었을 때의 질량 스펙트럼입니다.

일반적으로 클러스터(분자 집합)는 질량이 커질수록 존재비율이 작아져서 그래프도 점점 작아져야 하는데, A그래프나 B그래프 모두 그런 경향을 띠지 않습니다. 특히 A그래프에서는 매스가 379에 해당하는 클러스터의 비율이 약간 높은데요, 이런게 매직 넘버입니다. (사실, A의 379에 해당하는 녀석은 좀 매직넘버라 부르기 곤란하네요 ^^;;) 379에 해당하는 것은 물 분자가 21개 모여있는 형태입니다. B그래프를 보시면 378에 해당하는것이 특히 많은것을 볼 수 있습니다. 이정도 되면 매직넘버라 볼 수 있을 것 같구요~ 암모니아 1분자에 물분자 20개가 모여있는 형태랍니다~

(자료출처 : http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S002196739700486X)

풀러렌 얘기하다가 얘기가 샜는데요, 탄소가루의 질량 스펙트럼을 찍어보면 720에 해당하는 매직넘버가 관찰되었었습니다. 아래 그림은 풀러렌 발견 초기의 데이터입니다. x축은 탄소의 갯수입니다. C60에 해당하는 신호가 매우 크고, C70에 해당하는 신호가 조금 있고 나머지는 거의 없습니다. 즉, 탄소원자의 경우 60이 매직넘버라는 것이죠~

(자료출처 : http://www.nature.com/nature/journal/v318/n6042/abs/318162a0.html)

아무튼 뭐 그렇습니다. ㅎㅎ

http://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%B2%84%ED%81%AC%EB%AF%BC%EC%8A%A4%ED%84%B0%ED%92%80%EB%9F%AC%EB%A0%8C

- 폴리에틸렌(Polyethylene)

-> 1898년

플라스틱의 일종입니다. 아래와 같은 도안을 우리 주변에서 쉽게 찾아볼 수 있는데, HDPE와 LDPE가 바로 PE, 즉 폴리에틸렌입니다.

(자료출처 : http://www.keco.or.kr/01kr/business/resource/02/05/index03.jsp)

http://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%8F%B4%EB%A6%AC%EC%97%90%ED%8B%B8%EB%A0%8C

- 탄소나노튜브(Carbon nanotube)

-> 1991년

버키볼이 발견된 이후 사람들이 새로운 탄소구조체를 찾기 위해 전기 방전 등을 시켜준 탄소찌꺼기를 관찰하던 시절이 있었습니다. 그때 일본인인 리지마와 이치하시라는 NEC의 연구원이 찾아낸 것이 탄소나노튜브입니다. 진흙에서 진주를 찾아낸 것이죠 ㅎㅎ

그래핀이 나타나기 전까지 꿈의 소재였는데, 서로 잘 뭉치기 때문에 생각보다 효율이 안나와서 요샌 연구를 많이 안하는 추세입니다...라기 보다는 그래핀으로 다들 몰려갔죠 ㅎㅎ;;

http://www.nature.com/nature/journal/v363/n6430/abs/363603a0.html

http://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%83%84%EC%86%8C%EB%82%98%EB%85%B8%ED%8A%9C%EB%B8%8C

- 그래핀(Graphene)

-> 2004년

우리나라 최필립교수님이 노벨상 수상할 뻔 했다고 해서 많은 관심을 끌었던 물질이죠. 흑연은 층상구조(얇은 판이 겹겹이 쌓여있는 모양)를 가지고 있는데, 여기서 얇은 판 한개가 그래핀입니다. 흑연 한 켜가 되겠는데요, 노벨상을 탄 발견자들은 흑연을 스카치테이프를 붙였다 떼었다 하는 방식으로 그래핀을 만들었다고 해요. 이른바 스카치테이프 신공이라고 합니다. 꿈의 소재로 현재 엄청나게 연구되고 있습니다.

http://ko.wikipedia.org/wiki/%EA%B7%B8%EB%9E%98%ED%95%80

3. 한국생명공학연구원(KRIBB)는 생명과학기술 분야의 연구개발, 이를 지원하는 연구사업, 국내·외 산학연 협동연구 수행을 통한 성과를 보급하는 것을 목적으로 설립되었다. 또한, 인류를 위한 바이오 혁신을 선도하는 세계적인 연구원이란느 비전 달성을 위해 미래 바이오 융합, 맞춤 바이오 신약, 친경 바이오 녹색기술 개발에 전념하고 있다. KRIBB 홍보 동영상 <크리비 오총사>는 외계 혜성으로부터 지구로 전해진 괴바이러스를 막기 위한 오총사의 활약상을 그리고 있는데, 다음 중 크리비 오총사가 궁극적으로 이 바이러스를 해결하게 되는 <자연면역항체>를 찾게 된 곳은 어디인가?

- 토양 속 세균

- 식물 뿌리

- 사람 몸 속 세포

- 나뭇잎

- 줄기세포

-> <크리비 오총사> 이거 재밌네요 ㅎㅎ 꽤 고퀄입니다. 꼭 보세요. 

http://edu.kribb.re.kr/ <-- 크롬으로 재생이 안됩니다.

http://blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=getateam&logNo=70035780948 <-- 제작업체 블로그인듯 합니다. 크롬으로 재생됩니다.

오늘은 그다지 어려운 문제가 없네요. 정답 및 해설은 내일 공개하겠습니다~

많이들 맞추셨나요? 도움이 많이 되었으면 좋겠네요^^ 오늘은 또 무슨 문제가 기다리고 있을지 궁금하네요~

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