벼락을 원하는 곳에 떨어지게…레이저 유도 신기술 개발

벼락은 같은 장소에 두 번 떨어지지 않는다는 속담이 있지만, 사실 같은 장소에도 두 번 이상 떨어질 수 있다. 그렇지만 낙뢰 사고를 최소화하기 위해 벼락을 인위적으로 원하는 장소에 떨어지게 하는 기술은 생각만큼 쉬운 일은 아니다. 일반적으로 피뢰침을 설치해 낙뢰 사고를 막을 수는 있지만, 이런 시설이 있어도 벼락은 다른 곳에 떨어질 수도 있기 때문이다.

최근 호주 등 국제 연구진은 낙뢰의 낙하 위치를 제어할 수 있는 최신 레이저 유도 기술을 고안했다고 밝혔다. 즉 이를 사용하면 벼락을 특정 위치에 몇 차례나 떨어지게 유도하거나 원하는 위치를 피하게도 할 수 있다는 것.

특히 이번 연구를 주도한 호주는 낙뢰 사고로 인한 산불 발생이 크게 문제가 되는 곳이기도 하다. 이처럼 탁 트인 자연환경에서는 피뢰침을 설치해도 벼락이 안전하게 떨어지게 하는 것이 상당히 어려운 문제이기 때문이다.

낙뢰는 구름과 지면 사이에서 절연체 역할을 하는 공기에 ‘절연 파괴’라는 현상이 일어났을 때 발생한다. 절연 파괴는 평소 전기가 통하지 않는 물질인 절연체에 그 힘을 넘어서는 전기가 가해져 전기 저항이 급격히 저하돼 큰 전류가 흐르는 현상이다.

즉 레이저 유도 기술은 이런 절연 파괴 경로를 조절해서 낙뢰를 유도한다는 것이다. 지금까지 이 기술은 고강도의 레이저에 의해 대기 중 분자를 파괴해 플라스마를 생성, 피뢰침으로 낙뢰를 유도하는 가상의 도선을 대기 중에 만들어내는 것으로, 1974년 벨에 의해 제안된 뒤 오랫동안 연구됐다.

하지만 플라스마가 한 번 형성되면 그것이 레이저를 흡수, 산란해 버려 지속 시간을 유지할 수 없거나 에너지 효율 문제 등으로 인해 이 기술은 아직 완전히 성공한 것이 아니었다.

그런데 이번 연구에서 제시한 새로운 방법은 이 기술이 안고 있는 문제를 한꺼번에 해결할 잠재력을 지니고 있다.

신기술은 플라스마 생성이 아니라 공기 중의 그래핀 미립자를 포획한 뒤 그것을 기존 기술의 1000분의 1 수준인 저출력 레이저로 가열한다. 이들 입자는 빛을 흡수하는 성질이 있어 이를 가열함으로써 절연 파괴가 일어날 경로를 미리 정할 수 있다.

실제 실험에서 대기 상태를 재현해 낙뢰를 시뮬레이션한 결과, 트랙터 빔을 따라 절연 파괴 현상이 일어나는 조건이 형성된 것으로 나타났다.

이에 대해 이 연구에 참여한 안드레이 미로시니첸코 캔버라 뉴사우스웨일스대 교수는 “공간에 눈에 보이지 않는 선을 그리는 것으로 인간 머리카락 폭의 약 10분의 1 이내에서 방전을 제어할 수 있다”고 설명했다.

연구진은 또 이 기술은 낙뢰 제어뿐만 아니라 의료 현장에서 암 조직을 제거하는 레이저 메스나 제조업 현장 등 마이크로 규모의 방전 제어 분야에도 응용할 수 있다고 덧붙였다.

자세한 연구 결과는 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications) 최신호(10월 20일자)에 실렸다.

윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr