과학

[인싸랑] 양자화학으로 나라 지킨다

조주연 기자

piseek@tbs.seoul.kr

2022-09-28 17:35

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  • ▶ 나의 키워드 5개
    육사. 딸 바보. 화학. 핵인싸. 미래!

    이 인터뷰의 미래는 어떻게 될까요?

    훌륭할 것 같아요. 아마 조회수 톱을 찍지 않을까?

    ·

    정근홍 > 안녕하세요. 저는 육군사관학교 물리화학과의 화학 교수로 근무하고 있는 정근홍 중령입니다.

    조주연 > 어떤 연구를 하고 계신지 먼저 여쭙겠습니다.

    정근홍 > 제가 하는 연구는 어떤 물질에 대해서 양자화학, 양자 역학적인 계산을 통해서 시뮬레이션하는데요. 키워드로 얘기를 하자면 양자 역학, 양자 화학 계산, 독성 물질, 화학무기, 폭발물, 악티나이드 물질, 초분극 등이 있겠네요.

    ▶ 범상치 않은 키워드! 과학 인싸 나라를 지키는 군인.
    어렸을 때부터 꿈꾸던 모습인가요?

    정근홍 > 고등학교 3학년 때 사실은 육군사관학교를 지원하지 않았어요. 위에 형님이 계셨었는데 그 형님이 군에서 순직하셨거든요. 육군사관학교를 제 천직으로 생각할 수 없는 상황이었죠. 그런데 어머니가 이상하게 저보고 여러 가지 이유로 내가 봤을 때 너는 육사에 가야겠다고 하셔서 그래서 육사에 오게 됐습니다. 만족도는 1,500% 만족하고 있습니다. 이렇게 좋은 곳이, 이렇게 환경도 그렇고, 특히나 밝고 항상 예의 바르고, 배우려고 하는, 미래를 항상 걱정하는 생도들과 함께한다는 것은 엄청난 행운인 것 같고. 또 육사에 계신 모든 분이 생도를 잘 키워낸다는 하나의 공통적인 목표를 가지고 다 같이 시너지가 나서 돕고 있기 때문에 만족하고 있습니다.

    ▶ 1달러 지폐 주웠다가 전신마비?

    조주연 > 제가 최근에 진짜 무서운 뉴스를 봤는데, 미국에서 1달러짜리가 떨어져 있는 걸 주웠다가 전신이 마비됐다고 하더라고요. 독에 중독된 거예요?

    정근홍 > 그 자리에 없었기 때문에 또는 그 분석한 팀이 아니기 때문에 전 정확하게 말씀드릴 수는 없지만, 현재 거기에서 얘기하고 있는 건 펜타닐이라는 물질이거든요. 이 펜타닐 같은 물질은 상당히 독성이 강한 물질 중에 하나고요. 그 물질이 실은 실제로 쓰이고 있는 마약성 진통제 물질입니다. 그래서 그 마약성 진통제 물질이 많은 양이 몸 안에 들어왔다면 그런 식으로 마비 증세라든지 중독 증세가 일어날 수가 있는 거죠.

    조주연> 많이 들어왔을 때라고 말씀하셨잖아요. 그런데 1달러 지폐 하나를 주웠는데 그렇게 많이 확 몸에 들어올 정도가 되나요?

    정근홍 > 그게 상당히 지금 논쟁이 있는(controversial) 상황입니다. 왜냐하면, 이 펜타닐에 해당하는 물질들은 주로 분말 형태거든요. 분말 형태가 손으로 만졌다고 해서 그렇게 빠른 시간 내에 우리 몸 안에 들어오는 건 불가능하죠. 만일 펜타닐이라고 한다면 펜타닐 계열 중에서도 좀 더 독성이 강한 칼펜타닐(Carfentanyl)이라든지 여러 가지 펜타닐 구조가 있거든요. 조금 더 오랫동안 그걸 만졌든지, 아니면 그걸 만졌다가 분말을 얼굴에 묻혀서. 점막이라든지 훨씬 더 흡수가 빠른 부분들이 있거든요. 아니면 이게 테러의 목적으로 쓰였다면 몸 안에 더 흡수가 잘되는 유기용제 등에 녹여서, 지폐가 거기에 담겨 있다가 나왔든지 그럴 수는 있다고 생각합니다.

    조주연 > 무차별 테러의 느낌인데 누구를 딱 지목해서 공격하는 용도로도 사용이 될 수가 있는 걸까요?

    정근홍 > 물론 이 물질이 과연 일정 요인 또는 해당하는 사람에 대해서 테러 목적을 쓸 수 있을 만한 최적의 물질이냐 그거는 조금 생각을 해봐야 하는데 그래도 당연히 쓰일 수 있고, 이 물질은 또 많이 통용되고 있기 때문에 쓸 수도 있다고는 생각은 합니다.

    ▶ 독을 이용한 테러? 암살?

    조주연 > 그럼 이런 (일상 용품에 독 묻혀놓기) 비슷한 방식의 테러가 혹시 예전에 일어났던 적이 있나요?

    정근홍 > 최근에 있었던 가장 유명했던 사건이 노비촉 사건이 있었거든요. 전 러시아 이중간첩을 대상으로 그분의 집 문손잡이에 ‘노비촉’이라는 물질을 묻히고 (그분이 손잡이를) 만진 상황에서 몸 안에 흡수가 일어나서 그분이 회복 불가능한 상황까지 갔던 사건이 있었습니다.

    조주연 > 최근에 연구하신 게 방금 이야기한 노비촉이라는 화학무기인 거예요?

    정근홍 > 네, 그렇습니다. 노비촉이라는 신경 작용제 관련 물질입니다. 노비촉이라는 말은 러시아어입니다. 한국말로 하면 ‘새로운 것’인데요. 노비촉이라는 물질은 1970년대부터 1990년대까지 구소련 및 러시아에서 20, 30년을 몰래 개발했던 그 전반적인 화학무기를 이야기하는데 실제로 밖으로 알려진 거는 이번 2018년이 처음(입니다).

    조주연 > 그럼, 노비촉이 지금까지 나온 화학무기 중에서는 가장 센 거예요?

    정근홍 > 노비촉에는 여러 가지 구조의 다른 물질들이 많이 있습니다. 모르는 물질들도 꽤 있을 텐데 그 알려진 물질들만 봤을 때도 지금 제일 독성이 강하다고 알려져 있고. 말레이시아에서 김정남을 독살했을 때 쓰였던 물질이 VX라는 신경 작용제 물질인데요. (노비촉은) VX보다도 한 8배 정도 더 독성이 강한 것으로 알려져 있고요. 그런 면에서 신경 작용제 화학무기 중에서는 현재까지 제일 독성이 강하다…. 또 말씀드린 것처럼 아직 모르는 많은 구조가 있기 때문에 독성이 더 강한 것들도 노비촉의 이름으로 또는 비슷한 구조로 만들어질 수 있다고 얘기할 수 있을 것 같습니다.

    조주연 > 신경 작용제라는 건 신경에 작용하는 독성이라는 뜻이에요?

    정근홍 > 정확하게 신경에 직접적으로 작용한다기보다는 신경 세포와 신경 세포가 연결될 때 신경 전달 물질이라는 게 있거든요. 신경 전달 물질이 신경을 전달하고 나서 이 신경 전달 물질이 분해가 돼야 됩니다. (그런데) 신경 작용제가 들어오면 이 분해를 못하게 막거든요. 계속된 자극에 의해서 우리 몸이 망가지게 되는 회복 불능의 상태가 되는 겁니다. 과부하에 의해서 사망하게 되는 거죠.

    ▶ 잠깐 밸런스 게임! 독 만들기 vs. 약 만들기. 더 어려운 것은?

    정근홍 > 약 만드는 게 더 어렵습니다. 독은 몸 안에서 잠깐만 있다 하더라도, 우리 몸 안에서 많은 부분을 괴롭히더라도 (되니까) 독을 만드는 거는 쉽거든요. 반면에 약은 특정 부위를 주로 목표로 하기 때문에, 모든 가능성을 전부 다 고려해야 되기 때문에 약 만드는 게 훨씬 더 어렵습니다. 최근에 새로운 약을 개발하는 데 있어서 초기 단계에 새로운 물질을, 후보군을 인공지능(AI) 기술을 통해서 추려내는 연구를 많이 하고 있습니다. AI 기반으로 만들어놓은 이 모델에 반대로 독을 만들라고 한 적이 있었어요. ‘독을 한번 만들어봐’라고 했더니 독을 6시간 만에 4만 개 이상의 구조를 뱉어내서 상당히 논란이 많이 됐죠. 지금 시작은 ‘독이냐 약이냐’의 이야기이긴 하지만 이렇게 4차 산업혁명, 새로운 기술이 개발되면서 어떻게 보면 조금 더 위험할 수 있는, 잘못 사용될 수 있는 경우가 더더욱 많이 만들어질 수 있다고 얘기할 수 있을 것 같습니다.

    ▶ 위험한 물질, 연구는 양자화학 계산으로?

    조주연 > 이렇게 위험한 물질들을 연구하는 방법이 우리가 일상적으로 생각하는 것처럼 삼각 플라스크에 담고 이렇게 하는 건 아니죠?

    정근홍 > 해볼 수는 있습니다만 목숨을 내놓고 그걸 해보는 경우도 있고. (저는) 그런 연구를 직접 실험적으로 하지는 않고 아까 잠깐 말씀드렸던 것처럼 양자화학 계산을 통해서 연구하는데요. 양자화학 계산이 좀 어려울 수도 있지만…. 잠깐 제가 잘 설명해 드리기 위해서 제가 생도들에게 쓰는 방법인데 질문을 한번 드려볼게요. 사람이 죽었다고 판단할 수 있는 기준이 뭐가 있을 수 있을까요?

    조주연 > 코에 (손가락 대기). 숨 쉬는지.

    정근홍 > 중요하죠. 코에 숨 쉬는지를 알아보는 거죠.

    조주연 > 심장 뛰는지. 심장에 손. 그리고 손 툭.

    정근홍 > 영화를 보면, 드라마를 보면 그렇죠. 저는 이제 화학자니까 화학적인 면에 있어서는 어떻게 설명하냐면 우리 몸 안에서 컨트롤할 수 있는 화학적인 반응들이 더 이상 일어나지 않는, 즉 우리 몸 안에서 신진대사(metabolism), 항상성이 유지되고 있는데 어느 부분에선가 결정적인 화학 반응이 끊겼다고 생각을 하거든요. 우리 몸이 한 30~60조 세포로 이루어져 있는데 세포 하나당 초당 한 100억 번의 화학 반응이 일어난다고 합니다. 지금 이야기하고, 보고, 느끼고 하는 모든 것들은 결국 우리 몸 안에 있는 화학 반응들이 모두 다 유기적으로 다 일어나기 때문에 우리가 지금 살아있는 형태인데요. 새로운 특성을 나타내는 물질이 만들어지는 그런 화학 반응이 우리 몸 안에서 일어나는 건데 그것은 결국 원소 자체가 바뀌는 게 아니라 전자의 배치만 바뀌는 것이거든요. 이 전자에 대해서 정확히 알면, 어떻게 보면 이 물질의 특성을 알 수 있는 아주 좋은 도구가 되는 거죠. 그래서 사람들은 이쪽 양자 계산하는 사람들은 전자에 대해서 많은 걸 알려고 노력했습니다. 전자가 입자의 성질이 아닌 파동의 성질을 띤다는 걸 알게 돼서, 파동 방정식을 풀게 됐고, 그 파동 방정식을 통해서 풀어내는 그 식이 양자 역학에 해당하는 가장 유명한 슈뢰딩거 방정식(Schrödinger equation)이라는 방법입니다. 그래서 슈뢰딩거 방정식을 풀어서 양자 역학적인 계산을 통하면 전자에 대한 걸 많은 걸 알 수 있고, 전자에 대해서 알면 비커나 그런 실험이 아니라 계산을 통해서 이 물질의 특성을, 많은 것들을 알아낼 수가 있습니다.

    조주연 > 그럼 이제 (실험 없이) 시뮬레이션을 돌려보면 결과가 나오는…. 이런 계산을 잘하기 위해서 앞으로 필요한 건 뭐가 있을까요?

    정근홍 > 이게 딱 하나만 말씀드리기가 어려운데…. 전자가 하나 이상이 있으면 정확하게 풀기 어렵습니다. 분자 구조 내에서 전자가 엄청 많을 거 아니에요. 그러면 전자들끼리 상호작용(interaction)하기 때문에 이걸 정확하게 풀기 어렵거든요. 그러면 가정을 많이 합니다. 엄청나게 가정을 많이 해서 결국은 특성을 알아내기는 하는데 어려우니까 저희가 기대하는 바는 ‘양자 컴퓨터’라는 게 있습니다. 양자 정보 통신의 가장 핵심적인, 양자 컴퓨터가 개발돼서 전자에 대해서 좀 더 많은 정보를 정확하게 알아내면 우리가 그냥 구조만 알아도 이 물질이 어떤 특성을 갖고 있는지 등을 알아낼 수 있는 전자에 대해 완벽하게 알 수 있으니까 그걸 기대하고 있는 상황입니다.

    ▶ 초분극, 인류의 엄청난 '돋보기'
    정근홍> 처음에 말씀드렸던 초분극에 대해서 설명을 드리자면 예를 들면 주변에 있는 모든 색, 빨갛고 파란 것들을 보는 것은 물질이 빛을 어느 것은 흡수하고 어느 것은 방출하면서 우리가 색을 알아내는 거잖아요. 우리가 색깔을 통해서 ‘빨간색 사과는 파란색 사과보다 맛있어’ 그렇게 얘기하는 것처럼 빚에 대해서 정보를 알면 훨씬 더 많은 정보를 알 수 있거든요. (특정) 빛에 해당하는 에너지 (세기)가 너무 적기 때문에 그걸 알아내기 힘들지만, 빛을 얼마만큼 방출하고 그다음에 얼마만큼 흡수하는지를 (정확히) 알아내면 이 물질에 대한 특성을 엄청나게 많이 알 수 있거든요. (그런데) 워낙에 에너지 (세기)가 작으니까 이걸 양자 역학적인 약간의 트릭을 사용해서 마치 돋보기를 보듯이, 이 세기를 크게 해서 물질의 성질을 알아내거나, 물질이 조금만 있어도 이 물질이 있는지 없는지를 알아내거나 그런 식의 연구를 하는 게 이제 초분극인데요. 초분극 기반으로, 양자 센싱을 해서 물질이 아주 조금만 있더라도, 그것을 실시간으로 검출해내고, 알아내는 그런 연구를 지금 수행하고 있습니다.

    조주연 > 독, 화학무기, 이런 무서운 물질뿐만 아니라 모든 물질에 적용할 수 있는 기술인 것 같은데요?

    정근홍 > 정확하십니다. 이런 양자 센싱과 초분극을 사용한다는 것은 모든 유기 물질, 어떻게 보면 무기 물질까지도 아주 조그마한 양이어도 큰 돋보기로 볼 수 있는 새로운 테크놀로지로 발전할 수 있다고 말씀드릴 수 있습니다.

    조주연 > 그러면, 예를 들면 우리가 우주에서 이번에 달 탐사 하잖아요. 거기서 가져오는 아주 작은 물질, 아주 적은 소량이라도 가능한가요?

    정근홍 > 네, 맞습니다. 달 탐사에서 가져오는 물질도 가능하고요 달 탐사 갔을 때 달 안에서도 어떤 물질인지 볼 수 있는 아주 유용한 기술이 될 수 있을 겁니다. 나사에서도 상당히 관심이 많은 걸로 알고 있고….

    조주연 > 그러면 말씀하셨다시피 큰 돋보기, 엄청난 돋보기가 생긴 거잖아요. 우리에게. 그럼 우리가 볼 수 있는 세상 자체가 또 달라질 것 같은데요.

    정근홍 > 양자 센싱 그리고 아까 말씀드렸지만 양자 컴퓨터, 그다음에 양자 통신까지 통틀어서 이런 큰 돋보기를 한마디로 ‘양자 정보 통신 기술’이라고 하는데요. 어쩌면 이게 5차 산업혁명을 이끌어 나가는 중요한 기술이 될 수 있겠다고 생각합니다.

    조주연 > 양자 정보 통신이 5차 산업혁명의 단초가 될 것이다. 정.근.홍.

    정근홍 > 저보다 훨씬 더 전문가들이 많으십니다. 근데 제가 많이 얘기는 하고 다닙니다. 엄청 중요하다.

    조주연 > 영상에 남아 있으니까요. 이제 나중에 실제로 된다면?

    정근홍 > 알겠습니다. 제 말이 맞을 수도 있으니까 그럼 자랑스러워해도 되겠네요.

    조주연 > 그럼 우리 조회 수 폭발하는 거죠.

    정근홍 > 할 겁니다.

    ▶ 앞으로 더 하고 싶은 연구는?

    조주연 > 이렇게 정말 다양하게 연구하고 계신데 앞으로 더 연구하실 게 더 많을 것 같아요. 앞으로 하고 싶으신 연구가 있으신지.

    정근홍 > 우선은 양자 센싱을 통한 초분극 기술에 대한 연구는 계속 수행할 거고요, 현재 테러라든지 북한의 화생방 무기로부터 우리가 완벽한 방어 태세를 유지하는 거는 잘해오고 있습니다. 근데 지금 말씀드렸던 것처럼 노비촉이라든지 새로운 화학물질이 많이 만들어지면서 더더욱 테러가 가능할 수 있는 상황이 많아진다고 생각하고 있습니다. 또 제가 군인이기도 하고, 애국자이기 때문에 제가 가지고 있는 소소하지만 이런 기술을 통해서 계속적 테러 청정국이 될 수 있도록 열심히 하려고 생각하고 있습니다. 잘 지켜봐 주십시오. 이 동영상 제가 나중에 봤을 때 제가 잘하고 있구나라는 생각이 들 수 있도록 제가 한번 다짐을 하게 되었습니다.

    화학을 알고, 화학을 제대로 이해하고, 공부를 더 하면 할수록 세상에 대해서 많은 걸 깨우치게 되고, 세상의 이치에 대해서 그리고 세상에서 일어나는 일들에 대해서 새로운 눈을 가지게 되고, 새로운 개념을 알게 돼서 그로부터 응용할 수 있는 그런 아주 좋은 학문이라고 생각합니다. 지식이 아니라 지혜를 얻을 수 있는 그런 과목이 아닐까 그런 삶을 저는 살아야 되지 않을까 생각하고 있습니다.

    ▶ 10년 뒤 나에게 한마디
    생도들을 아직도 사랑하면서, 육사에 만족하면서 열심히 잘살고 있지? 세상은 너에게 주어져 있고 선물이고 그러니까 한 번밖에 살지 못하는 인생, 후회 없이 조금만 더 열심히 해서 파이팅! 잘 살아보자! 알았지? 10년 뒤에 보자!

    취재 조주연
    촬영 허경민 손승익 전인제
    CG 이슬
    뉴스그래픽 김지현
    조연출 오예서
    연출 맹혜림

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