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시간분해 X선 회절법에 의한 레이저초음파 발생과정 연구

전문가 제언: ○ 시간분해 X선 회절법은 X선 회절을 이용하여 액체 또는 고체물질을 이루는 분자의 반응메커니즘을 연구하는 것이다. 세계적으로 많은 연구자들이 분광학을 이용하여 분자의 반응메커니즘을 규명하려고 노력하고 있지만 분자가 복잡해질수록 분광학으로 얻을 수 있는 정보는 한계가 있다. 분광학은 분자의 구조를 간접적으로 검토할 수 있는 정보만을 제공하기 때문이다.

○ 따라서 직접적인 정보를 제공해 주는 X선 회절법을 통하여 용액 또는 다결정 상태로 존재하는 단백질을 비롯하여 많은 분자들의 3차원 구조를 실시간으로 검토하는 연구가 지속적으로 시도되고 있다. 그러나 시간분해 X선 회절법은 충분한 광자를 제공하는 제3세대 방사광가속기의 특수 작동모드를 이용하기 때문에 많은 연구가 이루어지지는 못하고 있다. 시간분해 회절연구가 가능한 방사광가속기의 빔 라인으로는 미국의 APS, 프랑스의 ESRF, 일본의 PF-AR 등이 있다.

○ 시간분해 고체구조 연구는 미국의 대학교수들을 중심으로 주로 단백질의 단결정에 대한 광반응 연구가 진행되고 있다. 시간분해 액체구조 연구는 액체상태에 있는 분자의 회절이 어렵기 때문에 더욱 적은 연구가 진행되고 있다. 프랑스 ESRP의 ID09B 연구팀과 독일의 교수 등이 용액 내의 단백질에 대한 광 순환과정을 탐구하고 있다. 제3세대 방사광가속기가 제공하는 X선 펄스의 시간 폭은 약 100피코초(=1조 분의 1초 단위)인데 이는 광반응의 구조 동력학 연구에서는 조금 긴 편이다.

○ 제4세대 가속기인 XFEL(X-ray Free Electron Laser)를 이용하면 현재보다 더 많은 광자(1,000배)와 더 짧은 시간 폭을 가지는 X선 펄스를 제공할 수 있다. 이를 사용하면 시간분해 회절연구를 한층 더 개선시킬 수 있을 것으로 기대된다. 기존의 X선 흡수분광에서 좁은 에너지범위의 X선을 구분 선택하여 그 X선의 에너지를 조금씩 바꾸면서 시료에 조사하고 X선 에너지에 시료 전후의 X선 강도비율을 취하여 흡광도를 계측하지만 XFEL은 넓은 파장대역(약 50eV)을 가지기 때문에 그 대역에 대응하는 에너지영역의 흡광도를 일괄 계측할 수 있다.

저자: Yoshihito Tanaka, Yoshinori Nishino and Eiichiro Matsubara
자료유형: 니즈학술정보