원자에서 지구까지: 지구·환경과학에서의 방사광가속기 기법과 연구 사례 리뷰

• 영문명: From Atoms to Earth: A Review of Synchrotron Techniques and Case Studies in Earth and Environmental Sciences
• 발행기관: 대한자원환경지질학회
• 저자명: 황희정(Huijeong Hwang) 이찬비(Chanbi Lee) 정성욱(Sungwook Choung) 성동훈(Donghoon Seoung)
• 간행물 정보: 『자원환경지질』58권 5호, 451~463쪽, 전체 13쪽
• 주제분류: 자연과학 > 지질학
• 파일형태: PDF
• 발행일자: 2025.10.30

국문 초록

방사광가속기는 원자 및 분자 수준의 정밀 분석을 통해 지구·환경 시스템의 미시적 과정과 거시적 현상을 연결하는 최첨단 연구 인프라이다. 최근 다양한 학문 분야에서 방사광의 활용이 꾸준히 증가하고 있으나, 지구·환경과학 분야의 최신 분석 기법과 연구 동향을 종합적으로 소개하는 국내 연구는 부족한 실정이었다. 본 논문은 이러한 연구 공백을 메우고 다가올 4세대 방사광 가속기 시대를 준비하기 위해 기획되었다. 이를 위해 방사광의 기본 원리와 국내외 방사광가속기 현황을 소개하고, X-선 흡수분광(XAS), X-선 이미징(STXM, X-ray CT), X-선 산란/회절(XRD/SAXS), 적외선분광(IR) 등 핵심 분석 기법들을 국내 연구자들의 국내외 주요 연구 사례와 함께 제시한다. 각 기법의 원리를 설명하고, 이를 활용하여 오염물질의 화학종 규명, 극한 환경에서의 광물 상전이 규명, 화석의 변질 과정 추적 등 복잡한 지구 시스템을 총체적으로 이해하는 연구들을 소개한다. 마지막으로 2029년 준공될 차세대 방사광가속기(K-4GSR)를 맞이하여, 국내 지구·환경과학 연구 역량을 극대화하기 위한 방안으로 이용자 저변 확대와 빔라인 기획에 대한 학계의 적극적인 참여 등을 제언하고자 한다.

영문 초록

A synchrotron is a state-of-the-art research infrastructure that links micro-scale processes at atomic and molecular levels with macroscopic phenomena in Earth and environmental systems. Although the application of synchrotron radiation has steadily increased across various academic fields, there has been a lack of domestic research that comprehensively introduces the latest analytical techniques and research trends in the field of Earth and environmental sciences. This review was planned to fill this research gap and prepare for the upcoming era of 4th generation synchrotrons. It introduces the fundamental principles of synchrotron radiation, the status of facilities in Korea and abroad, and presents key analytical techniques -such as X-ray Absorption Spectroscopy (XAS), X-ray Imaging (STXM, X-ray CT), X-ray Scattering/Diffraction (XRD/SAXS), and Infrared spectroscopy (IR)- along with published research. The principles of each technique are elucidated, and studies that utilize them to comprehensively understand complex Earth systems -such as identifying the chemical speciation of pollutants, investigating mineral phase transitions under extreme environments, and tracing the alteration processes of fossils-are introduced. Finally, in anticipation of the next-generation synchrotron (K-4GSR) to be completed in 2029, this paper aims to propose measures to maximize domestic research capabilities in Earth and environmental sciences, including expanding the user and encouraging active participation from academia in beamline planning.

목차

1. 서 론

2. 방사광가속기의 구성 및 국내·외 방사광선원 현황

3. 방사광 기반 핵심 분석 기법과 원리 / 국내논문 활용 사례

4. 결론 및 향후 연구를 위한 제언

사 사

References

키워드

방사광가속기 X선 흡수분광 X-선 산란/회절 X-선 이미징 4세대 방사광가속기 synchrotron X-ray absorption spectroscopy X-ray scattering/diffraction X-ray imaging 4th generation synchrotron