절대온도 단위 켈빈 재정의 난제 풀었다

KRISS 양인석 박사, 볼츠만상수의 국제적 불일치 해결

 

연합뉴스 | 입력 2015.10.29. 12:01

 

 

KRISS 양인석 박사, 볼츠만상수의 국제적 불일치 해결

(대전=연합뉴스) 이주영 기자 = 국내 연구자가 영국과 프랑스 표준기관의 '볼츠만상수' 측정 결과 불일치 문제를 규명, 2018년으로 예정된 절대온도 켈빈(K) 재정의의 난제를 해결했다.

한국표준과학연구원(KRISS·원장 신용현) 온도센터 양인석 박사는 29일 영국과 프랑스 표준기관이 최근 발표한 볼츠만상수 측정값이 100만분의 3 차이를 보인 원인이 측정에 사용된 아르곤의 평균 분자 질량 측정 오류에 있음을 규명했다고 밝혔다.

 

한국표준과학연구원(KRISS) 온도센터 양인석 박사가 음향기체온도계로 열역학적 온도 측정 연구를 하고 있다. <<표준연 제공>>

 

이 연구결과는 측정분야 국제학술지 '메트롤로지아'(Metrologia. 10월호) 볼츠만상수 포커스호에 게재됐다.

볼츠만상수는 입자 수준에서의 에너지와 거시수준에서 관측된 기체분자들의 평균상태 온도를 연결해주는 비례상수로 현재 100만분의 1정도 정확도로 측정된다. 2018년 이후 볼츠만상수를 고정해 켈빈의 정의에 이용할 예정이다.

절대온도 K는 물이 고체, 액체, 기체로 동시에 존재할 수 있는 삼중점 온도인 0.01℃를 273.16K로 정한 것이지만 2018년 이후에는 K가 정밀 측정한 볼츠만상수와 연계돼 새로 정의될 예정이다.

현재 볼츠만 상수를 가장 정확하게 측정하는 방법은 기체 내의 소리 전달 속도를 측정해 온도를 재는 음향기체온도계를 사용하는 것이다.

최근 프랑스 표준기관은 이 방법으로 볼츠만상수가 1.380648…J/K로, 영국 표준기관은 1.380651…J/K로 측정됐다고 각각 발표했다.

양측은 모두 정확도가 100만분의 1 이상이라고 주장했으나 측정값이 오차보다 훨씬 큰 100만분의 3이나 돼 학계에서 혼란이 있었다.

양 박사는 이 차이가 아르곤 가스의 평균 분자 질량 측정 오류에 의한 것으로 보고 기체시료의 동위원소 구성비를 정밀 측정, 영국 표준기관이 사용한 아르곤의 평균 분자 질량이 실제보다 100만분의 3 높게 측정됐다는 점을 밝혀냈다.

양 박사의 연구 결과는 프랑스와 중국 표준기관을 통해 정확성을 인정받았으며 영국 표준기관도 오류를 인정하고 결과를 수정했다. 과학 측정에 사용되는 각종 상수 값을 조정하는 과학기술데이터위원회(CODATA)도 이 결과를 반영해 볼츠만상수의 정밀도를 100만분의 0.91에서 100만분의 0.57로 조정했다.

양 박사는 "이 연구 결과로 2018년으로 예정된 절대온도 켈빈의 재정의에 걸림돌이 사라졌다"며 "켈빈 단위 재정의가 예정대로 이뤄질 가능성이 커졌다"고 말했다.

scitech@yna.co.kr