사진제공 : NASA
우선 우리 주변을 천천히 둘러보자. 책상, TV, 연필, 의자, 전화기, PC…. 모두 고체로 이루어진 물질이다. 여기서 물질이란 물체를 구성하고 있는 재료나 본바탕을 말하는데 일반적으로 물질은 주변 조건에 따라 고체, 액체, 기체 상태로 존재한다. 예를 들어 '물'의 경우 주변 온도에 따라 고체, 액체, 기체로 바뀔 수 있는데 플라즈마도 이런 물과 같이 어느 일정 조건이 만들어질 때 물질이 존재하는 상태를 뜻한다.
물질을 플라즈마 상태로 만들려면 조금 복잡한 과정을 거쳐야 한다. 우선 기체 상태의 물질에 계속해서 온도, 즉 에너지를 주입시키면 이온화된 입자들이 만들어지는데 이때 양이온과 음이온의 총 전하수가 균형을 이루면 전자들이 원자핵에서 분리되어 거의 비슷한 밀도를 유지하는데 이것이 바로 플라즈마 상태다. 이온화, 양이온, 음이온, 전하수 등 어려운 단어가 나왔는데 조금 더 쉽게 설명하자면 다음과 같다.
물질이 기본적으로 분자로 이루어져 있다는 것은 우리가 기본적으로 알고 있는 사실이다. 분자는 다시 원자핵으로 이루어져 있고 이 원자핵의 주변을 돌고 있는 것이 전자다. 이때 전자가 원자핵에서 분리되면 이온화가 이루어져 양이온과 음이온이 발생한다. 플라즈마 상태란 양이온과 음이온이 가지고 있는 전하량, 즉 에너지의 양이 같아질 때를 의미한다. 또한 플라즈마 상태에서는 원자와 전자가 서로 불규칙적으로 뒤섞여 있기 때문에 전기적으로는 중성이지만 에너지의 흐름에 따라 자기장을 발생시킬 수도 있다.
요즘 많이 팔리고 있는 PDP(Plasma Display Panel) TV는 이런 플라즈마를 이용한 대표적인 제품이다. 진공상태의 유리관 안에 가스를 넣고 양극과 음극에 강한 전기를 넣어주면 내부가 순간적으로 플라즈마 상태가 된다. 이때 유리관 내부에서 강한 빛이 발생하는데 PDP TV는 바로 이 빛을 이용해 화면을 보여준다. 거리에서 흔히 볼 수 있는 네온사인도 플라즈마를 이용한 것으로 내부에 넣는 가스 종류에 따라 발생하는 빛의 색깔이 조금씩 달라진다.
플라즈마는 의학용으로도 활용이 가능하다. 비교적 안정적인 물질인 질소 가스를 플라즈마 상태로 만들어 이를 손상된 피부에 적용하면 피부 내부에 있는 기미, 잡티, 주근깨, 검버섯 등을 제거할 수 있고 피부 재생을 담당하는 콜라겐 세포의 형성을 도와주므로 보다 적극적인 치료 효과를 기대할 수 있다. 이를 플라즈마 피부재생술이라고 한다.
플라즈마 피부재생술이 플라즈마의 열과 빛을 이용한다면 플라즈마 공기청정기는 플라즈마 상태의 원자와 전자를 활용한다. 앞서 말했듯이 플라즈마 상태에서는 전기적으로 중성이고 전자와 원자가 뒤섞여 있는데 이 상태에서 알레르기나 악취가 발생하는 물질이 들어오게 되면 분자와 전자가 분리되면서 유해하지 않은 물질로 바뀌게 된다. 예를 들면 물이 전기분해 되면서 수소와 산소로 분리되는 것과 같은 이유다.
이뿐만이 아니다. 쓰레기 소각장에서도 플라즈마는 활용된다. 쓰레기를 소각할 때는 다이옥신과 같은 각종 유독성 물질과 찌꺼기가 배출되는데 플라즈마를 이용해 쓰레기를 열분해 시키면 각종 공해물질의 양을 대폭 줄일 수 있고 소각장 크기도 줄일 수 있다. 또한 자동차나 전자제품의 외부를 플라즈마로 코팅하면 외부의 긁힘이나 부식을 막아주고 흡착력이 우수해 제품이 가지고 있는 고유의 색을 보다 자연스럽게 표현해 준다.
이렇듯 플라즈마는 그 활용 범위가 점점 넓어지고 있으며 우리 실생활과 밀접한 관련을 가지고 있다. 특히 원자력 발전을 대체할 것으로 기대 받고 있는 차세대 에너지원인 핵융합 발전도 플라즈마를 다루는 기술에 따라 성패가 좌우될 정도로 중요한 비중을 차지한다.
길거리를 화려하게 수놓은 네온사인과 각종 대형 디스플레이, 그리고 가끔씩 우리를 놀라게 하는 번갯불, 극지방에서 볼 수 있는 오로라 등 플라즈마는 항상 우리 주변에 존재해 왔다. 플라즈마는 이제 생소하고 신기한 단어가 아니라 우주를 구성하는 99%의 물질로서 보다 대중적이고 친근한 이미지로 바라봐도 좋을 것이다.
이수환 기자(shulee@ebuzz.co.kr)
(0) 
(0)Posted by 돈마니
