전적으로 컴퓨터로 만든 세균 게놈

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사랑의 굴레 - 임희숙

 

 

.QMC 시뮬레이션을 사용하여 평면 결합 스핀들 사다리의 동적 스핀 구조를 검사합니다

Ingrid Fadelli, Phys.org 연구자의 주요 결과 - 이전 중성자 산란 실험과 관련된 설정에서 동적 구조 요인의 Higgs 모드 신호를 보여주는 그림. 신용 : Ying, Schmidt & Wessel.

최근 편광 inelastric 중성자 산란 실험 C의 진폭 (즉 힉스) 모드를 확인한 9 H 18 N 2 의 CuBr 4 약한 용이 축 교환 이방성을 나타내는 2-D 근처 양자 중요한 스핀 사다리 화합물. RWTH 아헨 대학 (RWTH Aachen University), 하얼빈 공과 대학교 (Harbin Institute of Technology) 및 얼랑 겐 - 뉘른베르크 대학 (Erlangen-Nürnberg University) 연구원은 이러한 결과에 고무되어 대형 양자 몬테 카를로 (QMC)를 이용한 평면 결합 스핀 래더 시스템의 동적 스핀 구조 계수를 연구 한 결과, 시뮬레이션. "Higgs 입자의 진폭 모드에 대한 관찰과 이해는 고 에너지 물리학 (Higgs 입자 관찰을위한 노벨상 2013)과 응축 물질 물리학의 유사한 개념에 대한 연구를 연결하기 때문에 흥미 롭습니다."Kai Phillip Schmidt 이 연구를 수행 한 연구원 중 두 명인 Stefan Wessel은 이메일을 통해 Phys.org 에 말했다 . "그러나이 모드는 많은 평면 자석에서 매우 취약하기 때문에 비탄성 중성자 산란에 의해 결합 된 스핀 래더의 평면 양자 자석에서의 잠재적 인 실험적 검출이 놀랍습니다 ." 이 연구의 목적을 위해 슈미트 (Schmidt)는 근사 이론을 개발했는데 아직 정량적 모델링을 통해 확고히 입증되지 않았다. 이를 위해 슈미트가 잘 알고있는 웨셀 (Wessel)과 웨셀 (Wessel) 감독하에있는 박사후 과정 학생 인 타 잉 (Tao Ying)은이 문제에 몬테카를로 시뮬레이션을 적용하기로 결정했습니다. 본질적으로, 그들은 QMC 시뮬레이션을 사용하여 이전에 확인 된 평면 결합 된 스핀 - 래더 시스템의 동적 스핀 구조 인수를 조사하기 시작했습니다. Physical Review Letters ( PRL )에 게시 된 이들의 결합 연구 는 이전 연구에서 설명한 Higgs 진폭 모드에 대한 정량적 인 이해를 달성 할 수있었습니다. "동적 인 구조 인자는 자기 자극 (Higgs 진폭 모드와 같은)에 대한 완전한 정보를 포함하고 있으며 비탄성 중성자 산란에 의해 측정되는 필수적인 양이기 때문에 중요합니다."라고 Schmidt와 Wessel은 말했습니다. "양자 몬테 카를로 (QMC) 시뮬레이션은 양자 자석의 특정 부류를 연구하고 동적 인 구조 인자를 추출하기위한 매우 강력한 수치 도구이며 다른 방법으로 얻는 것이 일반적으로 매우 어렵습니다." 최첨단 QMC 시뮬레이션 기술을 사용하여 Schmidt, Wessel 및 Ying은 특정 여기 에너지의 수치를 비탄성 신경 산란에서 측정 된 수치와 비교할 수있었습니다. 그 결과 특정 양자 자석에 존재하는 자기 적 상호 작용을 정확히 찾아 낼 수있었습니다. "특정 실험 양자 자석의 정량 모델링과 이론적으로 관측 된 자기 여기의 특성을 해석 할 수있는 가능성은 결합 된 스핀들 사다리의 2 차원 시스템에서 Higgs 진폭 모드를 엄격하게 식별 할 수있게한다"고 Schmidt와 Wessel은 말했다. "또한 우리는 우리 모델의 큰 파라미터 공간에서 Higgs 진폭 모드의 특성을 추적 할 수 있었기 때문에이 입자를 물리학에서 가장 패러다임 모델 중 하나 인 이싱 한계까지 따라갈 수있었습니다 . " 그들의 연구에서 Schmidt, Wessel and Ying은 이전 실험에서 관찰 된 Higgs 진폭 모드를 두 개의 통상적 인 자기 여기 의 바운드 상태로 명시 적으로 이해할 수 있었는데 이는 원자로 구성된 분자와 유사합니다. 이들의 연구는 최첨단 QMC 시뮬레이션 기법을 사용하여 거의 양자에 중요한 2 차원 자석의 스핀 동역학을 이해하기위한 정량적 이론을 구체화하는 타당성을 입증합니다. 그들은 C 9 H 18 N 2 CuBr 4 화합물에 그들의 이론을 구체적으로 적용했지만 다른 유사한 자성 화합물의 양자 스핀 동역학을 이해하는 데에도 사용될 수 있다고 믿고있다. 슈미트 (Schmidt)와 베셀 (Wessel)은 "미래에 따라야 할 여러 가지 흥미로운 길들이있다"고 말했다. "특히, 자기장이나 외부 압력을 가할 때, 예를 들어 자기장이나 외부 압력을 적용 할 때, 양자 임계점에 더 가깝게 조정할 때 Higgs 진폭 모드 의 운명을 이해하는 것이 중요 할 것입니다. 이 자극이 어떻게 작용하고 불안정 해지는가? ? " 추가 탐색 중성자는 양자 물질에서 애매한 Higgs 진폭 모드를 감지합니다.

더 많은 정보 : T. Ying et al. C9H18N2CuBr4의 평면 결합 스핀들 래더의 힉스 모드와 그 관찰, Physical Review Letters (2019). DOI : 10.1103 / PhysRevLett.122.127201 Tao Hong 외. 양자 임계 지점 근처의 2 차원 양자 반 강자성체의 Higgs 진폭 모드, Nature Physics (2017). DOI : 10.1038 / nphys4182 저널 정보 : Physical Review Letters , Nature Physics © 2019 과학 X 네트워크

https://phys.org/news/2019-04-qmc-simulations-dynamic-planar-coupled.html

 

 

.차세대 항공기의 방빙 방법

에 의해 물리학의 미국 학회 크레딧 : CC0 공개 도메인

35,000 피트는 상업용 제트 비행기의 표준 순항 고도이지만 높이가 높으면 섭씨 -51도 아래로 기온이 급락하며 얼음이 쉽게 날개에 형성 될 수 있습니다. 얼음 형성과 항공기에서의 계속되는 끌림을 방지하기 위해 현재의 시스템은 연료를 태워 생성 된 열을 이용합니다. 그러나 이러한 고온, 연료 의존 시스템은 차세대 항공기의 온도에 민감한 모든 전기 기술에 사용될 수 없습니다. 과학자들이 새로운 빙결 방지 방법을 찾고있을 때, 중국의 Northwestern Polytechnical University와 아이오와 주립 대학 (Iowa State University)의 물리학 자들은 다른 접근법을 취했습니다. Physics of Fluids 지에 착륙 제어 및 착륙 제어에 중요한 장비가 착빙 제어로 두 배 증가 할 수 있다는 증거를 발표했습니다 . "현재의 제빙 방지 방법은 새로운 항공 기술을 기반으로하는 차세대 항공 시스템에는 적합하지 않습니다."라고 Xuanshi Meng은 말합니다. "우리는이 새로운 항공기의 착빙을 제어하는 ​​훌륭한 방법을 발견했습니다." 그것은 플라즈마 액추에이터 에 달려있다 . 플라즈마 액추에이터는 짧은 유형의 전기 회로입니다. 두 전극 사이에 고전압 이인가 되면 , 그 위에있는 공기 입자가 이온화되어 플라즈마를 형성하고 흐름 또는 바람을 유도합니다 . 액추에이터를 통한이 플라즈마 흐름은 항공기 날개의 공기 역학을 제어하고 착륙 및 이륙을 위해 리프트 및 드래그 ( 흐름 제어 애플리케이션 이라고도 함)를 변경하기 위해 이전에 조작되었습니다 . 그러나 플라즈마 액추에이터는 유도 된 바람을 방출하지 않습니다. "고전압을 적용하면 대부분이 열로 변환되고 나머지는 액츄에이터를 통해 유도 된 흐름 또는 이온 바람으로 변환되므로 플라즈마 작동기는 공기 역학적 효과와 열 효과를 모두 갖습니다. "플라즈마 액추에이터의 공기 역학 및 열적 측면을 결합함으로써 효율적인 착빙 및 흐름 제어를위한 완전히 새로운 방법을 제공하게되었습니다." Northwestern Polytechnical University의 플라즈마 제어 팀은 2012 년에 플라즈마 액추에이터가 제빙에 미치는 영향을 처음 깨달았습니다. 플라즈마 추출기의 방전 영역에 배치 된 아이스 큐브가 빠르게 녹 았을 때입니다. 플라즈마 얼음 보호 메커니즘을 더 입증하기 위해이 팀은 믿을 수 없을만큼 얇은 표면 유전체 장벽 방전 플라즈마 작동기를 설계했으며 3-D 인쇄 플라스틱 NACA 0012 익형에 장착했습니다. 다른 공기 역학이 얼음 형성에 어떻게 영향을 미치는지 조사하기 위해 세 가지 구성의 작동기가 설치되었습니다. 그런 다음 고속 카메라와 적외선 열 이미징 및 입자 산란 레이저를 사용하여 유도 된 흐름과 열 출력이 상호 작용하는 방식을 시각화했습니다. 시험은 조용한 공기 조건 에서뿐만 아니라 차가운 공기 입자가 익형에서 연소되는 착빙 풍동 내부에서도 수행되었습니다. 연구진은 세 액추에이터 모두 열팽창과 유동 역학이 서로 얽히게 연결되어 있음을 발견했다. 익형 표면에 수직으로 배치 된 플라즈마 작동기는 날개를 따라 열을 전달하는 데 가장 효과적이었으며 얼음 형성을 완전히 방지했습니다. 서로 다른 디자인 사이의 열 전달과 흐름을 비교함으로써 팀은 최적의 설계가 유입되는 공기 흐름과 잘 섞이면서 많은 열을 국부적으로 발생시켜야한다고 결론을 내렸다. "이것은 차세대 항공기의 복합 재료 설계에 대한 스트레스를 방지 할 수있을만큼 낮은 온도에서 효과적인 제빙 방지 시스템을 설계하는 데 사용될 수 있습니다. 멩 교수의 학생 인 Afaq Ahmed Abbasi는 "기존의 제빙 방지 기술은 물방울 을 기화시키기 위해 섭씨 200 도의 뜨거운 공기를 사용 하며 복합 재료는 이러한 고온을 견딜 수 없지만 플라즈마 착빙 제어로 과냉각 소적 형성을 막을 수 있습니다 복합 재료에 좋은 온도가 아닌 차량 표면의 얼음. " 멩 (Meng)은 혈장 액츄에이터 (anti-icers) 를 사용하려는 그의 팀의 제안이 유체 역학 전문가들에게는 "놀랍다"고 설명했다. Meng 교수는이 연구의 시작 단계에 불과하고 열과 흐름 효과가 어떻게 연관되어 있는지, 날개의 표면에서 과냉각 된 물방울을 소산시키기 위해 정확히 어떻게 상호 작용 하는지를 알아야 할 필요가 있음을 인정합니다. 추가 탐색 조용한 자동차와 항공기로의 흐름을 둘러싼 다.

더 자세한 정보 : Xuanshi Meng 외., 제빙 방지, 유체 역학 (2019)을 위한 플라즈마 작동을 이용한 결합 된 공기 역학 및 열 효과에 대한 메커니즘 연구 . DOI : 10.1063 / 1.5086884 저널 정보 : 물리학 미국 물리학 연구소 제공

https://phys.org/news/2019-04-ice-proof-aircraft.html

 

 

.전적으로 컴퓨터로 만든 세균 게놈

에 의해 ETH 취리히 Caulobacter crescentus 는 전 세계의 담수에 서식 하는 무해한 박테리아입니다 (전자 현미경 이미지). 크레딧 : ETH Zurich

전세계에 알려진 생물체의 모든 게놈 서열은 미국 국립 생명 공학 정보 센터 (National Center for Biotechnology Information)에 속한 데이터베이스에 저장됩니다. 현재 데이터베이스에는 Caulobacter ethensis-2.0이라는 추가 항목이 있습니다. 그것은 취리히 (Eur Zurich)의 과학자들이 개발 한 살아있는 유기체의 세계 최초의 완전 컴퓨터 생성 게놈입니다. 그러나 C. ethensis-2.0의 게놈은 물리적으로 매우 큰 DNA 분자의 형태로 생산되었지만 해당 유기체는 아직 존재하지 않는다는 점을 강조해야합니다. C. ethensis-2.0은 잘 연구되고 해가없는 민물 세균 인 Caulobacter crescentus의 게놈을 기반으로합니다. Caulobacter crescentus는 전 세계적으로 샘물, 강 및 호수에서 발견되는 자연 발생 박테리아입니다. 그것은 어떤 질병도 일으키지 않습니다. C. crescentus는 박테리아의 생명을 연구하기 위해 연구 실험실에서 일반적으로 사용되는 모델 유기체이기도합니다. 이 박테리아의 게놈은 4,000 개의 유전자를 포함하고 있습니다. 과학자들은 이전에 약 680 개의 유전자 만이 실험실에서 종의 생존에 결정적인 역할을한다는 것을 증명했습니다. 최소한의 게놈을 가진 박테리아는 실험실 조건에서 실행 가능합니다. ETH Zurich의 Experimental Systems Biology 교수 인 Beat Christen과 ​​ETH Zurich의 화학자 인 Matthias Christen은 C. crescentus의 최소 유전체를 출발점으로 삼았습니다. 그들은 연속적으로 고리 모양의 염색체로 처음부터이 게놈을 화학적으로 합성하기 시작했습니다. 언론 보도에 따르면 11 년 전 미국 유전학 개척자 크레이그 벤터 (Craig Venter)가 화학적으로 합성 한 세균 게놈은 20 명의 과학자들에 의해 10 년간 연구 된 결과라고한다. 이 프로젝트의 비용은 총 4 천만 달러라고합니다.

생산 공정 합리화

Venter 팀이 자연 게놈의 정확한 사본을 만들었지 만 ETH Zurich의 연구자들은 컴퓨터 알고리즘을 사용하여 자신의 게놈을 근본적으로 변경했습니다 . 그들의 동기는 두 가지였습니다. 하나는 게놈을 생산하는 것이 훨씬 쉬워졌고, 두 가지는 생물학의 근본적인 문제를 다루는 것이 었습니다. 세균 게놈만큼의 DNA 분자를 만들기 위해서는 과학자들은 단계적으로 진행해야합니다. Caulobacter 게놈의 경우, ETH Zurich의 과학자들은 236 개의 게놈 세그먼트를 합성했으며, 이들 세그먼트는 이후 함께 연결되었습니다. Matthias Christen은 "이러한 세그먼트의 합성이 항상 쉬운 것은 아닙니다. "DNA 분자는 다른 DNA 분자에 붙을 수있을뿐만 아니라 염기 서열에 따라 루프와 매듭으로 변형 될 수있어 생산 과정을 방해하거나 제조를 불가능하게 할 수 있습니다."라고 Matthias Christen은 설명합니다.

단순화 된 DNA 염기 서열

가능한 한 가장 간단한 방법으로 게놈 세그먼트를 합성 한 다음 모든 세그먼트를 가장 간소화 된 방식으로 결합하기 위해 과학자들은 실제 유전 정보 (단백질 수준)를 수정하지 않고 게놈 시퀀스 를 근본적으로 단순화했습니다 . 생물학은 유전 정보를 저장하기위한 중복을 내장하고 있기 때문에 유전체의 단순화를위한 충분한 위도가있다. 예를 들어 많은 단백질 구성 요소 (아미노산)의 경우 DNA에 정보를 쓰는 데 2, 4 개 또는 그 이상의 가능성이 있습니다. 취리히 (Eur Zurich)의 과학자들이 개발 한 알고리즘은 유전 암호의 중복성을 최적으로 활용합니다.

이 알고리즘을 사용하여 연구원은 게놈의 합성 및 구축을위한 이상적인 DNA 서열을 계산하여 궁극적으로 그들의 작업에 활용했습니다. Caulobacter는 ethensis 마이크로 튜브 -2.0 게놈. 크레디트 : ETH Zurich / Jonathan Venetz

결과적으로, 과학자들은 최소한의 게놈에 많은 작은 변형을 심어 주었는데, 그 전체가 인상적이었습니다 : 인공 게놈의 80 만개의 DNA 글자 중 1/6 이상이 "자연적"인 최소한의 것 게놈. "우리의 알고리즘을 통해 우리는 원래의 서열과 더 이상 닮지 않은 새로운 DNA 서열로 게놈을 완전히 재 작성했지만, 단백질 수준의 생물학적 기능은 그대로 유지됩니다."라고 Beat Christen은 말합니다.

유전학에 대한 리트머스 시험

다시 작성된 게놈은 생물학적 관점에서도 흥미 롭습니다. "우리의 방법은 우리가 생물 학자들이 유전학을 정확하게 이해했는지 여부를 확인하기위한 리트머스 테스트이며, 우리가 지식의 가능한 차이를 강조 할 수있게 해줍니다."라고 Beat Christen은 설명합니다. 당연히 재 작성된 게놈에는 연구자가 실제로 이해 한 정보 만 포함될 수 있습니다. DNA 서열에 위치 할 수 있고 아직 과학자들이 이해하지 못했던 "숨겨진"추가 정보는 새 코드를 만드는 과정에서 없어 졌을 것입니다. 연구 목적으로 과학자들은 자연적으로 발생하는 Caulobacter 게놈과 새로운 인공 게놈의 일부를 포함하는 균주를 생산했다. 이 박테리아에서 특정 자연 유전자를 끄면 연구원은 인공 유전자의 기능을 테스트 할 수있었습니다. 그들은 다단계 과정에서 인공 유전자 각각을 테스트했습니다. 이 실험에서 연구자들은 680 개의 인공 유전자 중 약 580 개만이 기능적이라는 것을 발견했습니다. Beat Christen은 "우리가 얻은 지식을 바탕으로 알고리즘을 개선하고 완전히 기능하는 게놈 버전 3.0을 개발하는 것이 가능할 것입니다."라고 말합니다.

생물 공학에 대한 엄청난 잠재력

"게놈의 현재 버전이 아직 완벽하지는 않지만 그럼에도 불구하고 우리의 작업은 생물 시스템이 장래에 우리 목표에 따라 컴퓨터의 설계 사양을 완성 할 수있는 간단한 방식으로 구성된다는 것을 보여줍니다 , 그리고 그들을 구축하십시오 "Matthias Christen은 말합니다. 비트 크리 스텐 (Beat Christen)은 "크레이그 벤터 (Craig Venter)의 접근 방식에서 10 년이 걸렸지 만 소그룹은 1 년의 기간 내에 새로운 기술로 12 만 스위스 프랑의 제조 원가를 달성했다"고 강조했다. "우리는 그러한 게놈을 가진 기능성 세균 세포를 조만간 생산할 수있을 것으로 믿는다"고 Beat Christen은 말한다. 그러한 개발은 큰 잠재력을 지니게 될 것입니다. 가능한 미래의 응용 분야로는 합성 의약 활성 분자 또는 비타민의 생산을 위해 생명 공학에서 활용 될 수있는 합성 미생물이있다. 이 기술은 Caulobacter뿐만 아니라 모든 미생물에 보편적으로 사용될 수 있습니다. 또 다른 가능성은 DNA 백신의 생산 일 것입니다. "연구 결과와 가능한 응용 분야가 유망한만큼 사회에서이 기술을 사용할 수있는 목적과 동시에 악용 사례를 예방할 수있는 방법에 대한 심오한 토론이 필요합니다."라고 Beat Christen은 말합니다. 인공 게놈 을 가진 첫 번째 박테리아 가 생산 될지는 아직 명확하지 않지만, 이제는 개발 될 수 있다는 것은 분명합니다. "우리는 과학자들과 사회 전체의 집중적 인 토론을 위해 우리가 가진 시간을 사용해야 만한다. 우리는 우리가 가진 모든 노하우와 함께 토론에 기여할 준비가되어있다."

추가 탐색 생명에 필수적인 세균 게놈의 일부를 밝혀내는 새로운 방법 자세한 정보 : Jonathan E. Venetz el al., "설계 유연성과 생물학적 기능을 얻기위한 세균 게놈의 화학 합성 재 작성", PNAS (2019). www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1818259116 저널 정보 : 국립 과학 아카데미 회보 ETH 취리히 제공

https://phys.org/news/2019-04-bacterial-genome.html

 

 

.엔지니어는 재생 가능 연료 생산에서 새로운 역할을 발견했습니다

에 의해 오클라호마의 대학 OU 엔지니어들은 재생 가능 화학 물질의 물을 이용한 업그레이드, 푸르 푸랄 (furfural), 변환 속도를 두 배 또는 3 배로하는 새로운 접근법을 발견했습니다. 학점 : University of Oklahoma

University of Tulsa와 공동으로 오클라호마 대학의 엔지니어들은 재생 가능 화학 물질을 물로 보조하여 푸르 푸랄 (furfural)로 전환하는 혁신적인 방법을 발견하여 전환율을 두 배로 또는 3 배로 증가 시켰습니다. "에너지와 물 은 재생 가능한 연료의 생산에 상호 연결되어있다. 한편으로는 물을 추출, 정화, 분배하는 데 에너지가 필요하다. 반면에 물은 에너지를 생산하는 데 유용하다"고 Daniel Resasco 교수는 말했다. Gallogly 공과 대학 화학, 생물 및 재료 공학과 "물은 유기 용매를 대체하는 환경 친화적 인 용매로서 중요한 역할을하는 것으로 알려져 있으며, 수소화 속도를 가속화 할 수 있다는 것이 새로운 사실입니다." 종래의 정제에서의 화학적 에너지 생성에서, 반응기에 물의 존재는 바람직하지 않다. 일반적으로, 촉매 반응 이 일어나고 있는 반응 시스템에 물이 존재할 때, 통상적으로 반응 이 일어나는 곳을 흡수하여 전환율을 저해한다. "화학 공학 졸업생과 학부생 그룹은 반응을 억제하지 않고 프로세스의 큰 비율을 향상시키지 않고 푸르 푸랄의 촉매 전환에 참여한 사람으로서 물의 발견에 참여했다"고 Bin Wang 조교수는 말했다. Gallogly 공과 대학 화학, 생물 및 재료 공학과 Furfural는 연료 및 화학 물질 생산을위한 가치있는 플랫폼으로 간주되는 바이오 매스에서 추출한 화합물입니다. 중요한 전략은 분자를 수소화하여 나중에 화학 산업 에서 사용할 수 있도록하는 것입니다 . 이 그룹은 분자가 산소화 된 그룹을 포함 할 때 수소화가 촉매 표면 대신 액상 에서 일어난다는 것을 보여 주었다 . 물이없는 경우, 반응의 모든 단계가 촉매 표면에서 일어난다. 용매로서의 물의 존재 하에서, 수소는 반응을 위해 더 높은 속도로 물 분자를 통해 '왕복 될'수있다. 이 후자의 경로는보다 낮은 에너지 장벽을 필요로하며 더 빠릅니다. 이 독특한 메커니즘을 설명하는 기사가 Nature Catalysis 에 게재되었습니다 .

추가 탐색 화학 수소 저장 시스템 추가 정보 : 용제 매개 전하 분리는 액체 물에서 푸라 늄의 대체 수소화 경로를 유도합니다 ( Nature Catalysis (2019)). DOI : 10.1038 / s41929-019-0257-z , https://www.nature.com/articles/s41929-019-0257-z 저널 정보 : Nature Catalysis 오클라호마 대학교 제공

https://phys.org/news/2019-04-role-production-renewable-fuels.html

 

 

.연구원은 달 내부의 온도를 계산하여 내부 구조를 밝혀냅니다

에 의해 로드 아일랜드 대학 Ananya Mallik, 지구과학 조교수. 신용 : 노라 루이스

달의 내부 구조에 대해서는 알려진 것이 거의 없지만, 달의 핵심과 맨틀의 경계에서 온도를 결정할 수있는 실험을 수행 한로드 아일랜드 대학 (University of Rhode Island) 과학자에 의해 커다란 발전이 이루어졌습니다. 그녀는 기온 이 섭씨 1,300도에서 1,470도 사이 인 것으로 밝혀 졌는데, 이것은 이전 과학자들이 결정한 800도 범위의 상한선에있다. "오늘 달의 내부 구조를 이해하기 위해서는 더 나은 열 상태를 유지할 필요가있었습니다."2018 년 12 월에 대학 교수진에 합류 한 지구과학 보조원 인 Ananya Mallik은 다음과 같이 말했습니다. "이제 우리는 두 개의 앵커 우리가 달을 통해 온도 프로파일을 만드는 데 도움이 될 것입니다. 우리는 달의 내부 상태, 구조 및 구성을 결정하기 위해 온도 프로파일이 필요합니다. " 달의 표면 온도는 약 -20C입니다. Mallik에 따르면, 달은 지구와 같은 철심을 가지고 있으며, 지진 데이터를 사용한 이전의 연구에 따르면 핵심과 맨틀의 경계에서 물질의 5 ~ 30 %가 액체 또는 용융 상태에 있음을 발견했습니다. "큰 문제는, 왜 우리는 그 깊이에 달 안에 녹아있는 물질을 가지고있을 것인가"라고 Mallik이 말했다. 이 질문에 대한 답변을 시작하기 위해 Mallik은 2016 년 독일의 실험 지구 화학 및 지구 물리학 연구소 (Bavarian Research Institute of Experimental Geochemistry and Geophysics)에서 일련의 실험을 수행했습니다.이 실험은 달 안쪽 깊숙한 곳에서 발견되는 고압을 발휘할 수있는 다중 앤빌 장치를 사용합니다. 그녀는 달에서 발견되는 물질과 비슷한 작은 샘플을 준비하고, 달의 핵심 맨틀 경계에 존재하는 것으로 믿어지는 압력 인 지구 대기압의 45,000 배로 장치에서 그것을 쥐어 짜내고 흑연 히터를 사용하여 시료가 부분적으로 녹을 때까지의 온도. "목표는 코어 - 맨틀 경계의 온도 범위를 알려주는 5 ~ 30 % 용융 온도 범위를 결정하는 것"이라고 그녀는 말했다. 이제 경계의 온도 범위가 좁혀 졌으므로 과학자들은 달의보다 정확한 온도 프로파일을 개발하고 맨틀을 핵으로 구성하는 미네랄의 프로파일을 결정하기 시작할 수 있습니다. Mallik은 "왜 달이 진화했는지 더 잘 이해하려면 달의 성분을 파악하는 것이 중요합니다. "지구와 달의 역사는 처음부터 서로 얽혀있다. 사실 둘 다 45 억년 전에 발생한 원형 지구와 대략 화성 크기의 물체 사이의 커다란 충돌의 산물이다. 그래서 지구를 이해하기 위해서 우리 모두가 공통적 인 출발을했기 때문에 가장 가까운 이웃을 알아야합니다. "지구는 복잡하다"고 그녀는 계속 말했다. "지구와 달 사이의 성분의 유사성은 우리에게이 두 행성 기관이 어떻게 형성되었고, 충돌의 에너지는 무엇이며, 요소들이 어떻게 분리되어 있는지에 대한 통찰력을 줄 수 있습니다." URI 지구 과학자는 대륙의 분포, 지구 표면의 지형, 장기 기후의 조절, 그리고 아마도 생명의 기원조차도 담당하는 판 구조론의 과정을 통해 지구가 진화 해왔다고 언급했다. 그러나 달에 판 구조론의 증거는 없다. "지구상의 모든 것은 판 구조론 때문에 발생합니다."라고 그녀는 말했다. "달이이 과정을 경험하지 못하면서 우리 행성에 대해 우리에게 말하는 것은 무엇인가? 화성과 금성을 연구하는 이유와 동일한 논증이다. 그들은 우리에게 가장 가까운 이웃이며 우리 모두 공통점을 가지고있다. 그들은 우리의 행성과 아주 다른가? " Mallik의 연구에서 다음 단계는 코어 - 맨틀 경계 에서 용융 물질의 밀도를 실험적으로 결정 하는 것이고, 이는 온도 범위를 더욱 세분화 할 것이다. NASA의 마샬 우주 비행 센터의 Heidi Fuqua Haviland와 University of Florida의 Paul Bremner와 협력하여이 결과를 계산 방법과 결합하여 달의 내부 온도 구성과 구성을 도출합니다. Mallik의 연구는 4 월 1 일 Geochimica et Cosmochimica 지에 게재되었습니다 .

추가 탐색 물리학 자들은 달의 회전 역학의 첫 번째 모델을 제공하여 견고한 내부 핵심을 설명합니다. 로드 아일랜드 대학 제공

https://phys.org/news/2019-04-temperature-moon-reveal.html

 

 

A&B, study(laboratory evolution, mainhotspot project)

B/http://www.mdpi.com/2072-4292/10/8/1261
A/https://www.nature.com/articles/s41598-018-28963-0
https://pr.ibs.re.kr/handle/8788114/5556?mode=full
https://www.nature.com/articles/s41598-018-28963-0

 

 

 

.인텔, 美 에너지부와 최초 ‘엑사급 슈퍼컴퓨터’ 만드는 이유

이종무 기자 jmlee@ekn.kr 2019.03.28 15:26:33  인텔 ▲인텔 ‘오로라 시스템’. 사진 제공=인텔 [에너지경제신문=이종무 기자]

인텔과 미국 에너지부가 미국 최초의 엑사(플롭)급 슈퍼컴퓨터를 만든다. 프로젝트 이름은 ‘오로라’다. 미 에너지부는 이 프로젝트에 5억 달러(한화 약 5600억 원)을 투입할 예정이며, 계산, 환경·생명과학 등 국가 과학 연구를 발전시키는 데 사용한다는 계획이다. 최근 인텔과 외신 등에 따르면 오로라 시스템은 미국 시카고에 위치한 미 에너지부 산하 아르곤 국립연구소에서 개발된다. 이는 2017년 고성능 컴퓨터 개발을 가속화하라는 미 정부의 명령에 따른 것이다. 인텔과 초고속 머신 전문업체 크레이는 오는 2021년을 목표로 이 슈퍼컴퓨터를 제작할 계획이다. 기존의 고성능 컴퓨팅(HPC) 기술과 인공지능(AI) 기술이 접목된 이 슈퍼컴퓨터는 초당 100경 번의 연산이 가능하다. 이를 통해 거대 규모의 우주 시뮬레이션 개발, 핵 폭발 시뮬레이션 등 무기 개발, 전력망(그리드) 개선, 유기 태양 전지의 개발을 위한 재질 발견, 약물 반응 예측 관련 새로운 의약품·모델 개발 등 획기적인 연구 프로젝트에 사용될 것으로 전망된다. 미 현지 외신들은 연구자들이 전례 없는 과학적 문제를 해결하는 데 슈퍼컴퓨터를 사용하게 될 것이라고 전했다. 시카고트리뷴은 인텔의 고성능 컴퓨팅 사업 총괄 관계자를 인용해 "과학자들은 이 슈퍼컴퓨터를 통해 데이터를 분석하고, 해결할 수 없는 근본적인 문제를 해결하는 데 도움이 될 것"이라고 설명했다. 시카고트리뷴은 또 미 아르곤 국립연구소가 오로라를 수용하기 위해 시카고 르몽 근처의 캠퍼스에 새로운 건물을 짓기 시작했으며, 이번 오로라 프로젝트로 중국, 일본, 유럽연합(EU) 등 세계 슈퍼컴퓨터 경쟁에서 우위를 확보하게 될 것이라고 보도했다. 미국이 슈퍼컴퓨터 개발에 속도를 내고 있는 데에는 중국과의 무역 긴장도 원인이 됐다는 분석이 나온다. 로이터에 의하면 중국은 현재 세계에서 3번째로 빠른 슈퍼컴퓨터와 자체 개발한 칩을 보유하고 있다. 글로벌 시장조사업체 가트너의 치라그 디케이트 애널리스트는 "이는 미국과 중국의 단순한 경주가 아니다"라며 "인텔이 개발하고 있는 혁신은 다른 부분으로 확산될 것"이라고 말했다고 로이터는 전했다. 인텔은 슈퍼컴퓨터를 위해 새로운 기술을 탑재한다. 차세대 중앙처리장치(CPU)인 ‘제온 스케일러블’ 프로세서 칩과 차세대 ‘옵테인’ 메모리 칩, 차세대 소프트웨어(SW)를 장착한다. 오로라는 차세대 슈퍼컴퓨터 시스템인 코드명 ‘샤스타’를 사용할 예정이다. 샤스타는 200개 이상의 캐비닛, 크레이의 슬링샷TM 고성능 확장형 인터커넥트, 인텔 아키텍처에 최적화된 샤스타 SW 스택을 포함한다. 릭 페리 미국 에너지부 장관은 "엑사급 슈퍼컴퓨터를 확보하는 것은 과학계 발전뿐만 아니라 미국인의 삶을 개선하기 위해서도 시급한 사항"이라며 "오로라 시스템과 차세대 엑사급 슈퍼컴퓨터는 암 연구, 기후 모델링, 퇴역 군인 치료 등 다양한 분야에 기술을 접목할 것이며, 엑사급 슈퍼컴퓨터는 우리 사회에 막대한 영향을 미치게 될 것"이라고 강조했다. 로버트 스완 인텔 최고경영자(CEO)는 "AI와 고성능 컴퓨팅의 융합은 세계가 직면한 가장 큰 문제를 해결할 수 있는 중요한 기회이자 경제적 기회를 창출할 중요한 촉매제"라고 말했다.

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.中 '원전 굴기'..."떠다니는 체르노빌" 해상 원전 까지

박성준 기자 mediapark@ekn.kr 2019.03.22 12:19:30  러시아에서 만들어진 해상 원자력발전소 ▲러시아에서 만들어진 해상 원자력발전소 [에너지경제신문 박성준 기자]

중국이 올해 안에 러시아에 이어 세계에서 두번째로 부유식 해상 원자력발전소를 착공키로 했다. 중국의 이 같은 행보는 최근 들어 최신형 원전을 잇달아 가동하는데 이어 기술적 난이도가 높은 해상 원전에도 도전장을 내민 것으로 평가된다. 중국은 과거 2011년 일본 후쿠시마 원전 사고 후 원전 건설을 일시 중단했다. 하지만 지난 2016년 13차 5개년 계획(2016∼2020)을 통해 원전 건설을 오히려 확대하는 쪽으로 방향을 틀면서 재차 ‘원전 굴기’에 나섰다. ◇ 중국, 2030년 원전 100기 돌파 전망...해상 원전 까지 착공 중국은 기후변화대응을 위해 2020년부터 2030년까지 화석연료에 의한 1차 에너지 소비량을 20% 줄이고 이산화탄소 배출량을 2005년 수준 대비 2배 가량 감축 시킬 계획이다. 이에 중국은 탈원전 정책을 추진하고 있는 한국과 달리 2030년까지 해상 원전을 포함해 전체 원전 발전 용량을 현재 대비 4배로 늘릴 방침이다. 세계원자력협회(World Nuclear Association)에 따르면 현재 중국은 45기의 원전을 가동 중인 것으로 나타난 가운데 2020년까지 58 GWe(기가와트일렉트릭·1GWe는 원전 1기 설비용량) 규모의 원전을 가동목표로 설정하고 그 이후로 30 GWe 규모의 원전을 추가로 건설할 계획이다. 업계에서는 중국의 원전 규모가 2030년에는 100기를 돌파할 것으로 전망하고 있다. 원자력 관련학과 교수는 "실제로 다양한 최신형 원전을 가동시켜 나가는 중국의 원전굴기는 무섭다"며 "중국에서 7기의 신규 원전이 가동됐는데 4기가 미국의 최신기술인 AP1000, 1기는 프랑스의 최신기술인 EPR(170만kW 짜리 대형), 1기는 러시아 기술인 VVER-428M, 나머지 1기는 자국기술인 ACPR가 적용됐다"고 밝혔다.

중국 주요 원전 가동현황(자료:세계원자력협회(WNA)) ▲중국 주요 원전 가동현황(자료:세계원자력협회(WNA)) 이러한 ‘원전 굴기’ 정책의 일환으로 중국은 해상원전 건설에도 박차를 가하고 있다. 지난 21일 중국 관영 글로벌타임스에 따르면 국유기업인 중국핵공업집단(CNNC)의 자회사인 핵동력연구설계원(NPI)은 "중국이 최초의 해상 원전 건설에 나선다"고 밝혔다. 다만 구체적인 완공 시기나 투자 규모 등은 밝히지 않았다. 뤄치 NPI 원장은 "해상 원전은 작은 규모의 원자로를 갖춘 해상 플랫폼으로, 공간을 적게 차지하고 지진 등 (자연재해의) 영향을 받지 않으며 대기오염을 일으키지 않는 등 장점을 갖고 있다"고 강조했다. 중국 최초의 해상 원전은 산둥(山東)성 해안에 건설될 예정인 것으로 알려졌다. 중국은 당초 2018년 내에 1호기를 완공해 2019년 가동을 목표로 했지만, 기술 난이도가 높아 올해 착공하는 것으로 시기가 미뤄진 것으로 알려졌다. 산둥성 연안은 우리나라 서해에 해당되는 지역이다. 구쥔 CNNC 사장은 지난해 6월 "산둥성 연안에 떠있는 해상 원전 구축을 준비하고 있다"고 밝힌 바 있다. 당시 산둥성 현지 매체인 치루완바오는 이 사업의 총 투자비용을 140억위안(약 2조3610억원)으로 추산하고, 해상 원전이 2021년 가동될 것이라고 보도했다. 또한 CNNC와 중국광핵집단 등은 2020년대에 북부 보하이(渤海)와 남중국해 등에 해상 원전 20기를 건설할 계획이라고 밝혔다. 중국은 앞으로 사고로 전원이 끊길 때 원자로를 자동 정지할 수 있는 최신형 원자력발전소를 줄줄이 건설 및 가동할 계획이다. 이에 앞서 세계 최초의 해상 원전은 러시아에서 건설 중이다. 러시아 국영 원자력기업인 로사톰은 지난해 4월부터 해상 부유식 원전 ‘아카데미크로모노소프’를 짓고 있다. 이 원전은 올해 여름부터 가동돼 북극해 연안 도시 페베크에 10만여 명이 쓸 전력을 공급할 예정이다. 개발사 측은 "이 원전이 모든 종류의 자연적, 기술적 피해를 막을 안전장치가 돼 있다면서 안전하다"고 주장하고 있다. 상트페테르부르크의 발틱조선소에서 건조된 아카데믹 로모노소프는 지난해 5척의 예인선에 의해 원자력 원료를 공급받기 위해 북극권 항구인 무르만스크로 이동을 시작했다. 당초 상트페테르부르크에서 원자력 원료를 공급받을 예정이던 로모노소프는 노르웨이, 스웨덴 등 인근 북유럽국가의 항의로 발틱해를 통과해 무르만스크에서 첫 원자력 원료를 공급받는다. 로모노소프가 올해 페베크 마을에 도착해 전력을 공급하게 되면 세계 최북단에 위치한 원자력 발전소가 된다. 이를 통해 10만 인구가 사는 마을에 전력을 댈 수 있게 됐다. 로모노소프는 바닷물을 담수로 만들 수 있도록 설계된 원자로 2기를 탑재한 2만1500톤급의 무동력선이다. 20만명 가량의 도시가 하루 사용할 수 전력 70MW와 열에너지 300MW를 공급할 수 있다. 또 로모노소프는 올해부터 페베크 등에서 전력을 공급한 후 극동지역으로 이동할 예정이다. 바다 위 원자력 발전소가 예정대로 작동하면 로사톰은 인도네시아, 알제리 등에 발전소를 수출할 계획이다. 로사톰 산하 원전 기업인 로세네르고아톰의 비탈리트루네프 대표는 "이 떠다니는 에너지 시설은 전통적 원전이 가진 최고의 특성들을 모두 포함하고 있다. 어떤 형태의 자연·기술적 피해로부터도 안전하다"고 거듭 주장하고 있다. 해상 원전은 미리 조립한 발전설비를 부양 바지에 실은 뒤 해상 적당한 장소에 만들어진 인공 방파제에 계류시키는 것으로, 냉각수는 직접 바닷물에서 취한다. 보통 해상 원전 용량은 10만㎾ 규모로 통상 원전의 10% 정도의 출력이다. 해상 원전은 또한 위치를 자유롭게 옮길 수 있어 주로 오지나 해상 석유 시추 시설 등에 전기를 공급하기 위한 용도로 개발되고 있다. ◇ ‘떠다니는 체르노빌’ 해상원전...안전성 확보해야 그러나 해상 원전의 안전성이 검증되지 않아 국제 환경단체들은 이를 ‘핵 타이타닉’ 또는 ‘떠다니는 체르노빌’이라고 부르며 반대하고 있다. 특히 러시아 해상 원전의 경우 북극해의 높은 파도와 강풍에 노출되는 게 원전에 가장 큰 위험이 된다는 주장이다. 국제 환경보호 단체 그린피스의 원자력 전문가 얀 하버캄프는 "일이 잘못 됐을 때 취할 수 있는 조치가 수천가지나 되는 지상 원전과 달리 로모노소프 같은 움직이는 원전은 사고가 발생했을 경우 취할 수 있는 조치가 제한적"이라며 "지상 원전 사고에서 얻은 경험을 해상 원전에 대입하는 것이 불가능하다"고 강조한 바 있다. 해상원전에 대한 완전한 안정성 검증이 필요한 상황에 중국이 건설키로 한 예정지인 산둥성 해상은 한국과 가장 가까운 곳에 위치해 있어 만약 사고가 날 경우, 한국도 안전지대는 아닐 것으로 예상된다. 한편, 환경단체들이 표현하는 ‘떠다니는 체르노빌’에서 체르노빌은 구 소련(현재 우크라이나) 중북부에 위치한 도시로 이 지역에서 가동했던 원전이 과거 1986년에 폭발하면서 인류 최악·최대의 원전사고가 발생했다. 이 사고로 인한 피폭(被曝)과 방사능 휴유증 등으로 수십 만 명의 사상자가 나타났으나 사실상 피해 집계가 불가능할 만큼 체르노빌 원전 사고는 인류 역사상 최악의 재앙으로 기록되고 있다. 체르노빌 원전사고에 이어 후쿠시마 원전사고에 따른 방사선 노출 문제 등으로 원전 사고의 위험성에 대한 경각심이 커지고 있는 상황에서 러시아·중국 등에서 추진하고 있는 해상 원전 또한 사고의 위험성 우려로 국제환경단체들은 반발에 나서고 있다.

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.美, ‘크레이지호크’까지 투입… 北미사일 도발 임박? 

평택 501여단 ‘크레이지 호크’ 지난달 말 서해상에 추가 투입 탄도미사일 추적 ‘코브라볼’ 등 RC-135 3종 모두 日기지 급파 “北 언제든지 쏠 준비 돼 있지만 정치·외교적으로 쉽지않을 것” 미국이 3월 말부터 북한의 탄도미사일 발사 움직임을 포착, 공중정찰기인 ‘EO-5C 크레이지 호크’를 추가 투입하고 미 공군 특수 전자정찰기인 ‘RC-135S 코브라볼’도 주일미군 기지에 급파한 것으로 1일 확인됐다. 이에 따라 북한의 탄도미사일, 또는 우주발사체(SLV)를 가장한 미사일 발사가 임박했다는 관측이 커지고 있다. 이날 복수의 군 소식통에 따르면 미국은 지난달 경기 평택 주한미군 501정보여단 3군사정보대대 소속의 저고도 공중정찰기인 EO-5C 크레이지 호크를 서해상에 추가 투입했다. 캐나다·호주도 지난해부터 P-3C, P-8 해상초계기를 이용해 북한 선적 환적(換積)을 감시해온 가운데, 프랑스도 최근 해상초계기 ‘팰컨 200’을 공해상에 투입한 것으로 전해졌다. 크레이지 호크는 다기능 저고도 공중정찰기로, 1994∼1995년 사이에 수도권에 위협적인 북한의 장사정포와 방사포, 탄도미사일 이동식발사대(TEL) 움직임을 감시하기 위해 배치된 공중정찰기다. 또 미국은 특수 전자정찰기인 RC-135S 코브라볼도 지난달 30일 인도양의 디에고가르시아 공군기지에서 일본 오키나와(沖繩) 가데나(嘉手納) 주일미군기지에 급파한 것으로 드러났다. 앞서 미군은 동창리 미사일 발사장 복구 움직임이 포착된 3월 초부터 가데나 기지의 신호감청 정찰기인 ‘RC-135W 리벳조인트’와 전략정찰기인 ‘RC-135U 컴뱃 센트’를 거의 매일 교대로 한반도에 보내고 있다. 이들 정찰기는 함경남도 신흥 일대에서도 미사일 활동과 관련해 통신 신호 등을 포착한 것으로 전해졌다. 신인균 자주국방네트워크 대표는 “미 공군의 RC-135 시리즈 3종이 한꺼번에 가데나 기지에 집결해 북한 미사일 징후를 감시하는 것은 이례적”이라고 말했다. 특히 군사전문가들은 탄도미사일 궤적 추적용인 코브라볼의 주일미군기지 급파를 북한의 미사일 발사가 임박했다는 징후로 해석하고 있다. 정보 소식통도 이날 “정보적 관점에서만 보면 북한이 미사일이든 위성이든 쏠 준비를 하고 있다는 분석이 있다”면서 “동창리는 외부에 불만을 보여주기 위한 용도이고, 다른 데서 쏘거나 TEL을 이용하는 방법도 가능하다”고 말했다. 다만, 이 소식통은 “미사일 발사는 김정은 북한 국무위원장의 정치적 결정에 달려 있는데, 지금 정치적 상황까지 포함해 분석한다면 미사일 발사는 쉽지 않은 선택일 것이라고 본다”고 말했다. 정충신 기자 csjung@munhwa.com

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