선생님이 들려주는 과학 이야기
최근 몇 주 북한의 핵미사일 발사 가능성에 대한 소식으로 한반도 위기론이 언급되기도 하는 등 다소 어수선한 모습이다. 지난 해 12월 북한의 인공위성 광명성 3호 발사 성공과 제 3차 핵실험(함경도 길주군에서 인공지진 관측)을 감행했다는 소식이 연이어 전해지면서 우리 한반도 정세에 긴장감이 고조되고 있는 것은 사실이다.
학생들 또한 방송을 통해 보았다면서 북한이 미사일을 쏘면 ‘간단한 구호 약품과 식량 및 중요한 물건 등을 챙겨서 아파트 지하나 지하철 깊은 곳으로 대피해야 한다’는 사후 행동 팁들을 나에게 전하기도 했다.
이렇듯 최근 이슈가 되고 있는 핵(核)에 대해 우리는 얼마나 알고 있을까?
핵무기를 언급하기 전에 먼저 핵(核)에 대한 이야기를 해 보고자 한다.
물리·화학에서 핵이란, 중심에 모여 있는 중성자와 양성자의 집단을 말한다. 원자핵의 반지름은 원자 반지름의 10만분의 1정도로, 매우 작은 공간에 밀집돼 있다.
이렇게 작은 원자핵의 존재를 처음으로 발견한 것은 뉴질랜드 출신의 물리학자 어니스타 러더퍼드였다. 그는 1909년 매우 얇은 금박에 대고 무거운 알파입자를 쏘는 실험을 하던 중, 알파 입자 중 일부가 금박에서 튕겨 나와 되돌아 온 것을 발견하고는 금 원자 안에 밀도가 높은 무언가 단단하고 육중한 중심이 있을 것이라고 생각했다.
그는 이를 견과의 씨를 의미하는 라틴어에서 이름을 따 핵(Nucleus)이라고 하였고 이때부터 본격적으로 원자핵의 물리를 다루는 핵물리학이 시작된 것이다.(한국원자력문화재단)
이후 1938년 말에 독일의 한과 슈트라스만이 우라늄 핵분열의 산물인 바륨을 발견했고, 다음해 이것을 발표하면서 우리 인류는 새로운 핵에너지 시대에 진입하게 됐다.
우라늄 핵분열에 관한 연구가 급속도로 진척되면서 우라늄 235 외에도 자연에 풍부하게 존재하고 있는 우라늄 238을 이용한 또 다른 핵 물질이 미국의 과학자들에 의해 발견됐다.
특히 세그레와 시보그는 1941년 플루토늄을 발견했는데, 느린 중성자에 의한 플루토늄의 단면적이 우라늄 235의 1.7배라는 사실을 계산해내면서 플루토늄은 주요 핵연료로 부상됐다.
핵분열과 새로운 핵연료의 발견에 따라 핵에너지의 산업적, 군사적 응용 가능성이 급속도로 현실화됐다. 미국으로 건너간 페르미는 1942년 역사상 최초로 원자로를 건설했고, 제2차 세계대전 중에는 맨해튼 계획에 참가한 수많은 과학기술자들에 의해서 1945년 원자탄이 제조됐다.
원자탄은 완성되자마자 곧바로 전쟁에 사용됐는데, 이는 우라늄의 핵분열이 발견된 지 겨우 6년만의 일이었다. 불과 100여년도 되지 않은 핵물리학의 발전이 우리 인간 사회에 미친 영향은 엄청나다. 하지만, 분명한 것은 핵’연구의 방향이 절대 인류의 안전과 평화를 위협해서는 안 되겠다는 것이다.
과학은 인간을 향해야 함을 결코 잊어서는 안 될 것이다.
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