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글쓰기에디터 원자력AE-31:약력강력 2005/04/27 주승환의 원자력 세상보기(31): 원자핵 속에 숨겨진 약력 그리고 강력 〈연쇄반응, 임계질량 그리고 반사구〉 앞서, 설명된 글에서 실라르드가 연쇄반응 원리를 특허출원했던 얘기를 기억할 것이다. 그의 머릿속은 그밖에도 핵폭탄을 만드는 데 아주 중요한 두 가지 조건들을 생각하고 있었다. 그가 낸 특허출원 서류에는 그것들을 기록해 놓았다. 그들 중, 하나는 ‘임계질량’이다. 원자핵이 스스로 연쇄반응을 일으켜서 폭발하게, 그리고 그 핵반응들이 연속적으로 일어날, 한 덩어리로 뭉쳐진, 핵물질의 최소 부피를 뜻한다. 다른 하나는 ‘반사구’이다. 원자핵을 이룬 핵자(양성자 그리고 중성자) 들이 외부에서 침입된 중성자로 연쇄반응을 일으킬 때, 중성자들이 새로 생겨난다. 그런 중성자들이 그 핵물질 밖으로 달아나지 못하게 막아 줄 한 장치이다. 그 장치는 생겨날 중성자들을 핵물질 속으로 되돌려, 찰나에 핵물질을 쪼갤 일에 동원되게 반사시켜 줄 한 장치이다. 그의 특허출원 제출 문서에는 무거운 금속, 예컨대, 납덩이로 한 반사구를 만들 것을 제안하고 있다. 실제로, 핵폭탄 재료인 핵물질은 그의 원자핵 속에 들어있는 중성자들이 찰나에 연쇄반응을 계속 일으키게 하려면, 위의 두 가지 요건들을 반드시 갖춰야 한다. 그래야 핵폭탄 구실을 제대로 할 수 있다. 핵물질을 가지고 있다는 북한도 임계질량 그리고 반사구를 갖춘 기폭장치를 개발, 핵실험한 것이 입증돼야 세계가 인증한다. 핵물질의 보유만으론 어림없다. 〈‘약력’의 한계〉 실라르드가 원자핵의 핵력을 핵폭탄으로 만들 수 있다는 강박관념에 사로잡혔던 생각이란 아주 단순한 거였다. 중성자들은 원자핵 속을 쉽게 드나들 수 있고, 그런 중성자들은 원자핵을 이룬 핵자들의 일부를 바꿔치기 함으로써 인공 동위원소를 제조할 수 있다. 그런 연쇄반응들에 뒤따를 발열반응으로 막대한 양의 열에너지를 얻을 수 있을 것이란 주장이었다. 하지만, 그는 우라늄 원자들이 그런 연쇄반응을 일으킨다는 얘기는 하지 않았다. 지금 우리는 우라늄-235란 원자를 원자로 속에서 태울 때, 실라르드가 생각했던, 중성자들이 일으킬 연쇄반응들을 이용 한다. 그런 연쇄반응이 진행되는 동안, 엄청나게 센 열이 뒤따라 생겨난다. 우린 그런 열을 이용해서 발전기를 돌려 전기를 얻고 있다. 예컨대, 하나의 우라늄-235의 원자핵을 하나의 중성자로 포격하여 그 핵을 두 동강이로 쪼개면, 쪼개질 핵자들이 두 쪽으로 나눠지면서 평균 2.5 개나 될 새로운 중성자들이 튀겨져 나온다. 이것들은 찰나에 다시 다른 우라늄-235의 원자들의 원자핵을 쪼갠다. 이때, ‘질량결손’으로 알려진, 핵자들에서 떨어져나간 일부 부스러기들이 튀겨져 나오면서 소멸된다. 어떤 물질의 질량이 소멸되면, 반드시 그에 상응하는 에너지가 생겨난다. 아인슈타인의 ‘특수 상대성’ 이론은 질량이 곧 에너지란 “등가식”을 발견한 것이다. 소멸된 그 질량은 그의 등가식을 쓰면, 생겨난 에너지의 양을 셈할 수 있다. 실라르드가 생각했던 ‘연쇄반응’ 그리고 그런 방응을 찰나에 일어나게 할 ‘임계질량’ 그리고 ‘반사구’의 한 장치 등에 관한 개념들은 지금 우리가 원자력을 얻는 메커니즘과는 아주 달랐다. 그때는, 아무도 원자핵을 두 동강이로 쪼갤 수 있다는 생각을 하지 못했다. 앞서 얘기에서 알 수 있듯이, 한 개의 원자는 물리적으로 나뉠 수 있는 고유한 두 종류의 힘들을 가진다. 그 둘 중, 엔리코 페르미 박사가 정의했던, “약한 상호작용(간단히 ‘약력’이라 함)”만을 생각할 수 있었던 시대였다. 〈‘강력’이란?〉 원자핵 속에 들어있는 양성자들은 엄청난 또 다른 힘의 지배를 받고 한 덩이로 뭉쳐있다. 예컨대, 전기적 성질이 같은 플러스(+)나 마이너스(-)인 작은 알갱이들끼리는 서로 가까이 붙지 않으려고 서로를 밀쳐낼 힘(척력)을 갖는다. 한 자석을 생각하면, 쉽게 이해된다. 자석은 북극 그리고 남극이란 두 극점들이 있다. 작은 두 개의 말굽자석들을 같은 극들끼리 서로 붙어있게 하려면, 우리 손의 힘으로는 어림도 없다. 서로 밀치는 척력 때문에 서로는 어긋난다. 원자핵 속에 들어있는 양성자들은 앞의 약력과는 견줄 수 없을 만큼 강력하고, 가공할 파괴력인 강제된 힘을 받아 한 덩이로 뭉치게 된다. 물리학에서 이런 강제된 힘을 ‘강력한 상호작용(강력)’이라 한다. 쉽게 풀자면, 실라르드의 연쇄반응은 약력 범위에서 다룬 논리였다. 지금까지《주승환의 원자력 세상 보기》는 원자의 약력에 관한 얘기를 해온 것이다. 약력들은 원자핵에서 튀겨져 나오는 방사선(알파알갱이, 베타알갱이, 감마선 그리고 일부의 중성자 알갱이) 들이 갖는 약한 방사선 에너지들이 그 대표적인 것들이다. 아직도 약력을 제외한, 한 원자가 갖는 고유한 힘인 “강력”에 관한 이슈는 다루지 않았다. 그 논리는 인류가 우라늄-235의 원자핵이 두 동강나는 현상을 발견한 이후에나 할 얘기다. 반핵단체들은 원자가 가진 고유한 두 종류인, 약력 그리고 강력을 구분하지 못하고 둘을 싸잡아 몰고 간다. 저들은 ‘방사성 쓰레기’를 애써, ‘핵폐기물’이라 고집한다. 우린 그들의 주장들을 자세히 따지고 살펴봐야 할 것이다. “핵폐기물”은 인류가 강력을 이용하면서 생겨난 이름이다. 즉, 핵폭탄을 만드는 과정에서 대량으로 생겨난다. 원전연료에는 우라늄-235를 천연에 있는 것보다 약간 농축시킨 핵물질이 적당히 들어있음은 사실이다. 태운 원전연료들 중에도 다 타지 않고 남은 우라늄-235 그리고 새로 생겨난 여러 종류의 우라늄 동위원소들. 그밖에도 새로 생겨난 플루토늄-239를 포함한 플루토늄 동이원소들(이들은 초-우라늄 원자들로 불림)인 핵물질이 들어있다. 하지만, 원전연료에서 우라늄-235를 분리해 낸다가거나, 또는 태운 원전연료에서 핵물질들을 정제할 재처리를 하지 않는다면, 영원히 “원전연료봉” 또는 “태운 원전연료봉”이란 이름으로 남게 될 것이다. “고준위 핵폐기물”이란 표현도 사실은 쓸 수 없다. 반핵단체들은 원전연료봉을 핵폐기물로 취급하지 않는 것은 그나마 다행이다. 그저 “원전연료봉”일 뿐으로 받아드린다. 〈홀로코스트들 그리고 우리의 독도 문제〉 독일은 제1차 세계대전이 끝나고, 제2차 세계대전을 일으키기 직전부터 전쟁기간 동안 내내 나치당이 저질은 유대인 대학살 만행(홀로코스트, Holocaust)을 역사에서 배운다. 아직도 세계 13 개 나라들에 수만 명의 홀로코스트 생존자들이 흩어져 살고 있다. 그들을 돕는〈자립공동사회봉사〉(미국 뉴욕에 본부를 두고 있음) 이름을 가진 한 단체는 독일 정부로부터 그들에 대한 위로금으로 앞으로 10년 동안 약 1600억 원을 지원받게 된다는 신문 기사를 작년 6월 초에 읽은 적이 있다. 그 밖에도, 베를린 시의 한 거리, 카데베(KaDeWe)의 맞은편에 자리 잡은 지하철 비텐베르크플라츠 역사가 있고, 거기를 빠져나오면, 역 광장에 우뚝 솟은 이정표가 있다, 아우슈비츠, 다하우, 베르겐벨젠, 부헨발트, ...., 한때, 유대인을 가뒀던 수용소 이름들이 검은 글씨로 적혀있고, “우리는 결코 잊어서는 안 되는 경악의 장소”라 쓴 참회하는 글이 눈에 띈다〔중앙일보 2005.4.13, 1쪽, “과거사 반성, 독일은 진행형(상)”〕. 하지만, 우리 이웃인 일본은 어떤가? 5.16 군사 정권 때, 대일청구자금을 일부 지원한 것 말고는 그들이 한국을 침탈한 죄를 진정으로 뉘우친 적이 있었던가? 지금은 오히려 독도가 일본 땅이라고 우겨대는 그들이 과연 사귈만한 이웃인가를 되새겨봐야 하지 않을까? 〈유대인〉 지난주에 울진 3 개 신문사 홈피들에 “울진군 장학재단 설립을 재고하라(손승달, 아폴로 클리닉 대표)”의 글이 올랐다. 한 고향출신 네티즌이 유대인의 교육 열기를 고양시킨 글이라 주의 깊게 읽었던 적이 있었다. 그 글은 성공한 유대인 자료의 근거들을 열거하였다. 그들 중에 오펜하이머도 포함시켰다. 그는 인류 최초로 핵폭탄을 만든 미국 알라모스 연구소 소장이란 중요 직책에 있었으므로 필자의 눈길을 끈 바 있었다. 그의 부모는 독일에서 태어난 유대계였다. 하지만, 그들은 유태교를 전혀 신봉하지 않았다. 제1차 세계대전 이전에 미국으로 이민 와서 오펜하이머가 태어났다. 필자는 오펜하이머의 신상명세에서 그가 유대인이란 기록을 보지 못했다. 그 밖에도, 거기는 그 재단 설립기금을, “울진군민의 목숨을 담보로 받은 돈”이란 표현도 필자를 서글프게 한다. 그 뜻은 원전으로 울진사람이 희생된 사례가 있었다는 소리로 들린다. 반핵하는 사람들의 표현을 여과 없이 그대로 빌려 쓰는 것은 매우 유감스럽고, 특히 교육을 논할 글에는 아주 부자유스럽기만 하다. /주승환, 고려공업검사(주) 연구소장, 공학박사, 현 한국기술사회 홍보위원 【참고】: 1950년-·1975년 동안, 노벨상(물리, 화학, 의학) 수상자들은 310명이나 된다. 그들 중, 유태인은 43명(약 14%)이 수상했다(마빈-토케이어 저,『탈무드』, 226쪽, 장수현 옮김)이라 전한다.  권리침해, 욕설 및 특정 대상을 비하하는 내용을 게시할 경우 이용약관 및 관련법률에 의해 제해될 수 있습니다. 공공기기에서는 사용 후 로그아웃 해주세요.

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