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글쓰기에디터 원자력AE33-왜느린중성자 2005/05/29 주승환의 원자력 세상 보기(33): 왜 느린중성자일까? 원자로 속은? 지난번에 느린중성자 얘기를 서둘러 끝내다보니 할 얘기들이 좀 남았다. 잘 알려졌듯이, 원전의 핵심은 원자로일 것이다. 그리고 원자로 속에는 중성자들이 활동하기 좋도록 만들어 놓은 한 공간이라 해도 지나침이 없다. 원전연료인 우라늄을 거기에 넣고 그것을 태우는 일은 오로지 중성자들만이 할 수 있다. 쉽게 보면, 원자로 속의 가장 우선할 장치들은 우리가 바라는 대로 중성자들이 경제적으로 활동하도록 돕는 모든 도구들이 갖춰진 곳이다. 그 다음으로, 중성자들의 활동에 곧바로 관계되진 않을지라도, 거기는 우라늄 연료를 태울 때 일어날 모든 안전 문제들을 감당할 장치들이 함께 들어차있다. 그런 안전장치들은 원자로 건설비용에 큰 몫을 차지한다. 중성자들은 빠른, 그리고 느린(열) 것들로 나뉜다. 울진원전에 쓰이는 원자로 모습들은 모두가 우라늄-235를 태워 열을 얻는 노형들이다. 우라늄-235 원자핵은 느린중성자를 붙잡아 놓으려는(포획할) 성질이 아주 센 특성을 갖는다. 앞으로 할 얘기지만, 개별 원자핵이 갖고 있는 그런 고유한 속성은 “열중성자 흡수단면적”이란 용어로 표현되며, 우라늄-235에서는 그 크기가 다른 것들에 견줘 아주 크다. 그러므로 느린중성자를 만들어낼 감속재도 원자로 안에서는 필수적으로 있어야 한다. 세그레 눈에 띈 느린중성자 효과 ‘느린중성자 효과’가 세상에 알려지기 이전까지, 핵물리학자들은 단순한 생각을 하고 있었다. 원자핵 실험에서 한 도구인 망치처럼 쓰이던 알파나 중성자 알갱이들은 무조건 힘이 센 것이래야 원자핵을 더욱 효과적으로 두들길 것으로 생각했던 것이다. 여기서 힘의 세기란, 도구로 쓰일 알갱이들이 움직일 속력을 빠르게 높여주면, 그들의 운동에너지가 세어짐을 말한다. 전기적 성질이 서로 다른 두 알갱이들은 원자핵에 가까이 갈 경우, 전혀 다른 대우를 받게 된다. 알파 알갱이들은 플러스(+)의 전기 성질을 띠고 있으므로 원자핵을 감싼 쿨롱의 힘 때문에 원자핵 근처에는 가까이 접근하지 못한다. 접근시키려면, 그 장벽에 견줄만한 강력한 세기의 운동에너지가 필요하다. 그런데 중성자의 경우, 전기적 성질을 띠지 않으므로 쿨롱의 장벽을 통과하는데 아무런 저항을 받지 않고 그대로 원자핵을 지나치던지 아니면 일부는 거기에 포획될 것이다. 달아나는 놈이 그를 잡으려고 뒤따르는 상대를 따돌리면, 무조건 빨리 달려야 한다. 반대로, 원자핵에 포획될 중성자들은 거기를 느리게 지나게 해줘야 더 많이 흡수될 것이다. 원자핵 속은 본래 핵자들을 한 덩이로 뭉치게 할 강력인 인력이 작용한다. 그 힘은 중성자들이 거기를 느리게 지나칠 때 그것들을 잡아 챙길 흡인력으로 작용된다. 페르미는 그의 실험에서 우연한 실수로 중성자를 원자핵 근처에 느리게 통과시켰던 실험이 바로 원자핵을 두 동강이 낼 기본 기술로 이어진 것이다. 그 실험은 페르미의 제자인 세그레 그리고 아말디 두 사람이 하고 있었다. 둘은 중성자로 쬔 여러 가지 원소들 중에서 생겨나는 방사선 세기들이 원소마다 달라, 그것들을 강, 중 그리고 약으로 3 등분하고 있었다. 둘은 좀더 그 세기를 분명하게 나타내려고 기준이 될 한 원자를 지정한다. 은에 중성자를 쏘이면, 거기서 반감기 23분짜리 방사성동위원소(RI)가 새로 생겨난다. 걔의 방사선은 반감기가 긴 편이라 그 세기를 표준으로 정한 것이다. 다른 원소들에서 생겨날 방사선들의 세기를 수치로 바르게 3 등분 하려면, 먼저 기준할 반감기 23 분짜리 RI 방사선의 세기를 정확하게 측정하는 일에 신경을 써야했다. 그런데 이상한 현상이 나타났다. 23분인 기준 RI 방사선의 세기는 나무 실험대에서 잴 때와 대리석 실험대에서 잴 때가 서로 다르게 나타났던 것이다. 그들은 그 같은 이상한 현상이 몹시 궁금했다. 1934년 10월 22일 그 차이를 알아보려고 실험을 준비했는데, 마침 그날 아침, 학생들의 시험이 예정돼 있었기에 둘은 거기로 가고, 교수인 페르미만 혼자 직접 그 차이를 확인하려고 실험했다. 앞서 페르미의 회고처럼, 납 대신 파라핀을 중성자가 지나는 길목에 놓았더니 방사능 세기를 알리던 계측기의 소리가 파라핀을 놓지 않을 때완 전혀 달리 심하게 요동을 치고 있었다. 혹시 계측기의 고장이 아닌가하고 점검했었지만, 계측기는 정상이었다. 나중에 한스 베테(프랑스 출생, 미국 코넬대학 이론물리학 교수, 1967년 노벨물리학상을 받음)는 익살스럽게 한 말씀 남겼다. “만일 이탈리아에 대리석이 흔치 않았더라도 느린중성자의 효과는 알 수 없었을지도 모른다. 만일, 이런 실험이 미국에서 있었다면, 나무 실험대만을 썼을 것이므로 느린중성자의 효과는 쉽사리 발견되지는 않았을 것이다.“ 핵확산금지조약 그리고 줄기세포 신드롬 지금 우리는 황 우석 교수의 줄기세포 신드롬에 빠져있다. 정부도 청와대도 그의 연구를 높이 평가한다. 공교롭게도, 청와대 그리고 정부는 각각 “행담도 S프로젝트” 그리고 “러시아 유전 개발 의혹” 사건들에 몸살이 날 정도로 시달리던 중이라 줄기세포 신드롬은 구세주일 것이다. 신문도 연일 톱기사로 그의 줄기세포 연구를 다룬다. 당장 노벨상이 그의 손에 잡힐 것이란 기대를 가지게 민심을 호도한다. 노벨상이란, 어떤 획기적인 새로운 기술을 개발한 것만으로는 부족하다. 그 상은 신기술이 인류 평화에 얼마나 공헌할 것인가에 초점을 두고 심사를 받게 된다. 줄기세포 연구는 세계의 모든 생명공학 분야 학자들이 함께 참여하는 것은 아니다. 한 예로, 미국은 줄기세포 연구를 법으로 제한하고 있다. 이번 황 교수의 신드롬으로 미국 의회는 줄기세포에 관한 법 개정을 서두르고 있긴 해도, 부시 대통령은 그 법안에 대하여 거부권을 행사할 것임을 공개적으로 언급한 적도 있었다. 일본 아사히(朝日)신문은 부시 대통령이 지난 20일, “(인간)복제에 매우 우려하고 있다“며 세계가 복제를 받아들일까 걱정 된다”고 전했다〔중앙일보,〈BBC “산업혁명에 비견될 사건”〉, 2005. 5. 21. 3쪽〕. 황 교수의 기술로 생산될 연구 성과물들이 인류에게 평화를 가져다줄지, 아니면 악마를 양산해 낼 기술로 활용될지는 어느 누구도 아직은 조용히 지켜봐야 할 것이다. 원자핵 그리고 그 핵을 쪼갤 한 도구인 ‘느린중성자 효과’들은 단지 우주에 있는 자연현상들을 인류가 발견했던 것일 뿐이다. 그 같은 세기적인 발견들은 지난 20세기를 과학혁명을 주도하는데 크게 기여하였으므로, 명백히 인류의 평화를 누리게 도운 과학적 업적임을 부정할 수 없을 것이다. 하지만, 인류는 그런 도구를 써서 핵폭탄을 만들 수 있었고, 실제로 전쟁에 그것을 이용한 사례가 있었다. 그 일은 미국이 앞장섰다. 원자력의 평화적 이용에는 ‘핵확산금지조약’ 같은 국제적인 장치가 마련돼 있다. 북한에 그 같은 장치를 들이댄들 통하지 않는다. 그들은 핵으로 계속 미국뿐만 아니라 세계평화를 위협하는 발언을 서슴지 않는다. 바램은 줄기세포 연구에서도 더 발전되기 전에 세계적인 석학들의 의중을 모아 핵확산금지조약 같은 정신이 담길 새로운 장치가 필요한 것은 아닐까? /주승환.  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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