7. 원자이야기(2)

우라늄이 중성자와 부딪히면 원자핵이 쪼개지고 이때 줄어든
질량만큼 에너지 발생, 핵분열 연쇄 반응 일어나면서 핵폭발

“리틀보이 와 펫 맨” 어린이 만화에 등장할 만한 귀여운 애칭 정도로 보이는 이 단어는 당시 2차 세계대전 연합국의 중심에 있던 미국의 ‘루즈벨트’대통령과 영국의 총리 ‘처칠’의 별명이면서 인류 최초로 실전에 사용된 ‘원자폭탄’의 명칭이다.
당시 일본 히로시마와 나가사키를 초토화하며 전쟁의 종식을 가져온 ‘원자폭탄’의 위력은 미래 국가의 군사력에 있어 힘의 우위를 가늠하는 수단으로 자리 잡게 된다. 이렇게 인류에게 있어 무시무시한 파괴력을 선보인 ‘원자폭탄’은 사실 기초 과학에 의해 탄생한 것이다.

바로 이름에서도 알 수 있듯이 물질의 기본을 이루는 원자의 원자핵, 그중에서도 자연계에 존재하는 92번째 원소 ‘우라늄’이 그 주인공이다. 이 우라늄은 자체적으로 에너지(빛)를 방출하는 성질이 있는데, 1938년 당시 독일의 물리학자인 ‘리제 마이트너‘와 ‘오토 한’은 우라늄 원자에 중성자를 충돌시키는 실험을 통해 우라늄의 원자핵이 분열하며 두 개의 또 다른 원자핵으로 바뀐다는 것을 알아냈다. 그리고 그 과정에서 갈라진 2개의 원자핵 질량의 합이 갈라지기 전 원자핵 질량(양성자+중성자)보다 조금 줄어든 것을 발견했다. 즉, ‘질량결손’이 일어난 것이다.

이렇게 핵 분열을 통해 결손 된 우라늄의 질량은 ‘아인슈타인’의 유명한 공식 E=mc2 에 의해서 단 몇 그램의 질량만으로도 엄청난 양의 에너지가 생기는 것을 알게 되었다. (E:에너지, m:질량, c2:광속 30만km의 제곱)
그리고 이러한 결과가 엄청난 폭발로 이어지기 위해선 ‘핵연쇄반응’을 통해 빠른 속도로 핵분열이 이어지며 폭발이 가능한 최소한의 단계인 ‘임계질량’을 넘어서야 한다는 것도 알게 되었다.

이 사실은 당시 여러 과학자들에게 빠르게 퍼져 나갔는데 특히 나치독일의 유대인 박해를 피해 미국으로 망명한 ‘레오 질라드’와 같은 이유로 망명한 그의 스승 ‘아인슈타인’을 통해 미국의 ‘루즈벨트 대통령’에게 전해진다.

그가 보낸 편지는 나치독일의 원자폭탄 개발 위험성을 알리고 미국이 먼저 핵 개발을 서둘러야 한다는 내용이었다. 이를 계기로 미국과 영국, 캐나다가 공동 참여한 ‘맨하탄프로젝트’가 시작되었고 결국 독일보다 앞서 원자폭탄을 개발하여 전쟁의 종지부를 찍게 되었다.
이 사건은 과학이 ‘핵’이라는 엄청난 에너지원을 활용함으로써 가져다줄 수 있는 득과 실을 모두 보게 되는 계기가 되었다.