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우라늄 핵분열을 발견한 과학자 ‘오토 한’

  • 2014.01.21.
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오늘날의 ‘원자력 발전’을 가능하게 한 것은 누구일까요?
지금껏 만나보았던 과학자들만 살펴봐도 원자력 기술과 과학 발전에 기여한 인물은 무수히 많습니다.
그들 중 어느 누구도 중요하지 않은 발견을 한 과학자가 없는데요, 그중에서도 엔리코 페르미에서 시작되어 과학자 오토 한을 비롯해 그의 동료인 마이트너, 스트라스만으로 이어진 ‘핵분열 연구’는 원자력 발전에 끼친 공로가 매우 컸다고 합니다.

오늘은 먼저 ‘우라늄의 핵분열’을 발견한 독일의 화학자 ‘오토 한’에 대해 알아보겠습니다.

 

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독일의 화학자 ‘오토 한(Otto Hahn)’은 프랑크푸르트 임마인에서 태어났습니다.
15살부터 화학에 흥미를 느낀 그는 마르크부르크대학교와 뮌헨대학교에서 화학 공부에 매진, 1904년 마르크부르크대학에서 박사학위를 받았습니다.

학위를 취득한 뒤 런던으로 건너간 그는 영국의 화학자 램지(W. Ramsay)의 밑에서 방사성 화학 연구를 시작합니다.
그리고 램지와 함께 질산토륨에서 방사성 원소 라듐을 분리해낸 나머지 원소에서 방사성 토륨보다 수백 배 강한 방사능이 나타난다는 것을 발견하게 됩니다.

이후 그는 1905년부터 1년간 캐나다 맥길대학의 물리학자 어니스트 러더퍼드(E. Rutherford) 밑에서 연구를 했고, 1910년부터는 오스트리아의 여성 물리학자 마이트너(L. Meitner)와 그의 동료 스트라스만(F. Strassmann)과 함께 공동 연구를 시작합니다. 이러한 연구 결과 마이트너와 한은 1918년에 원자번호 91과 질량수 233의 새로운 원소 프로토악티늄을, 1921년에는 질량수 234와 반감기 6.7시간의 프로토악티늄을, 1936년에는 원자번호 92, 질량수 239의 우라늄을 발견하는 성과를 이룩합니다.

 

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그 후 한은 스트라스만과 함께 초우라늄 원소 추출과정에서 담체로 사용했던 ‘바륨’‘란타늄’이 방사성원소로 변해 있는 것을 우연히 발견하고, 그와 관련한 내용을 마이트너에게 편지를 전했습니다. 그러자 마이트너는 그의 발견이 우라늄의 핵이 분열하는 과정에서 생겼을 가능성을 제기했고, 한과 스트라스만은 곧 그 사실을 증명하기 위한 실험에 착수합니다. 이들의 실험은 결국 자연 우라늄에 0.8%가량 섞여 있는 우라늄235가 중성자를 얻어 질량이 비슷한 두 개의 원자핵인 바륨과 란타늄으로 분열한 것이며, 그 분열 조각에서 방사선이 나온 것임을 밝혀냅니다.

이같은 결과에 고무된 한과 스트라스만은 다시 연구를 거듭해 얼마 뒤 우라늄의 핵분열 증명에 성공했는데, 안타깝게도 그 소식이 닐스 보어를 통해 미국에 알려지자 그가 증명한 핵분열 기술이 원자폭탄 개발에 악용되는 일이 벌어지기도 했습니다. 한편 마이트너는 그들의 연구와는 별도로 우라늄의 원자핵이 작은 원자핵으로 분열할 때 2억 전자볼트의 엄청난 에너지가 나온다는 것을 계산을 통해 밝혀내기도 했습니다.

 

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한은 우라늄의 핵분열을 발견했다는 공로로 전쟁이 끝난 이듬해인 1946년에 노벨 화학상을 수상하였습니다.
하지만 그가 노벨 화학상을 단독 수상하였다는 점은 논쟁을 불러왔습니다. 그 이유는 우라늄의 핵분열은 오토 한 혼자 발견한 것이 아니라, 30년 넘게 연구를 함께 해온 마이트너, 스트라스만과의 공동작업 덕분이었다는 주장 때문이었습니다. 그러나 한은 마이트너는 자신의 조수로서 실험을 보조했을 뿐이라며 그녀와의 공동연구를 부인했고, 마이트너는 자신과 스트라스만도 수상 자격이 있지만, 오토 한이야말로 노벨상을 받을 자격이 있다며 훈훈한 동료애를 보였다고 합니다.

이렇듯 누군가의 발견을 다시 연구를 하고 증명하는 것이 과학자들의 일이다보니 그들 사이에서는 연구 결과를 둘러싸고 그것이 누구의 공이냐에 대한 다툼이 자주 일어나곤 합니다. 주변의 비난과 손가락질에도 굴하지 않고 자신의 길과 업적을 지켜낸 오토 한의 자신감이 무척 대단하지만 어떤 면에서는 그의 주장이 다소 이기적으로 느껴지기도 합니다. 하지만 그렇다고 오토 한이 평생을 바쳐 이룩한 성과는 결코 깎아내리거나 폄하시켜서는 안 될 빛나는 업적이라고 할 수 있습니다.

 

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