코스모스: 가능한 세계들, 10장 두원자 이야기 정리

10장은 핵무기 개발과정에 대해 이야기한다.

 

<대기권 핵실험>: 앞장에서 이야기 했듯 지금은 대기권 실험을 못한다.

핵무기는 군인이나 무기상에 의해서가 아니라 과학자에 의해 건의되고 만들어졌다는 것이다.
과학이란 문명을 살리기도 하지만 파괴도 한다는 것이다.
여기에다 사이비 과학자 또는 파괴를 좋아하는 과학자가 나온다면 그 심각성은 더욱 커진다.

<평화의 댐> 건설이라는 웃기는 시대를 아는가?
북한이 댐을 터뜨려 물로 공격하면 서울이 <물바다> 된다고 댐을 쌓아야 한다는 대학교수의 방송 인터뷰 및 장시간 활용한 뉴스 보도. 마치 북한이 <불바다>라 한 것과 유사하다.
고구려나 고려 시대에 봄직한 고대사회의 전투 방법을 현대에서 교수라는 미친 것이 버젓이 발표한다.
여기엔 늘 <독재자>와 <기레기 찌라시 언론>이 있고 그들을 통해 <권력이나 지위를 탐하는 학자라는 것>들이 있다.
전두환, 동조중.. 그리고 매국친일의 뿌리를 그대로 간직한 교수 무리들...
초등학교 아이들 까지 성금하게 하고 댐을 짓다가 그냥 장비 등을 내팽겨 치고 땡이다.

어느 교수가 인터뷰에서 <비타민은 만병통치약>이라 발표한다.
그 한해 비타민 판매량은 이전 비타민 판매량을 넘었을 것이다. 미국과 영국은 근래에 비타민 많이 먹으면 암발생한다는 발표도 했단다. 한국인의 머리엔 이미 <비타민 = 만병통치>라는 등식이 고정되었다. 제약회사의 이익을 그대로 반영하는 교수의 세치 혀를 잘라 화형시켜야 하나? 되돌릴 수가 없다.

토건족 명박이 때 또 어떤 놈이 나와 사거리 등엔 로타리가 교통에 훨씬 편하다는 발표를 한다. 그 말 듣는 순간 전국 도시에 로타리가 다시 생기고 공사로 전국이 난리겠구나. 명박이는 주머니에 넣을 돈 부피를 재고 있겠지.. 저거 새끼들과 함께.....그리 생각했다.

실제로 그리되었다. 도시 뿐 아니라 시골에도 온통 로타리다.
로타리의 비효율성 때문에 현대 등 명박이 같은 토건 족이 다 부순 것을 다시 만든다. 우리 동네 범어사 입구는 길이 밀려 난리가 났다. 다른 지역도 마찬가지다. 바로 갈 길을 휘돌아 간다. 휘돌아가야 할 강은 펴서 유속을 빠르게 하여 강 본능을 잃게 하고, 흙을 잡아주는 풀들을 다 없애버려 흙을 잃게 하고, 모래도 빠르게 흘러가 버리고...홍수를 일으키게 하면서....

<푸에르토리코와 베네수엘라 사이에 있는 카리브 해의 섬, 마르티니크, 프랑스 령, 생피에르 시> 화산이 폭발하여 단 두명만 살아남는다. 갑자기 폭발했기 때문이 아니다. 산은 계속 연기를 내면서 예고했지만 정치가(시장), 종교인(신부), 관고아사, 기레기들이 자신들의 이익을 위해 시민들의 눈을 가려 버린다. 결국 대폭발로 그들은 다 죽는다. 명박이가 만든 포항이 <지질발전소> 때문에 지진이 일어나 엄청난 피해를 입는다. 그런데도 그들은 명박이류에게 투표한다.
우짜겠노! 지 눈까리 지가 지르는데.
뉴튼은 자기 눈 찔러 세상을 발전 시켰지만 이들은 자기 눈을 찔러 세상을 퇴보시키는 게 다를 뿐.

이런 일이 한둘이 아니다.
이 대부분이 독재의 힘을 가지려는 정치세력이 있을 때 일어나는 비상식적인 일들이다.
여전히 그 때 그 공무원들이 활개치니, 세상이 몇 번 바껴야 약간은 고쳐질랑가?

미국에서 만들어진 원자폭탄의 시대는 2차대전과 냉전의 산물이기는 하다. 그래서 독재라고 하긴 어려운 점은 있어도 전쟁 중 권력은 무소불위이니 비슷하다고 봐도 좋겠다.

희망을 잃을 시점에 우리의 <앤>은 그래도 희망을 바라본다.

10장 두 원자 이야기:

수소-헬륨-탄소-우라늄 / 마리퀴리 ⇨조지웰스 ⇨ 어니스트 리더퍼드⇨ 레오 실라르드, J. 로버트 오펜하이머, 에드워드 텔리/  조지프 로트블랫⇨ 버트랜드 러셀, 아인슈타인

 

물질의 왕국은 자신의 보물을 여러 차원에 저장: 성냥: 화학반응⇒ 분자에 저장된 에너지 풀려남(기존화학결합 깨어짐)⇒ 새결합 만들어짐: 분자들 더 빠르게 온도도 높아짐⇒ 연쇄반응: 불꽃(원자들 사이의 화학 결합에 갇혀 있던 화학 에너지가 풀려 나온 것이다.

우리가 성냥을 켤 때 벌어지는 일을 미시적 규모로 보면 이런 모습이다. 분자 차원에서 본 불은 화학반응이 급속히 꼬리에 꼬리를 물고 벌어지는 현상이다. 워자들 사이의 기좀 결합이 끊어지고 새 결합이 형성되는 과정에서 에너지가 빛과 불의 형태로 화르르 쏟아져 나온다.

원자는 무엇? 무엇으로 이뤄짐? 어떻게 서로 결합? 어떻게 그런 큰 힘이? 어디서 왔을까?
우주: 기체-구름 이룸⇒ 돌면서 팽창⇒ 밀도 높아짐⇒ 중력이 당김⇒ 빠르게 움직이다가 폭삭 붕괴⇒ 온도 높아지고 구름은 천연 핵융합로⇒ 움직이는 원자들은 서로 만나 융합⇒ 별 탄생 : 헬륨 원자핵형성⇒ 수십억년: 수소연료를 모조리 헬륨으로⇒다시 붕괴⇒ 헬륨원자핵 2개 융합해 탄소원자핵 탄생별이 거대폭발로 초신성⇒ 양성자와 중성자 226개가 탄소원자핵과 융합해 우라늄원자핵으로 바뀜⇒ 은하 떠돌다 지구로⇒ 수십억년 뒤 복잡한 분자구성 재료가 됨 : 그 분자는 자신과 거의 같은 복제본을 만들 줄 안다는 특별한 성질을 가지고 있었다. 그것은 생명 탄생에 핵심적이었던 분자. DNA 였다.

탄소원자: 처음엔 단세포 생명체 일부– 비늘, 발톱 구성분 : 아무런 자의식도 자유의지도 없음
우라늄원자–지구–화산: 지구 깊숙이–마그마로 지표면으로(내부 고온고암 견딤)-바위의 일부가 됨
마리 (피에르)퀴리 : 역청우라늄, 3년 동안 수억 톤 원석 정제, 소량의 라듐 추출<방사능>

<방사능> 화학에너지 보다 100만배 더, 분자 차원에 간직되어 있던 에너지가 방출되는 것보다 더 깊은 차원에 간직되어 있던 훨씬 더 큰 힘이 방출되는 것이 서로 다르기 때문이다.

<조지 웰스> : 과학 작가- 타임머신과 외계인 침공을 상상 - 원자가 무기화된 미래 세계도 상상, 1914 <해방된 세계>: <원자폭탄>이라는 말. 그것을 무력한 민간인들에게 떨어뜨렸다.(20년 만에 이것이 실현됨 – 현대 과학은 이만큼 빠르다는!; 상상이 현실이 된다!!!)

<어니스트 리더퍼드>: 한 원소가 다른 원소로 바뀔 때 방사선이 방출된다는 사실을 발견한 일로 핵물리학의 아버지⇒원자 구조에 대한 지식에서 에너지를 얻어 낼 가능성은 없다고 함. (사실아님)
<레오 실라르드> 가운데에 양성자와 중성자 -그 겉에 휙휙 나는 전자들의 베일이 덮여있는 원자의 구조를 떠올렸다. 만약 우리가 중성자 한 개를 흡수하고 대신 중성자 2개를 내놓는 원소를 찾아낼 수 있다면, 그것을 사용해 연쇄 핵반응을 일으킬 수 있으리라는 발상이었다.

 

체스의 발명에 얽힌 전설 : 기하급수적 증가의 힘을 이렇게 잘 보여주는 이야기
(**** 7세기 바그다드에서 만들어졌다는 설, 왕은 게임을 보고 기뻐하고 재상에게 소원을 들어주겠다. “체스 칸에 두배 씩 쌀을 놓아달라”
2배씩 늘어나는 것! 즉 기하급수적 증가의 힘은 이토록 강력하다.
네 번재 줄 중 가운데 – 쌀알 5백억 톨 필요. 마지막 칸 64번째에 다다르면, 약 1850경의 쌀 – 700억톤. 오늘날 지구인구가 150년 동안 먹을 수 있는 양이다. 왕은 파산. 재상이 왕, 체크메이트.)

1000년 경 페르시아에서 만들어진 체스 말들. 왼쪽 2개는 킹, 오른쪽은 비숍이다. 모두 상아로 만들어졌고, 하나는 흰색과 구별하기 위해서 초록색으로 염색되었다.

무엇으로 문명을 평가?
경제로? 소통과 여행 능력? 전쟁에 쏟는 재화의 비율로? 무기의 살해 범위? 무기 하나로 몇 명의 목숨을 빼앗을 수 있는가 하는 점으로? 사회의 공감 범위? 미래감각?

우리가 상상능력을 갈수록 키워 온 것이 인류 역사의 면면한 흐름 중 하나였다는 사실은 슬프지만 엄연한 사실이다.

 

무기의 진화, 약 1만년 전 지금의 알제리에서 그려진 암벽벽화에 활과 화살이 보인다. 한편 기원전 4세기의 전투를 그린 폼페이의 바닥 모자이크로 오면, 왼쪽에서 진군해 오는 알렉산드로스의 군대와 다리우스 3세가 이끄는 오른쪽 군대가 모두 발전된 무기를 갖추고 있다.

거리 문제 : 5만년 전 수렵채취인 – 빠르게 달리는 거리 – 활 – 농업발명 – 장시간 노동과 미래계획- 공성기구, 지금: 운송최고 속도 시속 4만키로 / 교신은 광속 : 살해 범위는 최악의 경우, 지구 문명 전체다.
우리는 어떻게 여기까지 왔을까? 이것은 과학과 국가가 치명적인 포옹을 한 결과였다.
특히 문제적이었던 한 과학자는 파괴력은 강하면 강할수록 좋다고 까지 여겼다.
독일 <파울 하르테크> 소련 <게오르기 니콜라예비치 플료로프> -원자폭탄 제조 권유
레오 실라르드: <아인슈타인>은 <맨해튼 프로젝트> 관여하지 않았지만, 원자핵이 전쟁에 활용될 수 있다는 가능성을 대통령에게 경고하기는 했다. 마지못해 서명하는 그의 손이 잠시 떨렸다.

레오 실라르드는 세계에서 가장 유명한 과학자가 루즈벨트 대통령에게 원자에 잠재된 파괴력을 경고해 주기를 바라는 마음에서 1939년 이 편지를 알베르트 아인슈타인에게 가져갔다. 편지 내용은 다음 같다

1939년 8월 2일 롱아일랜드 페코닉 나소 포인터 올드 그로브 로드 알베르트 아인슈타인 보냄 /
워싱턴 D.C 백악관 F.D 루스벨트 미합중국대통령귀하/

각하, 나는 최근 E.패르미와 L.실라르드의 연구 결과를 받아서 읽어본 후, 가까운 시일 안에 우라늄 원소가 새롭고 중요한 에너지원이 될 수 있다고 생각하게 되었습니다. 현 상황을 볼 때, 각하의 행정부가 이 사실을 유심히 살펴 보아야하고 필요하다면 얼른 행동에 나서야 할 것 같습니다. 그래서 나는 다음 사실과 권고를 각하께 알려드리는 것이 제 의무라고 여깁니다.
지난 4개월 동안 프랑스에서 졸리오가 수행한 연구. 미국에서 페르미와 실라르드가 수행한 연구 덕분에 다량의 유라늄이 연쇄핵반응을 일으킬지도 모른다는 가능성이 떠올랐습니다. 그러면 막대한 힘이 발생할테고, 라듐과 같은 원소들이 다량 생성될 것입니다. 그 반응을 가까운 시일 안에 현실화 할 수 잇다는 전망이 이제 거의 확실한 사실로 보입니다.
새로운 현상은 폭탄 제조에도 활용될 수 잇을 것이고-비록 이 점은 확실하지 않습니다만- 게다가 그 신형 폭탄은 엄청나게 강력할 것입니다. 그런 폭탄 하나를 배로 실어 항구에서 터뜨린다면, 항구는 물론이고 주변 지역가지 초토화될 지도 모릅니다. 단 그런 폭탄은 너무 무거워서 비행기로 운반하기는 어려울 가능성이 높습니다.
이만 줄입니다./ 당신의 진실한/ 알베르트 아인슈타인

 

세 경우 모두, 각자의 지도자에게 살해 범위를 어마어마하게 넓힐 수 있다는 정보를 알린 사람은 – 장군이나 무기상이 아니라 – 과학자였다.

미국 전쟁부 : 원자폭탄 개발 프로젝트의 본부- 뉴멕시코 주 로스엘러모스라는 외딴 장소였다. 프로젝트 책임자 , 10대 때 요양하느라 그 곳에서 지낸 적 있음.

물리학자 J. 로버트 오펜하이머(밝은 색 중절모를 쓴 사람)와 다른 사람들이 1945년 7월 16일 뉴멕시코 주 앨라모 고도에서 실시된 첫 원자폭탄 시험의 잔해를 살펴보고 있다.

그런데 <에드워드 텔리>는 더한 열핵무기를 개발해, 애정을 담아 그 무기를 “슈퍼”라고 불렀다.

조지프 로트블랫: 원폭투하에 대한 반성으로 자리에서 물러난 사람은 한명 뿐, 60년을 더 살았고, 핵무기 감축 운동에 끝까지 앞장

무기개발에 미국 태생은 2명뿐, 미국 박사학위를 받은 사람은 1명뿐

-4년 뒤 러시아도 핵무기 가짐

 

과학자들과 공학자들은 자신들이 유례없는 파괴력을 지닌 폭탄을 만드는 것은 그것보다 위중한 위험을 피하기 위해서라는 생각으로 스스로를 설득했다. 자신들의 정부는 믿을 수 있다고 믿었다. 다른 나라 정부들과는 달리, 자신들의 정부는 그런 무기를 선제공격에 쓰지 않으리라고 믿었다.
텔러는 또 “핵무기를 유지하고 개량하기 위해서”는 대기권 핵실험이 반드시 필요하다는 거짓 주장을 내세우면서 포괄적 핵실험 금지 조약이 체결되는 것을 막는데 힘썼다.

기레기와 자기의 사업에만 눈먼 권력자들의 행보가 모두를 죽인 사례
푸에르토리코와 베네수엘라 사이에 있는 카리브 해의 섬, 마르티니크, 프랑스 령, 생피에르 시.
마리우스 위라르: <레 콜로니> 신문의 편집장이자 발행인: 플레산은 위험하지 않다.
<푸세 시장>:예수 승천일 공식만찬 및 무도회의 상세 계획을 다듬었다.
<생 피에르 성당의 신부>: 검댕과 먼지로 행색이 꾀죄죄해진 신자들을 바라보며 <시편> 46장을 읽었다. -분화의 첫 낌새가 나타난 때로부터 2주가 넘게 흐른 시점인 이틀 뒤, 화산이 처음으로 “빛나는 구름”(“화산 쇄설류”)을 뿜어냈다-계곡을 건너와서 도시를 태우기 시작했다.
1902년 5월 8일 오전 8시 2분 플레 산이 분화 했을 때, 그 폭발음이 얼마나 컸던지 800킬로 떨어진 베네수엘라에서도 들릴 정도였다. : 3만명 가운데 단 2명<러드거 실바리스>(삼손) 살아남음

               1902년 플레산 폭발 후 마르티니크 섬 생 피에르의 풍경

우라늄원자- 본질적으로 불안정, 조만간 붕괴-원자핵에서 아원자 떨어져나가고 – 전혀 다른 원소인 토륨 원자로 바뀐다. -이 과정에서 나오는 아원자 입자들은 생명의 미세 구조를 총알처럼 꿰뚫고 날면서 그 속의 분자들에서 전자를 떼어낸다.⇒전리(이온화) 방사선은 그런 식으로 생명체에 영향을 미치니 핵무기가 재래식 무기 보다 훨씬 더 위험함.

방사선은 낮은 농도일 때는 위험하지 않다. 하지만 높은 농도일 때는 다르다.
치명적인 수준으로 노출 될 경우, 세포가 이상 반응 일으켜 걷잡을 수 없이 증식가능: 암이다.

방사선의 유해성은 더 먼 미래까지 -염색체가 손상되면, 그 파괴적 여파가 아직 태어나지 않은 후손의 운명까지 바꿈. 유전자에 돌연변이가 발생 ⇒피해는 대물림, 미래까지 망친다.

지금 우리를 이루는 원자들은 지구로부터 수천 광년 떨어진 곳에 있었던 별들에서 지금으로부터 수십억 년 전에 만들어졌다. 따라서 우리의 기원을 탐색하다 보면 자연히 우리 시대와 우리 세계를 벗어 날 수밖에 없다. 우리를 이루는 물질은 우주의 불길에서 탄생했다.

나사의 찬드라 엑스선 망원경이 포착한 초신성 G292.0+1.8, 빠르게 팽창하는 이 초신성은 우리 은하에서 산소가 풍부한 세 초신성 중 하나로, 지구에 생명 탄생에 필요한 원소들을 – 산소(노란색과 주황색), 마그네슘(초록색), 규소,황(파란색) - 제공해 준 별 탄생 사건을 보여 줄만한 사례다.

물질의 핵심에 숨은 우주의 불길을 끌어내어 이용하는 방법을 알아냈다. 우리가 이 지식을 한번 안 이상, 다시 모르게 될 수는 없다.
그리고 비극적이게도 우리의 혈통에는 광기가 흐른다. 이 악몽을 개시한 것은 과학자들이 쓴 세통의 편지였다.

그런데 1955년에 또 다른 편지가 작성: 인류에게 우리가 갖게 된 새로운 물리학 지식에는 새로운 사고방식이 따라야 한다고 말하는 내용

“우리는 ..... 서로의 다툼을 잊지 못해서 죽음을 택할 것입니까? 인간 대 인간으로 호소합니다. 여러분이 모두 한 인류라는 것만 기억하고, 나머지는 잊어 주십시오.”

이 선언문은 버트랜드 러셀이 쓰고, 조지프 로트플랫이 발표하고, 알베르트 아인슈타인이 서명한 것이었다. 그 위대한 과학자가 공개적으로 지지한 최후의 성명서이기도 했다. 아인슈타인은 이 선언이 있고 며칠 후 죽었다.
그러면 우리의 또 다른 원자는 어떻게 되었을까? 그것은 당신 안에 있다.

 

역청우라늄:  직경 약 3cm 정도 만하다. 참고로 100g이 약 2.59cm.
1. 개요 영어: Pitchblende 독일어: Pechblende. 분자식은 UO2
학명은 우라니나이트(Uraninite)이다. 다른 명칭으론 섬우라늄석, 역청 우라늄석 등이 있다. 보통 검은색에 금속 광택을 띠고 있으며 사진에서도 어느 정도 광택이 보인다.

2. 피치블렌드는 독일 에르츠 산맥에 위치한 요아힘스탈[1] 근처 은광에서 처음 발견되었다. 은광에서 발견될 때는 이 광물이 나오면 은맥이 뚝 끊겨버리기 때문에 광부들은 이놈에게 검은 광물(독일어로 Pech: 재수없는, Blende: 광물)이란 이름을 붙였으며, 쓰레기장에 이 광물을 던지곤 했다. 그 뒤 우라늄이 발견되고, 우라늄으로 유리를 예쁘게 만들 수 있음이 알려져 채광이 시작됐다. 그러다 퀴리 부부가 라듐을 발견하고 연쇄 반응이 발견됨에 따라 피치블렌드를 포함한 우라늄광이 전략물자로 들어가게 된다. 맨해튼 계획은 콩고민주공화국의 신콜로브웨 광산에서 캐낸 피치블렌드 34,200톤을 기반으로 돌아갔다.

피치블렌드는 우라늄을 포함한 광석 중 우라늄 함량이 월등히 높은 고품질 광물로 U3O8(팔산화 삼우라늄) 기준 함량이 50∼85%이나 되고 이 우라늄이 자연적으로 붕괴되어 생긴 라듐이 포함되어 있어 방사능이 상당히 높은 광물이다.[2] 100그램(2.59cm)짜리 피치블렌드를 1시간 동안 쥐고 있으면 약 19.76 마이크로시버트를, 1년 동안 쥐고 있으면 약 2.156 밀리시버트를 맞게 된다. 왜냐면 우라늄이 붕괴되면서 라듐이 만들어지고 라듐이 붕괴하면서 방사능을 내뿜기 때문. 거기다가 라듐이 붕괴하면서 라돈이 만들어져 건강상 문제는 더 커진다. 그러나 라돈만 조심한다면 괜찮은 수집품. 사진상으론 작아보이지만 밀도가 매우 높아 묵직한 느낌이 든다.

이 광석이 발견되고 15년이 지나 요아힘스탈 광산에서 일하던 수백명이 마른 기침을 하면서 피를 토했으며, 폐는 만신창이가 되는 수수께끼의 질병에 걸려 세상을 떠났다. 그 지역에 살던 광산학의 아버지인 게오르기우스 아그리콜라가 그 수수께끼의 질병이 갱도 안의 나쁜 가스에서 발생했다고 추측했다.

한국에서도 소량은 개인이 가질 수 있다. 원자력안전법 시행령에 '우라늄 238에 대한 우라늄 235의 비율이 천연혼합률과 같은 우라늄 및 그 화합물의 경우에는 우라늄의 양이 300그램 이하인 것'은 사용 허가가 필요없다고 하기 때문이다. 사진에 나온 건 약 30g 정도로 보면 된다. 문제는 피치블렌드의 경도가 유리보다 약하고,[3] 지속적으로 뿜는 라돈 가스를 처리해야 한다. 라돈 가스만 처리할 수 있으면 재미있는 수집품이다. 이베이에서 작은 것은 15달러 정도에 구할 수 있다.

 

[1] 현재 쓰는 달러의 이름은 여기에서 만든 요아힘스탈러 은화에서 따왔다. 지금은 체코 땅이고 체코말로는 야히모프이다.
[2] 우라늄의 반감기가 긴 편이기 때문에 그렇게 방사능이 강하지 않다. 우라니나이트의 방사선은 주로 붕괴된 라듐과 라돈이 뿜어댄다. 라듐과 라돈이 제거된 경우 U3O8 한 드럼에서 1m 거리에 있을 때 받는 방사선량은 국제선 항공기를 타면서 받는 방사선량의 절반 정도다.
[3] 유리병에 넣고 흔들면 유리가 깨지는게 아니라 피치블렌드가 깨진다.