우주의 역사를 뒤바꾼 ‘원자의 불’, 그 속에 숨겨진 드라마!

 

『17억 년 전의 원자로』는 아프리카 오클로에서 발견된 ‘천연 원자로’의 수수께끼를 출발점으로, 초신성 폭발과 플루토늄 244, 크세논 동위원소, 그리고 태양계 탄생의 비밀까지 흥미진진하게 추적해 나간다.

핵우주화학자 구로다 가즈오는 전후 핵과학 연구가 금기시되던 시대에도 연구를 포기하지 않고 미국으로 건너가, 모두가 불가능하다고 여겼던 ‘천연 원자로 이론’을 끝내 증명해 낸다.

그의 탐구는 원자로의 발견을 넘어, 운석 속 동위원소와 초신성의 흔적을 통해 우주의 역사와 생명의 기원이라는 거대한 질문으로 확장된다.

원자에서 우주까지 이어지는 경이로운 과학의 드라마, 그리고 과학사에 숨겨진 치열한 탐구의 순간들을 함께 만날 수 있는 특별한 과학 교양서!

[목 차]

머리말

1장 다시 평화의 시대로

빨간 벽돌｜운 좋은 출발｜지구 대폭발?｜니시나 박사의 쓴웃음｜뭐, 신원소?｜일본의 원자폭탄 제조 계획

 

2장 객성의 출현

궁중 벼슬아치도 본 원소 합성 현장｜미국 인디언도 보았다｜새로운 초신성｜지금부터 대폭발하는 별｜기상천외!

 

3장 플루토늄 244

만우절의 중대한 발견｜원폭 투하는 피할 수 있었을까?｜풍선 폭탄과 방사능 비｜중국의 핵병기｜플루토늄 가설｜94번 원소의 재발견｜검증이론｜쪽발이(JAP) 국립연구소에 왔다!｜응원해 준 사람들｜훌륭한 남자들｜확실히 존재한 플루토늄 244

 

4장 17억 년 전의 원자로

원자로는 태고부터 있었다?｜오다 교수의 독창｜첫 번째 무대｜또 한 번 당했다｜좋은 결과를 얻지 못하고｜역경에서 벗어나는 법｜투콜라이트의 역효과｜임계점을 둘러싸고｜존재한 천연 원자로｜나타난 증거｜서드베리 현상｜옛날의 미국이여, 지금은 어디로

 

5장 아무도 풀 수 없는 크세논의 수수께끼

사자 몸속의 벌레｜수수께끼의 핵분열 크세논｜필자의 반론｜깨끗하게 풀리는 크세논의 수수께끼｜반대 이론｜사면초가｜직소 퍼즐을 풀다｜정리｜요오드 합성의 두 가지 경로

 

에필로그

역자 후기

[본 문]

“신록의 벚나무잎 사이로 보이는 메이지(明治)시대의 빨간 벽돌”이라고 노래한 일본 시인 기무라 게이케이시(木材形型子)는 도쿄대학교 명예교수이자 일본 학사원 회원이며 현재 92세인 기무라 겐니로(木村健二郞)의 필명이다. 여기서 말하는 메이지시대의 빨간 벽돌 건물은 도쿄대학교 이학부 화학과 건물일 것이다._13쪽

 

원소는 생성되는 방식에 따라 크고 작은 별 속에서 오랜 기간에 걸쳐 천천히 합성되는 것과 초신성과 같이 폭발하며 죽어 가는 별 속에서 단기간에 급속히 합성되는 것으로 나눌 수 있다. 라듐이나 우라늄처럼 방사선을 지닌 무거운 불안정원소는 초신성 폭발 과정에서 빠르게 만들어진다. 이러한 핵반응 과정을 ‘빠른중성자 포획 과정(rapid neutron capture process) 또는 r과정(r-process)’이라고 한다._53쪽

 

원자폭탄이 대기 중에서 폭발할 때 내부 온도는 매우 높지만 바깥쪽에서 급속히 냉각되어 ‘버섯구름’이 생긴다. 이어 수십 초에서 수 분 이내에 ‘거대입자(giant particles)’ 또는 ‘열입자(hot particles)’라는 방사능이 강한 입자들이 생성된다. 이들 입자의 크기는 직경 수 마이크로미터에서 수

십 마이크로미터에 이른다. 그중 큰 입자는 이후 형성되는 직경 1마이크

로미터 이하의 작은 입자보다 빠르게 지상에 떨어진다._79쪽

 

우라늄 238은 중성자를 쉽게 포획하는 성질을 가진다. 그러므로 파사몬테 운석에 함유된 크세논의 무거운 동위원소는 우라늄 235의 핵분열 연쇄반응의 결과로 생성된 것이 아니라 초신성에서 일어나는 r과정에 의해 합성된 플루토늄 244, 즉 우라늄 238이 중성자를 여섯 개 포획해 생성된 핵종이 운석에서 붕괴하면서 생긴 것으로 설명할 수 있다. 이러한 결과를 바탕으로 짧은 논문을 작성해 미국의 지구물리학 학술지인 『Journal of Geophsical Research』에 투고했다._106쪽

 

1956년에 ‘20억 년 전쯤 천연 원자로가 있었다’고 확실히 예측할 수 있었던 배경에는 1930년대부터 1940년대에 걸쳐 도쿄대학에 있을 때 은사인 기무라 교수의 지도 아래 10년 이상 온천 연구에 종사했던 경험이 결정적인 역할을 했다. 1950년대 미국에는 우수한 물리학자와 지구화학자들이 많았지만 필자처럼 온천 연구에 10년 이상이나 종사한 사람은 거의 없었다. 1971년에는 필자의 ‘플루토늄 244 가설’이 일단락되었고, 1972년에는 ‘천연 원자로설’도 학계에서 널리 인정받게 되었다._156쪽