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원자핵에서 핵무기까지 : 괴짜 물리학자의 재미있는 핵물리학 강의

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    책소개

    원자력과 핵무기의 차이점은?
    체르노빌 원전 사고와 후쿠시마 원전 사고의 이유는?

    극소의 세계가 만들어낸 극대의 파괴력,
    핵의 두 얼굴을 물리학의 관점으로 파헤친다!

    [유쾌한 우주 강의]의 저자 다다 쇼의 최신작
    [원자핵에서 핵무기까지] 출간!


    “분명 핵무기는 인류의 가장 어두운 유산인지도 모른다.
    그렇기에 이를 최대한 정확하게 이해할 수 있도록 후세에 알리고자 한다.”
    ('에필로그' 중에서)

    출판사 서평

    물리학적 관점에서 바라본
    “핵무기란 무엇인가?”

    “이 책을 읽으면 물리를 이용한 미래의 무기과학이나 미래의 에너지원에 대해서도 더 다양한 생각을 할 수 있게 되리라 봅니다. 물리나 무기에 관심 있는 모든 분께 추천하고 싶습니다.”
    - 정완상 / 경상대학교 물리학과 교수

    인류 역사상 최강의 병기, 핵무기를 순수 물리학의 관점으로 설명한다!

    20세기의 과학자들이 개발해 실전에 투입된 상상을 초월하는 수많은 군사 기술이나 무기 중에서도 ‘핵무기’는 인류에 중대한 전기(轉機)를 가져왔다. 이 책은 평소에 자주 듣기는 했지만 오해받고 있거나, 혹은 제대로 이해되지 않은 채 세상에 알려진 군사 기술을 정치적이나 윤리적인 논의는 일체 배제한 채 순수한 물리학의 관점에서만 해설하려는 시도이다. 특히 군사 기술 중에서도 인류 역사상 최강의 병기라 일컬어지는 무시무시한 핵무기의 놀라운 메커니즘에 대해 단계적으로 설명하고 있다. 원자핵이 방대한 에너지를 만들어내는 원리에서부터 무기로 이용하기 위한 설계 방법, 냉전 시대에 만들어졌던 궁극의 산물이 되기까지, 실제로 경험하지 않으면 알 수 없는 ‘핵’의 진정한 모습을 일반 독자들이 최대한 이해하기 쉽게 강의 형식을 빌어 설명하였다.

    물리학의 기초 지식을 바탕으로 밀리터리 테크놀로지를 이해한다!
    군사 기술에는 방대한 예산과 최첨단 테크놀로지가 아낌없이 투입된다. 한편으로 군사 기술로 개발된 것 중에는 나중에 일상생활에 도움을 주는 기술로 이용되는 것들도 많다. 최신 군사 기술 자체는 분명 복잡하고 전문적인 것이 맞지만 기본적인 원리 자체는 우리 주변에서 흔히 볼 수 있는 물리 현상에서 비롯된 것들이다. 개중에는 물리학의 기초 지식을 바탕으로 생각하면 쉽게 이해할 수 있는 것들도 있다. 하지만 시중에는 군사 기술과 물리학의 이런 관계에 대해 저술한 책이 극히 드문 실정이다. 이 세상을 구성하는 궁극의 입자인 ‘소립자’에 대해 연구하는 소장 물리학자인 저자는 이런 점에 착안해 물리학과 군사 기술에 대한 일반인의 이해를 높이고 각 분야에 관심 있는 이들이 흥미를 초월해 물리학적 관점으로 세계를 이해하는 계기가 되기를 바라는 마음에서 이 책을 집필하게 되었다.

    최첨단 무기의 제조 과정을 통해 물리학의 원리에 대해 들여다본 책
    원자폭탄의 원리를 설명하는 대부분의 책에서는 상대성 이론에서 나오는 질량 에너지 등가 관계나 핵분열 등에 관해 간략하게 이론적으로 묘사하는 정도에 그치고 있다. 하지만 이 책에서는 실제 원자폭탄 제조의 가장 기본이 되는 원자핵과 핵분열이라는 물리학적 상식은 물론 역사적으로 실전에서 두 번이나 사용된 원자폭탄의 구조와 이러한 원자폭탄을 만드는 방법에 대해 아주 자세하게 묘사하고 있다. 뿐만 아니라 원자핵 분열과 핵융합 부분도 적절한 비유를 통해 알기 쉽게 설명하고 있고, 원자로의 구조와 냉각재, 감속재 등에 대해서도 상세하고 친절하게 잘 설명해놓았다. 저자는 이러한 내용과 관련된 역사적 사실 또한 놓치지 않고 적절하게 곁들이며 독자들의 이해를 돕고 있다.

    극소의 세계가 만들어낸 극대의 파괴력의 메커니즘
    저자는 우리의 몸과 우리 주변의 모든 것을 구성하고 있는 원자핵이라는 지극히 당연한 것이 어떻게 이렇게 압도적인 위력을 지닌 무기가 될 수 있는지, 극소의 세계가 극대의 파괴력을 만들어내는 메커니즘에 대해 설명하면서 핵무기의 실체를 우리가 제대로 이해해야 하는 이유를 밝히고 있다. 분명 핵무기는 인류가 만들어낸 가장 위험한 병기이자 다시는 사용되어서는 안 될 악마적인 무기임에 틀림없다. 하지만 저자는 이러한 핵무기가 만들어지는 과정과 그 역사를 최대한 정확하게 이해하고 후세에 알리는 것 또한 필요하다고 생각한다. 인류의 역사는 훌륭한 업적과 어리석은 행동이 쌓여서 만들어진 결과물이기에 그동안 저질러진 과오를 잊지 말고 이를 계기로 더 나은 미래로 나아가기 위해 그 실체를 이해하려는 노력이 필요하다는 주장이다. 핵 문제는 과거에 머무는 것이 아니라 체르노빌의 비극을 거쳐 후쿠시마 원전 사고에 이르기까지 현재까지도 우리의 생존을 위협하는 현실적인 문제로 다가오고 있다. 인류가 만들어낸 이런 재앙을 되풀이하지 않고 스스로 자초한 위기를 극복하기 위한 지혜를 모으기 위해서라도 우리는 ‘핵’이라는 실체를 분명히 이해할 필요가 있다. 이 책은 그러한 관점에서 핵의 실체와 핵무기의 제작과정을 이해하는 데 도움을 줄 것이다.

    목차

    감수의 글
    프롤로그

    제1장 원자핵

    무기와 물리학의 관계/ 도카이 촌에서 온 사나이/ 원자력 시설의 용접 기술을 이용해서 만든 전차/ 원자와 원자핵의 크기/ 모든 물질은 양성자와 중성자의 조합 차이로 구성되어 있다/ 연금술, 화려하게 부활하다!/ 동위 원소란 무엇인가?/ 미국에서는 우라늄을 15파운드까지 소유할 수 있다/ 미국에서는 폴로늄을 판매한다?/ 정전기 제거용 브러시를 만드는 방법/ 사랑의 힘은 너무 가까울 때보다 조금 떨어져 있을 때 더 강해진다?/ 물방울과 원자핵

    제2장 핵융합과 핵분열
    원자핵을 노출시킨다/ 곧바로는 붙지 않는 커플을 붙이려면?/ 중수소와 삼중수소의 핵융합, DT 반응/ 불안정 상태 일보직전의 원자핵을 불안정한 원자핵으로 만든다/ 전하를 갖지 않는 중성자는 원자핵에 쉽게 접근할 수 있다/ 아이오딘을 마셔라!/ 원자핵을 결속시키고 있었던 힘이 외부로 해방된다/ 폭약과는 차원이 다른 에너지가 방출된다/ 핵연료로 사용하기에 적합한 물질이란?/ 분열 일보 직전의 우라늄과 플루토늄/ 중성자의 속도가 핵분열의 발생 가능성을 좌우한다

    제3장 연쇄 반응
    핵분열의 연쇄 반응/ 제어봉을 집어넣거나 뺌으로써 중성자의 양을 제어한다/ 미임계 상태와 초임계 상태/ 체르노빌에서는 제어봉을 뽑아 버렸다/ 지열은 왜 생기는가?/ 원자로를 구성하는 세 가지 요소 ― ①연료/ 원자로를 구성하는 세 가지 요소 ― ②감속재/ 감속재라는 측면에서 바라본 물과 흑연의 좋은 점과 안 좋은 점/ 원자로를 구성하는 세 가지 요소 ― ③냉각재

    제4장 핵연료
    원자로는 3요소로 구성되지만 핵무기는 1요소뿐/ 탬퍼로 다진다/ 어느 실험의 풍경/ 폴로늄 재등장/ 우라늄의 농축/ A-1 가스 확산법/ A-2 원심 분리법/ A-3 공기 역학법/ B-1 전자기 농축법/ B-2 레이저 원자법/ B-3 레이저 분자법/ C 화학법/ 플루토늄의 제조/ 플루토늄은 명계(冥界)의 왕/ 대학의 풋볼 경기장 아래에 건설된 인류 최초의 원자로/ 병기급 플루토늄/ 고속 증식로

    제5장 핵무기
    포신형(건배럴형)/ 리틀보이는 투하 직전에 조립되었다/ 너무 이른 폭발/ 미국에서 가장 위대한 대통령/ 내폭형(임플로전형)/ 내폭의 메커니즘/ 핵융합을 이용하는 수소 폭탄/ 중성자 폭탄/ 부스터/ 궁극의 핵무기

    에필로그

    본문중에서

    20세기 초에는 이 세상의 온갖 원자(핵), 그러니까 온갖 물질이 전부 이 양성자와 중성자로 구성되었음이 알려졌습니다. 가령 컴퓨터는 플라스틱으로 만들어졌습니다. 이 컵은 유리로 만들어졌고, 컵 안에는 물이 들어 있습니다. 그리고 컵이 놓여 있는 이 테이블은 나무로 만들어졌지요. 지금 제가 들고 있는 마이크의 머리 부분은 철로 만들어졌습니다. 이처럼 우리 주변에 있는 물건을 보면 각기 다른 여러 가지 물질로 구성되어 있는 것처럼 보이지만, 근원을 따지고 들어가면 각 물질의 차이는 그저 그 속에 있는 양성자와 중성자의 조합 차이에 불과하다는 말이지요.
    ('모든 물질은 양성자와 중성자의 조합 차이로 구성되어 있다' 중에서/ p.31)

    원자의 주위는 전자로 뒤덮여 있고 그 중심에 원자핵이 존재합니다. 그리고 이 전자 덕분에 속이 텅텅 비어 있는 원자끼리도 서로 맞닿을 수 있다는 이야기를 했었지요. 그런데 핵융합 반응을 일으킬 때는 반대로 이 전자가 방해물이 됩니다. 앞에서 보여드렸던 물방울의 융합처럼 원자핵이 융합하려면 강력이 작용할 정도의 가까운 거리, 그러니까 거의 접촉할 만큼 가까워져야 하는데 일반적인 상태에서는 주위의 전자가 방해를 해서 원자핵과 원자핵이 가까이 다가갈 수가 없는 것이지요. 아까도 말씀드렸듯이 원자의 크기는 원자핵 크기의 10만 배나 됩니다. 이래서는 방법이 없지요. 원자핵을 융합시키려면 먼저 이 전자를 어떻게든 제거해야 합니다. 그렇다면 원자에서 전자를 제거하려면 어떻게 해야 할까요? 답은 ‘고온으로 만든다’입니다.
    ('원자핵을 노출시킨다' 중에서/ pp.62~63)

    사고 당시 체르노빌에서는 어떤 테스트를 위해서 정격 출력보다 상당히 낮은 출력으로 운전을 지속시키려 했습니다. 하지만 이 독물질이 증가하는 바람에 출력이 예정했던 것보다 훨씬 낮은 수준까지 떨어져 버렸지요. 그 출력으로는 테스트를 할 수가 없었습니다. 이럴 경우 원래는 테스트가 불가능해진 시점에 테스트를 중지했어야 하는데, 테스트를 중지시키고 싶지 않았던 운전원이 출력을 높이기 위해 제어봉을 뽑기 시작했습니다. 원자로의 폭주가 일어났을 때는 제어봉이 거의 뽑힌 상태였다고 하더군요. 게다가 테스트가 도중에 중단되지 않도록 안전장치를 끈 상태에서 이 작업을 했다고 합니다. 정말 충격적인 이야기입니다.
    ('체르노빌에서는 제어봉을 뽑아 버렸다' 중에서/ pp.113~114)

    원자로는 우라늄-235를 핵분열시켜서 에너지를 뽑아낼 뿐만 아니라 본래 불순물 취급하는 우라늄-238에서 새로운 핵분열 물질인 플루토늄-239를 만들어내기도 합니다. MOX 연료에 관해서 이야기할 때도 말씀드렸지만, 우라늄만을 원료로 사용해서 원자로의 운전을 개시하더라도 서서히 플루토늄이 증가해서 중간부터는 우라늄과 플루토늄이 핵분열 반응을 일으켜 에너지원이 되는 것입니다.
    ('플루토늄의 제조' 중에서/ p.181)

    맨해튼 계획에서는 이 내폭형을 채용한 원자 폭탄이 두 개 만들어졌습니다. 첫 번째는 실험용 원자 폭탄입니다. 포신형의 경우는 구조가 단순한 까닭에 거의 확실히 폭발할 것으로 예상하기도 했고 우라늄-235를 절약하기 위해 실제 폭발 실험은 실시하지 않은 채 다짜고짜 실전에 투입했지만, 내폭형은 폭발 렌즈라는 매우 정교한 메커니즘을 사용하는 까닭에 실전 투입에 앞서 폭발 실험을 실시한 것이지요. 장소는 뉴멕시코 주의 사막이었고, 실험일은 1945년 7월 16일이었습니다. 리틀보이가 히로시마에 투하되기 전이니까 인류가 최초로 경험한 핵무기의 핵폭발이었습니다.
    ('내폭의 메커니즘' 중에서/ p.223)

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    저자소개

    생년월일 -
    출생지 -
    출간도서 0종
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    노벨 물리학상 유력 후보자로 거론되는 금발의 천재 물리학자 다다 쇼는 1970년 오사카에서 태어나 교토 대학교 이학연구과 박사 과정을 수료했으며, 현재 고에너지 가속기 연구기구(KEK)의 소립자 원자핵 연구소에서 조교로 근무하고 있다. 중성미사 실험장치인 '뉴트리노 빔 라인'의 설계를 맡아 세계적으로 이름을 알린 다다 쇼는 독특한 외모에 걸맞게 젊은 층이 즐겨 사용하는 인터넷 용어를 구사하며, 연예인 팬클럽 활동이 본업이라고 말할 만큼 개성 넘치고 유쾌한 인물이다. '도쿄 컬처 컬처(TOKYO CULTURE CULTURE)'에서 '놀라운 수업'이라는 강의를 맡은 바

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    생년월일 -
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    대학에서는 번역과 관계가 없는 학과를 전공했으나 졸업 후 잠시 동안 일본에서 생활하다 번역에 흥미를 느껴 번역가를 지망하게 되었다. 스포츠뿐만 아니라 과학이나 기계, 서브컬처에도 관심이 많다. 원서의 내용과 저자의 의도를 충실히 전달하면서도 한국 독자가 읽기에 어색하지 않은 번역을 하는 번역가, 혹시 원서에 오류가 있다면 그것을 놓치지 않고 바로잡을 수 있는 번역가가 되고자 노력하고 있다.

    정완상 [감수]
    생년월일 -
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    서울대학교 무기재료공학과를 졸업하고, 1992년 KAIST에서 초중력 이론으로 이론물리학 박사 학위를 받았다. 1992년부터 국립 경상대학교 기초과학부에서 학생들을 가르치고 있다. 전공 분야는 중력 이론과 양자대칭성 및 응용수학으로, 현재까지 수학/물리 분야의 국제 학술지에 100여 편의 논문을 발표하였다. 저서로는 [정완상 교수의 패턴으로 배우는 중학수학], [과학공화국 물리법정](1~8), [과학공화국 생물법정](1~8), 위대한 과학자들이 초등학생들을 위해 쉽고 재미난 강의 형식을 빌려 과학 이론을 설명해 주는 [과학자들이 들려주는 과학 이야기]시리즈, [과

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