세계 최초로 중성자를 발견한 인물
우리는 흔히 양성자 그리고 중성자라는 말을 듣습니다. 흔히 핵이라고 말하는 원자핵안에는 + 전기를 띤 양성자와 전기적인 성질을 갖고 있지 않은 중성자가 존재합니다. 중성자는 투과성이 강하며 접촉한 물질의 성질에 따라 일정한 각도로 분산되는 산란성을 가지고 있습니다. 따라서 항공기의 엔진의 결함을 탐지할 때 효율적으로 쓰이고 있는데요. 우리가 병원에서 엑스레이를 촬영할때도 사용되는 엑스레이는 금속같이 무거운 물질을 통과하지 못하기 때문에 사람이 아닌 엔진이나 기계의 부식이나 균열을 파악하기 위해 사용됩니다.
또한 중성자는 핵반응에 중요한 역할을 하는데요. 중성자가 활성화를 일으키면 방사능을 갖게 됩니다. 따라서 원자로나 핵무기 분야에서 사용되는 것이 대표적입니다. 중성자 렌즈에 관한 연구도 시행중인데요. 이는 속이 빈 유리모세관 내부 전반사에 이용되거나 딤플형 알루미늄판의 반사를 이용하는 중성자 현미경 사용과 중성자 단층촬영에 활용될 수 있습니다. 중성자는 주로 물질에서 즉발 또는 지발 감마선을 만들기 위해 사용되는데요. 이외에도 핵의검출로 활용되어 물 분자에서 수소를 찾아내는데 활용됩니다.
역사적으로 중성자를 처음으로 발견한 인물은 제임스 채드윅입니다. 그는 1891년 10월 29일 잉글랜드 체셔주 볼링턴에서 출생하였습니다. 그는 1895년 외가에 맡겨졌는데요. 이후 그는 볼링턴 크로스 초등학교를 다녔으며 졸업할때쯤 부모님이 계신 멘체스터 그래머 스쿨로 입학제의를 받았지만 학비를 감당하기 어려워 맨체스터에 있는 남자 센트럴 그래머 스쿨에 입학하였다고 합니다. 그래머 스쿨에 진학후 채드윅은 다시 부모님과 함께 거주하게 되었습니다. 그는 16세에 대학 시험을 보았고 합격했다고 전해집니다.
채드윅은 1908년 맨체스터 빅토리아 대학교에 입학하였습니다. 그는 수학과에 입학하고 싶었지만 실수로 물리학과를 적어내어 물리학을 배우게 되었다고 합니다. 그의 지도교수는 핵물리학의 아버지라고 불리었던 어니스트 러더퍼드 였으며 졸업반을 지도하고 있던중 채드윅을 발견하고 두종류의 다른 방사원에서 방출되는 방사능 에너지의 합을 비교측정하는 연구에 참여시켰다고 합니다. 이러한 실험을 토대로 채드윅은 첫 실험 논문으로 감마선의 측정 방법을 정립하였으며 채드윅은 1911년 최고 우수 등급으로 졸업하게 됩니다.
이후 기체와 액체에 대한 감마선 흡수비를 조사하였으며 1913년에는 베를린 공과 대학교에서 한스 가이거와 함께 일하게 됩니다. 당시 가이거는 가이거 계수기를 개발한 인물로 이는 이전에 방사능 측정을 위해 사용되던 사진 판독 기법보다 매우 뛰어난 정확도를 가지고 있었습니다. 하루는 채드윅이 가이거의 계수기를 사용하여 베타선 방사가 이전까지 생각했던 분절된 선스펙트럼이 아닌 연속적이라는 사실을 발견했는데요.
이어서 알버트 아인슈타인이 가이거의 연구소를 방문했을때 채드윅에게 나는 이 둘을 각각 설명할 수는 있지만 둘을 동시에 설명할 수는 없다라고 말하였다고 합니다. 채드윅이 독일에서 연구를 할때 제1차 세계대전이 일어났으며 그는 베를린 인근의 루흐레벤 수용소에 갇히게 되지만 그는 마구간에서 계속연구를 진행할 수 있었다고 합니다. 이후 1921년 채드윅은 박사학위를 수여받고 곤빌 카이수스 컬리지의 교수로 채용되게 됩니다.
1925년에는 주식중계인의 딸 애일린 스테워트브라운을 만나 결혼하게 되는데요. 이후 쌍둥이 딸 조안나와 주디스가 태어나게 됩니다. 이후 채드윅은 핵물리학의 기초에 대한 연구를 지속하였습니다. 이후 채드윅은 골드하버와 함께 양성자와 중성자에 대한 연구를 시작했으며 중성자를 발견한 공로로 1932년 휴즈메달을 수여받게 됩니다. 이어 1935년에는 노벨 물리학상을 받았습니다. 채드윅의 중성자 발견은 이후 인류의 핵물리학 발전 역사에 중요한 계기가 되게 됩니다. 그는 1948년 캠브리지 대학교 곤빌 카이우스 컬리지의 학장이 되었으며 1974년 사망하였습니다.
중성자는 요즘 우리가 사용하는 휴대전화 생산에 사용되며 전자부품이나 내비게이션 반도체 칩의 품질 테스트와 차량용 에어백의 가속측정센서의 성능을 검증할때도 사용됩니다. 또한 선글라스의 자외선 코팅 물질의 생산과 성능 검증, 메모리 카드의 소자의 성능을 검증할때 LED 광소자 품질 테스트에도 활용되는데요. 이렇게 우리가 잘 인식하지 못하는 곳에서도 중성자의 역할이 상당히 크다고 합니다.
이와 더불어 냉중성자와 열중성자로 발전하여 우리나라의 하나로 원자로에서도 초당 1억개의 냉중성자를 방출하는데 성공하기도 했다고 합니다. 이는 세계에서 5번째로 냉중성자 생산국 대열에 합류하게 되었으며 우리나라의 원자력 연구는 앞으로도 미국, 호주, 독일, 과학자들처럼 차세대 나노 바이오 기술 개발에 큰 도움이 될것으로 기대하고 있습니다. 우리가 살고 있는 세상에는 눈으로 볼수없지만 존재하는 물질 또는 비물질이 있음을 이러한 것들은 미래 시대를 맞이하여 큰 자원이 될거라고 생각하는데요.
우리가 사용하고 있는 태양광 에너지나 물 에너지 등 역시 앞으로 발전할 가능성이 무궁무진할 것이라고 생각합니다. 이러한 비밀들을 과학자들의 연구를 통해 개발하게 된다면 인류 역시 언젠가는 고갈되어 가는 석탄에너지를 대체화 하여 에너지에 구애받지 않는 쾌적한 삶을 살 수 있을 거라고 생각합니다.
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