삼중수소와 헬륨-3은 어떤 원소인가?

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인공 동위원소인 삼중수소와

헬륨-3의 발견

 

  

오스트레일리아 출신의 물리학자 마르커스 올리팬트(Marcus Oliphant 1901-2000)는 최초로 핵융합(核融合 nuclear fusion) 반응 실험에 성공했으며, 원자탄 개발 계획에서 주역을 담당한 과학자이다. 또한 그는 헬륨의 동위원소인 헬륨-3(helion)과, 수소의 동위원소인 삼중수소(tritium)를 발견한 과학자이다.

 

의학을 공부하던 그는 1925년에 뉴질랜드의 물리학자 러더퍼드(Ernest Rutherford 1871-1937, 러더퍼더의 원자모델 참조)의 강연을 듣자, 전공을 바꾸어 영국 캠브리지 대학의 캐번디시(Cavendish) 연구소에 입소했다. 이곳에서 그는 첨단 핵물리학 연구자의 한 사람이 되어, 1932년에는 직접 복잡한 입자가속기를 만들기도 했다.

 

수소의 핵은 1개의 전자와 1개의 양성자로 구성되어 있다. 그런데 자연계의 물 분자 중에는 수소 원자의 약 0.015%가 1개의 전자와 2개의 양성자를 가진 ‘중수소’(重水素 deuterium, 2H) 상태로 존재한다. 이러한 중수소를 처음(1931년) 검출한 과학자는 미국의 헤럴드 유리(Harold Urey 1893-1981)였다.

 

 

캐번디시 연구소에서 올리팬트는 중수소에 중수소를 충돌시키면 중성자 1개를 더 가진 새로운 동위원소인 삼중수소(tritium, triton, T, 3H)가 생겨난다는 사실을 1934년 가장 먼저 발견했다. 삼중수소는 방사능을 가지며, 그 반감기는 12.32년이다. 그리고 그는 삼중수소를 융합하면 헬륨-3(helion)이 생겨나면서 막대한 에너지가 나온다는 것을 확인했다. 이 연구는 뒷날 핵융합 폭탄(수소폭탄)을 만드는 이론의 기초가 되었다.

 

제2차 세계대전이 일어나자, 그는 영국으로 건너가 고성능 진공관을 발명하여 비행기에 실을 수 있는 레이더를 개발하는데 참여했으며, 그 레이더는 독일의 U-보트 잠수함과 폭격기의 침공을 미리 탐지하는 중요한 역할을 했다. 이어 1941년부터는 미국의 원자폭탄 개발 계획(맨해튼 계획)에 참여하게 되었으며, 우라늄-235를 정제(精製)하는 기술을 확립하여 원자폭탄을 완성하도록 했다. 전쟁이 끝나자 올리팬트는 오스트레일리아로 돌아갔고, 1959년 기사 작위를 받았으며, 98세 때 세상을 떠났다.

 

 

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