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Jun 03, 2023

과학적 기회와 약간의 행운이 핵 시대를 여는 데 어떻게 도움이 되었는가

우연한 실험과 우연한 만남은 엔리코 페르미가

우연한 실험과 우연한 만남은 엔리코 페르미(Enrico Fermi)가 최초의 원자로를 생산하는 데 도움이 되었습니다.

David N. Schwartz, 소칼로 광장

일반 대중은 과학 사업을 합리적이고 체계적이며 질서 있고 응집력 있는 방식으로 전진하는 것으로 볼 수 있습니다. 그러나 과학은 순조롭게 움직이며 때로는 앞으로, 때로는 뒤로, 때로는 체계적으로, 때로는 우연히 움직입니다. 과학적 발견에서 우연과 우연이 하는 특별한 역할은 20세기 가장 위대한 물리학자 중 한 명인 엔리코 페르미(Enrico Fermi)의 놀라운 경력에서 볼 수 있습니다. 페르미는 주로 중성자 물리학, 핵분열, 최초의 원자폭탄을 탄생시킨 실험에 대한 연구로 유명합니다.

1934년 10월, 페르미는 대부분의 원자핵에 있는 무거운 중성 입자인 중성자로 다양한 원소를 공격하여 방사성 원소를 생성하기 위해 로마에서 소규모 팀을 이끌고 있었습니다. 그렇게 함으로써 그는 우라늄 원자를 분리했습니다. 그러나 주로 그의 팀의 방사성 화학의 한계와 관련된 여러 가지 이유로 그는 당시 이 사실을 알지 못했습니다. 그러나 그의 동료들은 나무 탁자 위에 앉아 있는 원소에 충격을 가하면 놀랍게도 그 원소가 대리석 탁자 위에 앉아 있을 때보다 방사성이 더 강해진다는 사실을 알아냈습니다. 그것은 그들이 예상했던 결과가 아니었고, 그들의 호기심과 관찰력이 없었다면 눈치 채지 못했을 수도 있습니다.

설명을 찾기 위해 그들은 그 현상을 페르미에게 가져왔습니다. 페르미는 그것에 대해 생각해보고 나무 테이블에 있는 수소와 탄소의 가벼운 핵이 중성자의 속도를 늦추는 역할을 하여 중성자가 원자핵 내부에서 머물면서 손상을 입힐 수 있는 시간을 더 많이 주고 따라서 방사능이 증가한다는 결론을 내렸습니다. 그는 중성자 소스와 타겟 사이에 파라핀 블록을 두고 확인 실험을 했습니다. 파라핀은 수소와 탄소를 많이 함유하고 있어 이러한 목적에 이상적이었습니다.

이 우연한 발견의 중요성은 아무리 강조해도 지나치지 않습니다. 이후 페르미가 이 사실을 밝혀낸 연구는 1942년 12월 2일 시카고에서 최초의 핵 연쇄 반응이 발생하는 데까지 이르렀으며 전적으로 "느린 중성자" 효과에 기반을 두고 있었습니다. 첫 번째 원자 더미의 구조를 형성한 흑연 벽돌은 원자 더미 전체에 묻혀 있는 우라늄 슬러그에서 방출되는 중성자를 늦추는 감속재 역할을 하여 핵분열 가능성을 높였습니다. 모든 원자로는 이 효과에 기반을 두고 있을 뿐만 아니라; 핵무기 개발로 이어진 것은 핵분열 연구의 필수적인 측면이었습니다.

페르미의 과학은 우연히 다른 방식으로 인도되었습니다. 첫째, 1901년 출생이라는 단순한 우연이 있었고, 이는 그를 양자론의 심오한 문제가 다루어지던 1920년대 지적 성숙으로 이끌었다. 영국의 위대한 역사가 CP Snow는 페르미에 대해 다음과 같이 썼습니다. "페르미가 몇 년 전에 태어났다면 그가 러더퍼드의 원자핵을 발견하고 보어의 수소 원자 이론을 발전시키는 것을 상상할 수 있을 것입니다. 이것이 과장처럼 들린다면, 페르미는 과장처럼 들릴 것 같다."

물론, 그는 1901년에 태어났기 때문에 초기 핵물리학에 기여하기에는 너무 늦었습니다. 그러나 그는 양자 이론의 가장 중요한 발전에 기여할 적절한 시기에 태어났습니다. 오늘날의 페르미스는 현재 CERN에서 수천 명의 실험 및 이론 물리학자로 구성된 팀에서 일하고 있습니다. CERN에서는 최첨단 입자 물리학이 이루어지고 있지만 개인의 성취 범위가 크게 제한되어 있습니다.

둘째, 그는 13세 때 아버지의 동료인 아돌포 아미데이(Adolfo Amidei)를 우연히 만났습니다. 그는 페르미가 천재라는 것을 알고 스스로 그 십대에게 수학과 물리학의 학부 교육을 제공했습니다. 페르미는 이를 바탕으로 경력을 쌓았습니다.

셋째, 페르미가 처음 미국으로 이주하고 싶어 하던 1930년에 로마를 너무 사랑해서 그녀가 미국으로 이주하기를 거부했던 여인과 결혼하게 된 사건이 ​​있다. 만약 그가 1930년대 초에 로마를 떠났다면, 그가 느린 중성자 연구를 했을지 아니면 핵분열을 발견했을지 누가 ​​알겠습니까?