약해진 가을피부… 목욕도 조심조심

http://news.donga.com/3//20061023/8364454/1

[과학향기]북한 핵무기, 진짜? 가짜

북한 핵무기, 진짜? 가짜? [제 514 호/2006-10-23]

지난 10월 9일 실시한 북한 핵실험에 전세계의 이목이 집중되고 있다. 미국이 방사능 물질을 탐지해 지난 13일 북한 핵실험 사실을 보도한 것에 이어, 러시아도 지난 18일 북한 지역 대기에서 방사능 물질을 탐지했다고 발표했다.

원자폭탄은 제2차 세계대전 도중 미국의 ‘맨하튼 프로젝트’에 의해서 처음 만들어졌다. 아인슈타인의 질량방정식(E=mC²)으로 물체의 질량이 엄청난 에너지로 바뀔 수 있다는 것이 알려진 후 과학자들은 이 공식을 사용해 무기를 만들었다. 언뜻 원자폭탄 제조가 쉬울 것 같지만 세계에서 손가락 안에 드는 국가만 보유하고 있을 정도로 실상은 매우 어렵다. 원자폭탄에 우리가 모르는 어떤 원리와 기술이 숨어있기 때문일까?

우라늄이나 플루토늄 등의 방사능 물질은 자연 상태에서 스스로 질량을 잃으며 에너지를 방출한다. 여러 질량수로 존재할 수 있기 때문에 구분하기 위해 우라늄235, 플루토늄239 등 질량수를 붙여 부른다. 이들은 중성자를 흡수해서 원자핵이 2개 이상으로 쪼개지며 중성자와 에너지를 방출하는 ‘핵분열반응’을 일으키는 성질을 갖고 있다.

일단 핵분열이 시작되면 다량의 중성자가 튀어나온다. 이 중성자가 주변에 있는 다른 우라늄235, 플루토늄239를 때려 핵분열이 연쇄적으로 일어난다. 핵분열이 일어날 때 질량 차이만큼 에너지가 방출되는데 아주 작은 질량도 엄청난 에너지로 바뀐다. 이론적으로 1g의 질량이 90조J(줄, 에너지의 단위)의 에너지를 내는데, 히로시마에 떨어진 원자폭탄에서 폭발 시 발생한 질량 차이가 수g에 불과하다고 하니 그 위력을 짐작할 수 있다.

이런 원자폭탄을 만들기 위해서는 재료가 되는 농축 우라늄235나 플루토늄239를 일정량 이상 확보해야 한다. 처음 기폭을 통해 생긴 중성자의 속도는 대단히 빨라 우라늄(혹은 플루토늄)이 충분하지 않으면 원자핵과 충돌하지 못한 중성자가 순식간에 사라져 연쇄핵분열이 일어나지 않기 때문이다. 예전에 원자폭탄을 만들기 위한 최소량은 93.5%로 농축된 우라늄235이 52㎏, 혹은 93.5%로 농축된 플루토늄239이 11㎏이었다. 그런데 기술이 발달하면서 이 수치는 줄어들었다. ‘베릴륨 중성자 반사장치’를 사용할 경우 최소량은 우라늄 15㎏, 플루토늄 6.1㎏으로 줄어든다.

그럼 우라늄과 플루토늄은 어떻게 농축할까? 천연우라늄 광석에는 우라늄238(99.3%)과 핵폭탄 원료로 쓰는 우라늄235(0.7%)이 섞여있다. 따라서 원자폭탄을 만들려면 우라늄235를 농축하는 기술이 필요하다. 가장 대표적인 방법은 원심분리기를 사용해 무게 차이가 나는 우라늄238과 우라늄235를 분리하는 원심분리법이다. 전문가에 따르면 핵무기를 만들 수 있는 최소량인 15㎏의 우라늄235를 얻으려면 100여개의 원심분리기를 5년간 풀가동해야 한다고 한다.

플루토늄239는 이보다 쉽게 얻을 수 있다. 원자로의 폐연료봉을 재처리하는 ‘퓨렉스법’이라는 공정으로 얻는다. 핵연료봉을 잘게 잘라 질산으로 연료부분을 녹인 후 인산트리부틸이라는 용매로 플루토늄을 추출한다. 원자력센터 강정민 박사는 “북한이 보유하고 있는 폐연료봉 8000개는 재처리시설을 통해 133일이면 22.5~27㎏의 플루토늄239를 만들 수 있다”고 했다.

농축 우라늄이나 플루토늄을 확보한 것만으로 원자폭탄이 되는 것은 아니다. 원자폭탄을 만들려면 이들이 동시에 연쇄반응을 일으켜 터지도록 설계해야 한다. 기폭장치와 연료의 배치 등의 설계가 원자폭탄을 만드는 핵심기술이다. 특히 플루토늄탄은 플루토늄 자체에서 중성자가 다량으로 방출되기 때문에 이를 제어하는 기술이 필요해 우라늄탄보다 만들기 어렵다. 또 수차례의 핵실험을 거치면서 정교한 보정이 있어야 제조가 가능하다고 한다.

원자폭탄의 소형화도 중요한 과정이다. 폭탄은 일반적으로 장거리탄도미사일에 장착돼 목표지점까지 날아가는데 작게 만들어야 미사일에 핵탄두를 장착할 수 있기 때문이다. 원자폭탄이 작아질수록 동시에 기폭하기가 더 까다로워 만들기 어렵다고 한다. 전문가들은 “북한에는 아직 이런 기술이 있다고 보기 힘들다”며 “이번 북한 핵실험의 위력은 TNT 500톤 정도로 설계에 문제가 있어 일부만 터졌을 가능성이 높다”고 했다.

그렇다면 북한이 핵실험을 했는지 어떻게 알 수 있을까? 미국 정보당국은 2003년 이미 북한이 핵연료봉을 재처리하고 있다는 사실을 발표한 바 있다. 핵연료봉을 질산용액으로 녹일 때 ‘크립톤85’라는 기체가 발생하는데 이를 탐지하는데 성공했다. 이는 북한이 핵무기 원료를 만들고 있다는 뜻으로 북한 핵실험의 가능성을 포착한 것이다.

그리고 지난 10월 9일 북한 핵실험이 있었다. 그 징후를 가장 먼저 밝힌 것은 지진파 분석을 통해서다. 지하 핵시설에서 원자폭탄이 터졌을 경우 그 폭발력으로 지반이 흔들리기 때문에 지진파가 검출된다. 폭탄으로 인한 지진파는 자연적으로 발생한 지진파에 비해 아주 짧은 시간에 큰 강도로 나타난다는 특성이 있다.

지진파 자료로는 ‘폭발이 일어났다’는 사실과 ‘어느 지점에서 일어났다’는 사실을 알 수 있다. 폭발이 일어난 지점은 서로 다른 세 곳 이상의 관측소의 값을 종합해서 얻어진다. 한국지질자원연구원은 몇 번의 보정을 거쳐 핵실험 위치를 북위 41.275도, 동경 129.095도로 함북 길주군 만탑산 근처라고 발표했다.

이번 폭발이 ‘핵’에 의한 것이었음을 증명하기 위해서는 대기 중에 퍼진 방사능 물질을 확인해야 한다. 핵실험이 있을 때는 크세논(Xe-135)과 크립톤(Kr-85), 세슘(Cs-137) 등의 방사능 물질이 방출되는데, 이들은 자연에서는 거의 발견되지 않는 물질이다.

미공군은 WC-135C, WC-135W 정찰기를 한대씩 보유하고 있는데, 이들을 북한 상공에 띄워 방사능물질을 검출하고 있다. 이 정찰기의 날개 근처에 있는 대기 샘플 채취 필터로 대기권의 방사능과 미세먼지 등을 탐지할 수 있다.

핵실험 장소 근처 상공에서 공기를 채집해 영하 50도 이하로 낮춘 다음 특수 필터에 통과시키면 공기를 구성하는 주요 기체들은 빠져나가고 무거운 크세논과 크립톤만 달라붙는다. 크세논과 크립톤의 비율을 보면 터뜨린 원자폭탄이 우라늄탄인지 플루토늄탄인지 알 수 있다. 크세논과 크립톤의 비율이 11:1이면 플루토늄탄이고, 5:1이면 우라늄탄이다. 이번 핵실험이 어떤 종류의 원자폭탄인지는 아직 발표되지 않았다.

이번 사건으로 원자폭탄에 대한 관심이 높다. 핵은 막대한 에너지로도 쓰이지만 동시에 대량살상 무기가 되기도 한다. 맨하튼 프로젝트에 참여했던 과학자가 일생동안 큰 짐을 안고 살았던 것을 안다면 북한의 핵실험에 참여하는 과학자도 자신의 연구가 어떤 결과를 낳을지 살필 수 있었으면 좋겠다. (글 : 김정훈 과학전문 기자)

이 가을을 문화로 살찌우자 ‘자연과 함께하는 문화행사’

[데일리안 김영덕 객원기자]

◇ 대자연속에서 가을 정취와 문화 강연까지 이석이조 행사 ⓒ서울시

가을에 마지막 정취를 느끼면서 수준 높은 문화 강연을 들으면 어떨까. 서울시가 오는 22일(일)에 관악산, 아차산, 안양천 등지에서 교보문고와 공동으로 “자연과 함께하는 문화강연” 행사를 준비했다.

이번 행사는 올해 마지막 문화 강연으로 붉게 물든 단풍 숲속에서 깊어가는 가을 정취를 느끼고, 문화향기 가득한 주말로 인도한다. 이 강연회에는 어린아이와 청소년을 비롯한 모든 시민들이 참여 할 수 있는 유익한 행사이다.

특히 22(일) 오후 2시부터 시작되는데 수락산 노원골에서는 행복학 박사 최윤희씨가 ‘차라리 거짓말과 도둑질을 가르쳐라’는 주제로, 아차산에서는 영화평론가 황영미씨가 ‘다원화시대의 영화읽기’를 주제로 강연 펼칠 예정이다. 또한 청계산 청계골에서는 숲연구소 사람들이 ‘진정한 자연의 모습을 볼 수 있는 눈이 창의력을 키웁니다’라는 주제로 숲에 관한 이해와 더불어 재미있게 놀 수 있는 방법에 대해 이야기한다.

같은 날 안양천 신정교 인라인스케이트장 옆에서는 ‘인디오여인’의 작가 곽효환씨가 ‘일상속의 문학이야기’라는 주제로 강연을 펼치고, 강연 후 가족과 함께 인라인스케이트를 즐기는 것이다. 또한 관악산 낙성대공원에서는 오후 2시부터 2시간 동안 ‘나를 살리는 숲! 숲으로 가자’의 작가이자 SBS PD인 윤동혁씨가 가을의 낭만을 느낄 수 있는 자리를 마련한다.

이번행사 각 지역별로 시민들이 참가 할 수 있도록 배려하였으며, 깊어가는 가을을 문화로 살찌울 수 있는 좋은 기회가 될 것으로 보인다. 다양한 문화주제를 가지고 강연을 하기 때문에 골라 듣는 재미가 더해 질 것으로 보이며, 이번 문화강연에 참여하고자 하는 희망자는 자연문화강연 (http://sanrim.seoul.go.kr)를 통해 신청하면 된다.

◇ 5인 5색의 문화강연 골라 듣는 재미가 있다. ⓒ서울시

참여방법 : 인터넷 선착순 예약(http://sanrim.seoul.go.kr)/ 김영덕 객원기자

[과학향기]배꼽 잡는 이그노벨상 2006

배꼽 잡는 이그노벨상 2006 [제 513 호/2006-10-20]

“사진을 최소 몇번 찍어야 눈 감은 사람이 하나도 없을까?”
“딱따구리는 왜 두통에 시달리지 않을까?”

처음에는 웃음을 자아내면서도 뭔가를 생각하게 만드는 이런 주제의 연구가 노벨상을 탔다면 여러분은 믿을 수 있겠는가? 하지만 이것은 기발한 상상력과 이색적인 발명으로 세상을 즐겁게 한 괴짜들에게 주는 ‘이그노벨상’ 수상자들의 엄연한 연구논문 주제다.

이그노벨(Ig Nobel)상은 미국 하버드 대학의 유머 과학잡지인 ‘AIR(Annals of Improbable Research: 있을 법하지 않은 연구 연보)’의 발행인 마크 에이브러햄이 1991년 제정한 상으로, ‘다시 할 수도 없고 해서도 안 되는 업적’을 남긴 과학자에게 주는 패러디 노벨상이다. 에이브러햄은 전세계 사람들이 보내오는 연구 논문들을 살펴보다가 너무나 ‘엉뚱하고 기발한’ 연구 결과들에 매료돼 이 상을 제정했다.

다이너마이트처럼 터지는 ‘소다 팝(병 탄산음료)’을 발명한 가공인물 이그나시우스 노벨(Ignacius Nobel)에서 그 이름을 땄다. ‘이그노벨(Ig Nobel)’은 ‘고상한’을 뜻하는 영어 단어 ‘노블(noble)’의 반대말로 ‘품위없는’을 뜻하는 ‘이그노블(ignoble)’과 상통한다.

이그노벨상의 취지는 독특하면서 상상력 넘치는 아이디어들을 치하하고 과학에 대한 일반인의 관심을 불러일으키기 위함이다. 수상 분야는 매년 바뀌는데 물리학, 화학, 의학, 생물학 등이 기본적으로 포함되고 문학, 심리학, 사회학, 경제학 같은 인문·사회과학 분야에도 상을 준다. 10개 분야에서 10건의 연구가 선정되는 것이 원칙이나 특별한 경우 한 분야에서 복수 시상도 한다. 상금도 없고 수상자들은 자기 돈으로 비행기삯을 내고 시상식에 가야한다. 매년 10월 초 발표되는 노벨상에 앞서 하버드 대학 샌더스 강당에서 수여된다.

올해 이그노벨상은 여느 해와 마찬가지로 기지가 번뜩이는 10명의 과학자들에게 돌아갔다. 이그노벨 수학상을 받은 호주의 피어스 반스와 닉 스벤슨은, 단체 사진을 찍을 경우 눈 감은 사람이 한 명도 없게 하려면 최소한 몇 장을 찍어야 하는지를 수학적으로 계산해 내는 실험을 했다. 눈 깜빡임은 빛에 대한 자연스러운 반응으로, 촬영 순간에 눈을 감는 사람들은 세상 어디에나 있게 마련이다. 이들의 계산에 따르면, 20명 이하가 카메라 앞에 서 있고 조명 상태가 좋다면 사람 수를 3으로 나눈 수만큼 촬영하면 된다고 한다. 단 조명이 안 좋을 땐 2로 나눈 수만큼 셔터를 눌러야 한다. 눈 깜빡임 사이의 간격과 눈 감는 지속 시간 등을 기준으로 독특한 공식을 뚝딱 계산해낸 이들은 아마도 이 방면에서 전설적인 존재로 남을 것 같다.

영국의 하워드 스테이플턴은 고주파 10대 퇴치기 ‘모스키토’를 발명해 평화상을 수상했다. 10대들에게만 들리는 고주파 소리를 흘림으로써 조용한 식료품 가게와 쇼핑몰에서 고함을 지르거나 욕설을 퍼부으며 어슬렁거리는 불량 청소년들을 모기 쫓아내듯 몰아내 쇼핑몰에 평화를 가져왔다는 게 그에게 주어진 수상 이유이다. ‘모스키토’는 현재 전국의 매장과 지방 정부, 경찰, 일반 주택 등에 불티나게 팔리고 있다.

부리로 나무를 수도 없이 쪼는 딱따구리는 사람으로 치면 시속 25km로 초당 20회 정도 얼굴을 벽에 박는 것과 같은 충격을 받는다. 미국의 이반 슈왑 박사는 이렇듯 쉴 새 없이 나무를 쪼아대면서도 두통을 앓지 않는 이유를 규명해 조류학상 수상의 영광을 안았다. 슈왑 박사는 그 이유를 “스펀지 형태의 두꺼운 두개골이 딱따구리의 뇌를 보호해 주는 데다 나무를 쪼기 1000분의 1초 전에 눈을 감아 눈알이 튀어나오는 것을 방지하기 때문”이라고 설명했다. 그는 딱따구리의 연구자답게 딱따구리 모자를 쓰고 이번 시상식에 참가했다.

미국의 심장전문의 프랜시스 페스미어 박사는 항문에 손가락을 넣어 난치성 딸꾹질을 치료한 공로로 의학상을 탔다. 페스미어 박사는 항문 손가락 마사지가 신경을 자극해 심장박동을 늦출 뿐 아니라 딸꾹질도 멈추게 한다는 사실을 의학보고서에 발표했다. 대단히 창의적인 내용이다. 그러나 그는 “다시는 항문에 손가락을 넣어 이런 치료를 하지 않겠다”고 수상 소감을 말했다. 역시 괴짜다운 소감이다.

손톱이나 날카로운 물질로 칠판을 ‘끼익~끼익’하며 긁는 소리가 왜 소름끼는지에 대한 연구를 하다 그 긁는 소리가 침팬지의 경고음과 유사하다는 원리를 규명한 린 핼펀 박사와 랜돌프 블레이크 등은 음향학상을 공동으로 받았다.

이 밖에 쇠똥구리가 ‘똥’을 선택할 때 까다로운 기준이 있다는 내용의 연구, 말라리아를 옮기는 학질모기가 사람의 발 냄새와 림버거 치즈 냄새에 똑같은 정도로 끌린다는 사실을 밝힌 연구 등 유머러스하면서도 일상적인 사고로는 생각하기 어려운 발상의 논문도 수상 대열에 끼었다.

역대 수상자 중에는 한국인 수상자도 있다. 향기 나는 정장을 개발하여 1999년 환경보호상을 받은 권혁호씨, 1960년 36쌍에서 시작해 1997년 3600만쌍까지 합동 결혼시킨 공로로 2000년 경제학상을 수상한 문선명 통일교 교주가 그 주인공들이다. 올해는 아쉽게도 한 명도 선정되지 않았다.

이그노벨상 담당자 마크 에이브러햄에 따르면 “심혈을 기울여 집필한 저자 외에는 아무도 관심을 갖지 않는 학술지 논문이 연간 1만 편”이라고 한다. 언뜻 사소하거나 무용해 보이는 것들이 대부분이다. 하지만 거기에 ‘쓸모의 가치’가 숨어 있다. 아직 아무도 시도하지 않았으나 누구나 시도할 수 있는 ‘엽기적 쓸모’에 나도 한번쯤 도전해 보는 것 또한 의미 있지 않을까. (글 : 김형자 과학칼럼니스트)

한국인에게 필요한 절대 영양소

http://news.posco.co.kr/news/SGM/PNB/docs/news/s91fnews002v.jsp?menuCatId=0430&idx=140225