독일 나치의 우라늄 큐브

<출처 : 과학뉴스 블로그>

이 신비로운 큐브는 2013년 여름에 한 연구실로 도착했습니다. 종이로 정성스럽게 싸여 다시 수건으로 싼 파란 천 자루 안에서 그는 작은 우라늄 덩어리를 발견했습니다.

 

 

티모시 코에스(Timothy Koeth)는 가로 약 5cm, 세로 약 5cm의 크기로, "돌 위에 가격표처럼 흰 종이 한 장이 감겨 있었다"고 밝혔습니다. 그 흰 종이에는 다음과 같은 메시지가 있었습니다. "히틀러가 건설하려고 했던 원자로에서 가져왔습니다. 니닝거의 선물입니다."

 

핵 기념품 수집가인 코에스는 순간 흥분했습니다. "저는 이것이 무엇인지 즉시 알았어요,"라고 그는 말합니다. 2차 세계 대전 동안, 독일 과학자들은 원자로를 건설하려고 시도했는데, 그 중 600개 이상의 우라늄 큐브가 연합군에 의해 압수되어 미국으로 보내지기 전까지는요.

 

Maryland 대학의 코에스는 그의 큐브가 나치의 은신처에서 나온 것일 수 있다고 생각했지만 그 예감을 확인하고 싶었습니다. 그 과정에서, 그와 메릴랜드 대학의 대학원생인 미리암 히베르트는 놀랄만한 결론을 내렸고, 이 결론은 5월 1일 <Physics Today>지에 실렸습니다. : 전통적인 통념과는 달리, 독일 과학자들은 전쟁 중에 원자로를 만들 수 있었지만, 팀들 간의 과도한 경쟁은 오히려 그 노력들을 방해하는 결과를 낳았습니다.

 

큐브에 관한 첫 번째 단서는 표면입니다. 기포로 인해 마맛자국이 많은 표면은 당시 사용된 원시적이고 덜 발달된 우라늄 처리 기술을 나타냈습니다. 또 다른 힌트는 노트의 "니닝거(Ninninger)"라는 이름에서 나왔습니다. 일부 발굴조사 결과, 맨해튼 프로젝트라고 알려진 미국의 핵폭탄 제조 노력에 관여했던 로버트 니닝거(Robert Nininger)의 잘못 표기된 성이라는 사실이 드러났습니다. 

 

니닝거의 미망인은 그가 한때 우라늄 큐브를 소유하고 있었다는 것을 확인했고 그것을 친구에게 주었습니다. 코에스는 큐브가 결국 자신에게 오기 전에 몇 명을 거쳐 왔다고 생각했습니다. (이 큐브는 안전하게 다룰 수 있을 정도로 방사능 수준이 낮았습니다.)

 

 

원자로에서, 원자들은 핵분열이라고 알려진 과정을 통해 분열됩니다. 한 곳에 충분한 우라늄을 확보하면, 핵분열에서 방출되는 중성자는 에너지를 방출하는 지속적인 반응 사슬을 끊으면서 추가적인 방출이 일어날 수 있습니다. 현대 원자로에서 사용하기 위한 우라늄은 특정한 동위원소, 또는 주어진 수의 중성자를 가진 다양한 원소를 더 많이 함유하도록 농축됩니다. 그 동위원소는 핵분열을 위해 중요한 것입니다. 하지만 독일 원자로는 자연적으로 존재하는 동위원소가 풍부한 우라늄을 사용했습니다.

 

그래서 Koeth와 Hiebert는 입방체에서 방출되는 감마선의 에너지, 즉 빛의 높은 에너지 입자를 측정했습니다. 그 측정 결과 이 큐브는 천연 농축 우라늄이라는 것이 확인되었습니다.

 

추가 조사 결과, 큐브는 작동 중인 원자로에 넣은 적은 없었던 것으로 밝혀졌습니다. 만약 그랬다면, 연구원들은 동위원소 세슘-137에서 감마선을 검출했을 것입니다. 1942년 시카고 대학의 첫 번째 성공적인 원자로에서 채취한 유사한 물질 덩어리는 텔테일 세슘을 포함하고 있었습니다.

 

연구자들의 눈썰미도 예상치 못한 역사적 발견을 낳았습니다. 현대의 컴퓨터 시뮬레이션에서는 독일의 664 큐브 우라늄 매장량이 과학자들이 원자로를 만들기에 충분하지 않았음을 시사했습니다. 임계질량이라 불리는 최소량의 원소는 원자로에서 일어나는 반응의 사슬을 유지하기 위해 필요합니다. 이 질량에 도달하기 위해서, 독일인들은 물리학자 베르너 하이젠베르크 밑에서 일했습니다. 수백 개의 정육면체가 더 필요했을 것입니다.

 

하지만 코에스와 히베르트가 국립문서보관소에서 문서를 뒤지자, 이 두 사람은 다른 독일 연구단체가 가지고 있는 400여 개의 큐브에 대한 참고자료를 발견했습니다. 그 당시에, 독일 과학 팀들은 서로 경쟁하고 있었습니다. 만약 그들이 힘을 합쳤다면, 그들은 원자로를 만들 충분한 우라늄을 가지고 있었을 것이라고 코에스와 히베르트는 결론내었습니다. 하지만, 독일 과학자들은 여전히 원자 폭탄을 만드는 기술을 개발하지 못했습니다.

 

코에스는 결국 그의 큐브를 박물관에 대여할 계획입니다. 현재로선 맞춤형 휴대용 진열장으로 꾸며져 있으며, 코에스의 핵 유물 수집의 보석입니다. 다른 항목으로는 시카고 대학의 첫 원자로에서 나온 흑연, 원자폭탄 실험에 의해 융합된 모래에서 나온 녹색 유리, 그리고 자외선을 쬐는 바셀린 유리라고 알려진 우라늄이 함유된 유리제품 등이 있습니다.

 

우라늄은 핵에너지의 연료로서, 이는 인류에게 화석연료 의존으로부터 해방시켜 줄 수 있다고 그는 말합니다. 하지만 이 원소는 파괴적인 무기에도 사용될 수 있습니다. "핵물리학은 우리를 구할 수도 있고, 또 완전히 파괴할 수도 있는 능력을 가지고 있습니다. 그리고 그 작은 입방체는 그 모든 것을 상징합니다."