원자핵에서 핵무기까지

감수의 글
프롤로그

제1장 원자핵
무기와 물리학의 관계/ 도카이 촌에서 온 사나이/ 원자력 시설의 용접 기술을 이용해서 만든 전차/ 원자와 원자핵의 크기/ 모든 물질은 양성자와 중성자의 조합 차이로 구성되어 있다/ 연금술, 화려하게 부활하다!/ 동위 원소란 무엇인가?/ 미국에서는 우라늄을 15파운드까지 소유할 수 있다/ 미국에서는 폴로늄을 판매한다?/ 정전기 제거용 브러시를 만드는 방법/ 사랑의 힘은 너무 가까울 때보다 조금 떨어져 있을 때 더 강해진다?/ 물방울과 원자핵

제2장 핵융합과 핵분열
원자핵을 노출시킨다/ 곧바로는 붙지 않는 커플을 붙이려면?/ 중수소와 삼중수소의 핵융합, DT 반응/ 불안정 상태 일보직전의 원자핵을 불안정한 원자핵으로 만든다/ 전하를 갖지 않는 중성자는 원자핵에 쉽게 접근할 수 있다/ 아이오딘을 마셔라!/ 원자핵을 결속시키고 있었던 힘이 외부로 해방된다/ 폭약과는 차원이 다른 에너지가 방출된다/ 핵연료로 사용하기에 적합한 물질이란?/ 분열 일보 직전의 우라늄과 플루토늄/ 중성자의 속도가 핵분열의 발생 가능성을 좌우한다

제3장 연쇄 반응
핵분열의 연쇄 반응/ 제어봉을 집어넣거나 뺌으로써 중성자의 양을 제어한다/ 미임계 상태와 초임계 상태/ 체르노빌에서는 제어봉을 뽑아 버렸다/ 지열은 왜 생기는가?/ 원자로를 구성하는 세 가지 요소 ― ①연료/ 원자로를 구성하는 세 가지 요소 ― ②감속재/ 감속재라는 측면에서 바라본 물과 흑연의 좋은 점과 안 좋은 점/ 원자로를 구성하는 세 가지 요소 ― ③냉각재

제4장 핵연료
원자로는 3요소로 구성되지만 핵무기는 1요소뿐/ 탬퍼로 다진다/ 어느 실험의 풍경/ 폴로늄 재등장/ 우라늄의 농축/ A-1 가스 확산법/ A-2 원심 분리법/ A-3 공기 역학법/ B-1 전자기 농축법/ B-2 레이저 원자법/ B-3 레이저 분자법/ C 화학법/ 플루토늄의 제조/ 플루토늄은 명계(冥界)의 왕/ 대학의 풋볼 경기장 아래에 건설된 인류 최초의 원자로/ 병기급 플루토늄/ 고속 증식로

제5장 핵무기
포신형(건배럴형)/ 리틀보이는 투하 직전에 조립되었다/ 너무 이른 폭발/ 미국에서 가장 위대한 대통령/ 내폭형(임플로전형)/ 내폭의 메커니즘/ 핵융합을 이용하는 수소 폭탄/ 중성자 폭탄/ 부스터/ 궁극의 핵무기

에필로그

20세기 초에는 이 세상의 온갖 원자(핵), 그러니까 온갖 물질이 전부 이 양성자와 중성자로 구성되었음이 알려졌습니다. 가령 컴퓨터는 플라스틱으로 만들어졌습니다. 이 컵은 유리로 만들어졌고, 컵 안에는 물이 들어 있습니다. 그리고 컵이 놓여 있는 이 테이블은 나무로 만들어졌지요. 지금 제가 들고 있는 마이크의 머리 부분은 철로 만들어졌습니다. 이처럼 우리 주변에 있는 물건을 보면 각기 다른 여러 가지 물질로 구성되어 있는 것처럼 보이지만, 근원을 따지고 들어가면 각 물질의 차이는 그저 그 속에 있는 양성자와 중성자의 조합 차이에 불과하다는 말이지요.
- <모든 물질은 양성자와 중성자의 조합 차이로 구성되어 있다> 중에서

원자의 주위는 전자로 뒤덮여 있고 그 중심에 원자핵이 존재합니다. 그리고 이 전자 덕분에 속이 텅텅 비어 있는 원자끼리도 서로 맞닿을 수 있다는 이야기를 했었지요. 그런데 핵융합 반응을 일으킬 때는 반대로 이 전자가 방해물이 됩니다. 앞에서 보여드렸던 물방울의 융합처럼 원자핵이 융합하려면 강력이 작용할 정도의 가까운 거리, 그러니까 거의 접촉할 만큼 가까워져야 하는데 일반적인 상태에서는 주위의 전자가 방해를 해서 원자핵과 원자핵이 가까이 다가갈 수가 없는 것이지요. 아까도 말씀드렸듯이 원자의 크기는 원자핵 크기의 10만 배나 됩니다. 이래서는 방법이 없지요. 원자핵을 융합시키려면 먼저 이 전자를 어떻게든 제거해야 합니다. 그렇다면 원자에서 전자를 제거하려면 어떻게 해야 할까요? 답은 ‘고온으로 만든다’입니다.
- <원자핵을 노출시킨다> 중에서

사고 당시 체르노빌에서는 어떤 테스트를 위해서 정격 출력보다 상당히 낮은 출력으로 운전을 지속시키려 했습니다. 하지만 이 독물질이 증가하는 바람에 출력이 예정했던 것보다 훨씬 낮은 수준까지 떨어져 버렸지요. 그 출력으로는 테스트를 할 수가 없었습니다. 이럴 경우 원래는 테스트가 불가능해진 시점에 테스트를 중지했어야 하는데, 테스트를 중지시키고 싶지 않았던 운전원이 출력을 높이기 위해 제어봉을 뽑기 시작했습니다. 원자로의 폭주가 일어났을 때는 제어봉이 거의 뽑힌 상태였다고 하더군요. 게다가 테스트가 도중에 중단되지 않도록 안전장치를 끈 상태에서 이 작업을 했다고 합니다. 정말 충격적인 이야기입니다.
- <체르노빌에서는 제어봉을 뽑아 버렸다> 중에서