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러더퍼드의 원자 발견
그리스의 철학자 데모크리토스는 여러 나라를 여행하며 많은 경험과 견문을 넓혀 천체, 의학, 동식물, 농업에 대한 학설을 제창하였으나, 어느 날 한 가지 의문에 사로잡히게 되었다.
‘이 모든 물질의 근원은 무엇일까?
이에 대한 생각에 몰두하여 그는 한 가지 결론에 도달했다.
“모든 물질은 더 이상 조갤 수 없는 작은 알맹이로 되어 있어.”
그는 이와 같이 더 이상 쪼갤 수 없는 물질의 최소입자를 ‘아톰’이라고 불렀으며, 이것은 우리말로 원자이다.
그러면 이 원자는 대체 어떤 모양을 하고 있을까?
시간이 지날수록 과학자들은 이런 의문을 갖기 시작했다.
1896년, 프랑스의 베크렐은 우라늄에서 이상한 광선이 나오는 것을 발견했고, 2년 후 퀴리 부부는 이 광선이 라듐이라는 원자 속에서 방출되는 방사선이라는 것을 발표했다.
같은 시기, 퀴리 부부의 방사선에 관한 논문을 읽고 흥분하는 청년이 있었다.
영국의 캐번디시의 연구소에서 일하는 에네스트 러더퍼드라는 물리학자였다.
“방사선이야말로 원자의 베일을 벗겨주는 신호탄이 될지도 몰라.”
방사선을 연구하면 신비스러운 원자의 세계를 밝힐 수 있을 것이라 믿은 그는 전자를 발견했고, 원자의 구조에 있어서 전자의 성질과 의미를 잘 알고 있는 물리학자 톰슨소장의 연구소로 옮겼다.
이 연구소에는 원자에 대해 관심이 많은 젊은 과학자들이 모여 연구하고 있었다.
“러더퍼드, 자네의 아들 방사선군은 요새 잘 있는가?”
어느 날, 톰슨 소장이 러더퍼드에게 농담 섞인 한 마디를 내던졌다.
“네, 소장님! 그런데 그게 그만 셋으로 갈라져 버렸습니다.”
“그래? 어째서 그렇게 되었을까?”
그러자 러더퍼드는 정색을 하며 자신의 실험 결과를 소장에게 설명했다.
“그러니까, 자석 사이에 라듐의 방사선을 통과시켰더니 셋으로 갈라졌는데, 하나는 똑바로 지나갔고, 또 하나는 오른쪽으로 구부러졌습니다.”
톰슨은 러더퍼드의 말을 한 마디도 놓치지 않으려는 듯 주의 깊게 들었다.
“그래?”
“네, 그래서 똑바로 지나가는 것을 감마선, 오른쪽으로 구부러지는 것을 알파선, 왼쪽으로 구부러지는 것을 베타선이라고 이름 지었습니다.”
“그러면, 그 세 가지 방사선의 정체는 도대체 무엇이라고 생각하지?”
그러나 톰슨의 물음에 러더퍼드는 입을 다물었다. 더 이상 설명할 수가 없었던 것이다.
‘그래, 방사선의 정체를 밝혀야 해!’
러더퍼드는 부푼 가슴을 안고 연구에 박차를 가하였다.
그러던 중 1898년, 28세가 되는 러더퍼드는 캐나다 마크겔 대학의 교수로 초빙되었다.
“러더퍼드 소장님, 환영합니다.”
그는 물리연구소의 소장으로 임명되어 마음 놓고 연구할 수 있게 되었다.
“피 소디, 오서 오십시오.”
피 소디라는 화학자도 연구소에 와서 러더퍼드의 방사선 연구에 합류했다.
러더퍼드는 유능한 과학자들과 함께 연구를 거듭하며 베타선은 전자라는 입자가 아주 빠른 속도로 빠져 나가는 현상이라는 것을 알게 되었고, 방사선을 방출하는 물질인 토륨의 표면이 언제나 흐려있는 것을 발견했다.
“토륨의 원자가 방사선을 방출하기 위하여, 그 일부는 새로운 원자로 변하는 것이 아닐까요?”
“그것이 사실이라면 원자는 절대 변하지 않는 것이 아니라 방사선을 방출하면서 또 다른 원자로 변하는 것이라는 이야기인데...”
결국 2,000여 년 전 데모크리토스가 원자의 개념을 설명하고, 원자란 절대 쪼개지지 않는 입자라고 믿었던 개념이 완전히 깨어지는 결과가 나타났다.
1902년, 드디어 러더퍼드와 소디는 ‘방사선이란 원자가 스스로 다른 원자로 변할 때 방출 한다.’는 것을 발표했다.
그리고 더 나아가 원자의 구조에 대해 양전기의 원자핵을 찾아내게 되었다.
글 : 왕 연 중
(한국발명문화교육연구소 소장, 영동대학교 발명특허공무원학과 겸임교수)
(이메일 : wangyj39@dreamwiz.com 전화 : 011-890-8578 )
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