수상 업적

The Nobel Prize in Physics 1951 was awarded jointly to Sir John Douglas Cockcroft and Ernest Thomas Sinton Walton “for their pioneer work on the transmutation of atomic nuclei by artificially accelerated atomic particles” 1951년 노벨 물리학상은 “인공적으로 가속화된 원자 핵입자를 사용한 원자변환에 대한 선구적 연구”로 존 코크로프트와 어니스트 월턴에게 공동 수여되었습니다.

수상 추천문

전하, 그리고 신사 숙녀 여러분. 올해의 노벨 물리학상은 핵연구에서 획기적인 발견을 한 공로로 하웰의 원자에너지 연구단의 책임자인 존 코크로프트 경과 더블린 대학교의 어니스트 월턴 교수에게 수여되겠습니다. 20세기 초에 자연적으로 방사선을 방출하는 물질에 대한 연구를 통해 방사성 물질이 방사선을 방출하는 것은 물질을 이루는 원자가 자발적으로 변화하기 때문이라는 것을 알게 되었습니다. 그러나 방사선 방출과정을 인간의 힘으로 제어하는 것은 불가능해 보였습니다. 라듐에서 발생하는 방사선에는 빠르게 움직이는 양전하를 띤 헬륨원자가 포함되어 있습니다. 1911년 위대한 핵과학자 러더퍼드는 방출된 헬륨원자핵이 물질에 입사될 때 물질을 이루고 있는 다른 원자에 의해 어떻게 비켜 나가게 되는지를 연구한 후, 물질을 이루는 원자는 원자핵과 전자로 구성되어 있고, 원자핵은 양전하를 띠며 전체 원자 크기에 비해 매우 작지만 원자질량의 대부분을 차지하고, 전자는 음전하를 띠며 핵 주위를 움직인다고 결론지었습니다. 러더퍼드는 연구를 계속 진행하여 1919년에 라듐에서 얻은 헬륨핵을 질소에 투사해 질소의 원자핵이 변환된다는 것을 보였습니다. 라듐에서 방출된 헬륨원자핵 중 어떤 것들은 아주 드물게 큰 에너지를 가질 수 있는데 이런 큰 에너지를 가진 헬륨원자핵은 질소핵이 만들어 내는 척력을 극복하고 질소핵에 접근할 수 있습니다. 이 경우 질소핵은 수소핵을 방출하면서 산소원자핵이 됩니다. 이제 인공적인 방법으로 질소를 산소로 변환하는 것이 가능해졌습니다. 즉 한 원소를 다른 원소로 변환할 수 있게 된 것입니다. 그러나 방사성 라듐에서 방출되는 헬륨핵처럼 자연에서 만들어지는 원소를 투사체로 사용해 원자핵을 변환하는 것은 매우 드문 경우에만 가능했습니다. 더 큰 규모에서 핵을 변환시키기 위해, 그리고 원자핵의 구조를 더 깊이 이해하기 위해서는 더욱 큰 에너지의 투사체 입자들을 만들 필요가 있었습니다. 1920년대 말 전하를 띤 입자를 높은 에너지로 가속하여 종국에는 핵의 변환을 일으키는 방법에 대한 연구가 시작되었습니다. 올해의 노벨 물리학상 수상자들은 당시 러더퍼드가 책임자로 있던 케임브리지 캐번디시 연구소에서 공동 연구를 통해 처음으로 전하를 띤 입자를 높은 에너지로 가속하였던 연구자들입니다. 이 연구를 계획할 때 그들은 거니와 콘돈 그리고 가모프가 동시대에 수행한 이론연구의 중요성을 깨달았습니다. 이론적인 연구에 따르면 물질입자는 파동의 성질을 가지는데 물질의 파동성을 고려하면 입자적인 관점에서 핵과의 전기적인 척력을 극복하기에 충분하지 않은 에너지를 가져도 핵으로 침투할 수 있다는 것입니다. 코크로프트 경은 만약 수소핵이 투사입자로 사용되는 경우 원자핵까지 침투할 가능성이 더 높아 수소핵을 단지 수십만 볼트만 가속하더라도 측정이 가능할 정도로 많은 수의 가벼운 원소가 생성될 수 있다고 강조했습니다. 코크로프트 경과 월턴 교수의 연구는 원자핵 연구의 새로운 분야를 여는 야심찬 것이었습니다. 몇 가지 큰 어려움을 극복하고 1932년 초 물질의 변환에 성공했습니다. 그들은 변압기로부터 전압을 올리고 증폭하는 장치를 만들어 60만 볼트의 일정한 전압을 얻을 수 있었습니다. 또한 방전튜브를 제작하여 그 안에서 수소핵을 가속할 수 있게 하였습니다. 그들은 가속된 수소핵을 리튬층에 충돌시켜 리튬에서 헬륨핵이 방출되는 것을 관찰했습니다. 이 현상은 리튬핵에 수소가 침투해 들어가 두 개의 헬륨을 만들고 만들어진 헬륨은 높은 에너지를 가지며 거의 반대 방향으로 방출되는 것으로 해석되었고 나중에 완전히 확인되었습니다. 처음으로 인공적인 핵변환이 일어난 것입니다. 리튬에서 측정 가능할 정도로 많은 양의 헬륨원소를 얻기 위해서는 10만 볼트보다 약간 높은 전압이 필요했으며, 전압이 증가함에 따라 변환되는 양도 빠르게 증가했습니다. 이런 방법으로 얻어진 결과와 가모프와 다른 사람이 제안한 이론적인 결과를 비교하고 확인하는 것은 매우 중요합니다. 코크로프트 경과 월턴 교수가 이 원소를 변환할 때 입자들의 에너지 관계를 분석한 결과는 특히 흥미롭습니다. 왜냐하면 이 분석을 통해 아인슈타인의 질량과 에너지 등가이론을 확인할 수 있었기 때문입니다. 리튬이 헬륨으로 변환될 때는 에너지를 방출합니다. 왜냐하면 만들어진 헬륨 원자핵의 전체 에너지는 원래의 원자핵보다 더 작기 때문입니다. 아인슈타인의 질량에너지 등가법칙에 따르면 에너지를 얻는 것은 원자핵에서 그에 상응하는 질량을 잃는 것과 같습니다. 질량과 에너지의 등가관계는 실험의 오차를 고려하더라도 만족스러웠습니다. 얼마 뒤 질량에너지 등가원리에 기초한 더욱 정확한 연구가 수행되었으며 아인슈타인의 법칙이 완전히 만족함을 확인하였습니다. 그 결과 원자핵의 질량을 비교할 수 있는 강력한 방법이 얻어졌습니다. 그 후 일련의 연구를 통해 코크로프트 경과 월턴 교수는 많은 다른 원자핵을 변환했습니다. 그들이 원자핵의 변환에 사용한 기법과 결과들은 원자핵 연구의 모범이 되었습니다. 투사되는 입자로는 발견된 지 얼마 안 된 중수소 원자핵도 사용되었습니다. 그 결과 이전에는 발견되지 않았던 여러 원자핵을 발견할 수 있었습니다. 프레데릭과 이렌 졸리오 퀴리에 의한 인공적인 방사성 원소의 발견에 뒤이은 코크로프트 경과 월턴 교수의 인공적인 방사성 원소 역시 수소원자핵을 투사해 만들었습니다. 코크로프트 경과 월턴 교수는 여러 종류의 핵변환에 대한 새로운 연구 분야를 열었습니다. 또한 이들의 발견은 핵물리학의 비약적인 발전을 촉발했습니다. 코크로프트 경과 월턴 교수의 장비 외에도 로렌스가 제작한 사이클로트론 그리고 여러 다른 입자가속기들이 중요한 역할을 했습니다. 코크로프트 경과 월턴 교수의 결과는 새로운 이론을 개발하고 실험 기법의 발전에 자극제가 된 매우 중요한 연구입니다. 이 연구로 원자핵 연구는 완전히 새로운 시대를 맞이하게 되었기 때문입니다. 존 코크로프트 경, 어니스트 월턴 교수님. 두 분의 발견과 밀접한 관련이 있는 위대한 핵물리학자 러더퍼드는 “이것이 중요한 첫 번째 단계이다”라는 말을 자주 사용했습니다. 이 말은 인공적으로 가속된 입자를 사용해 원자핵의 변환을 발견한 두 분의 연구에 걸맞은 얘기라고 생각됩니다. 정말 두 분의 연구는 전 세계 과학자들이 잡고 싶어 하는 새롭고 풍부한 결실을 거둘 연구의 장을 열었습니다. 두 분의 연구는 핵물리학 이후의 진행 과정에 심대한 영향을 끼쳤습니다. 그리고 그 연구는 이전에는 꿈도 꿀 수 없었던 원자핵의 성질에 대한 새로운 통찰을 가질 수 있게 해주었다는 점에서 대단히 중요합니다. 두 분의 연구는 과학의 역사에서 획기적인 사건입니다. 스웨덴 왕립과학회를 대표하여 저는 두 분에게 가장 따뜻한 축하의 인사를 보냅니다. 이제 전하로부터 노벨상을 수상하기 바랍니다.