맨하탄 프로젝트의 진행과정과 그 영향 원자탄 개발 과정 맨하튼 프로젝트 추진
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맨하탄 프로젝트의 진행과정과 그 영향
1.서론
원자탄 개발을 통해 과학과 과학자는 전쟁과 깊은 관련을 맺기 시작했으며, 그 동안 이루어진 과학과 정부와의 관계도 훨씬 더 밀접해 졌다. 동시에 원자탄은 과학과 윤리에 대한, 그리고 과학자의 사회적 책임에 대한 새로운 문제들을 불러일으켰다. 제2차대전때 핵무기그 가운데서 원자폭탄을 어떻게 개발했는지 그리고 그와 관련있는 과학자들은 이 물체 개발을 통해 어떤 영향을 받았는지에 대해 알아볼 것이다. 또한 원자탄 개발과정에서 나타난 현대과학의 특징인 거대과학에 대해서도 자세히 다룰 것이다.
2.본론
2.1.원자탄 개발 과정
1938년 12월 8일 베를린 카이저 빌헬름 연구소에서 두 과학자, 오토 한과 프리츠 슈트라스만은 중성자로 우라늄에 충격을 가한 결과 원자핵을 분열시키는데 성공했다. 두 과학자는 망명한 동료 과학자 리제마이트너와 그녀의 조카 오토 프리슈에게 자기들의 발견을 알렸다. 프리슈는 이 사실을 덴마크인 노벨상 수상 물리학자 닐스 보어에게 털어놓았다. 보어는 미국에 도착하자 곧 미국의 과학계에 핵분열에 대해 상세히 보고했다. 그 보고는 많은 미국 과학자들을 흥분시켰고, 그 중에는 레오 실라드가 있었다. 그는 최근 나치즘과 파시즘으로부터 미국에 망명한 수많은 유럽 과학자 가운데 한사람이었다. 실라드는 1939년 3월 그의 동료들과 함께 우라늄을 사용해 실험실 규모의 연쇄반응을 일으키는데 성공했다. 이어서 미국 내 여러 연구소에서 핵물리학자들은 우라늄 동위체인 U-235나 플로토늄이 거대한 폭발력을 창출하는데 사용될 수 있다는 것을 알아냈다. 그들의 놀라운 발견 다음에는 엄청난 도덕적 의문이 따랐다. 누가 먼저 그 가공할 폭탄을 개발할 것인가였다. 그들은 대부분 독일이 먼저 개발할 가능성에 대해 두려워했다. 1939년 3월 나치가 체코슬로바키아를 점령하고 즉시 그 나라의 우라늄 광석 수출을 금지했을 때 과학자들의 두려움은 절정에 달했다. 그들은 히틀러 하에 핵분열실험이 진행되고 있다고 믿게 되었다. 1939년 8월 실라드, 아인슈타인, 부시 등은 독일 과학자들이 원자탄을 만들지 모르기 때문에, 가능하면 정부의 주의 깊고 빠른 행동이 요구된다는 서한을 루스벨트에게 전달했다. 이들의 건의에 따라 미국에서는 1939년 10월 핵문제를 자문할 기관인 우라늄위원회를 구성하게 된다. 1940년 여름 루스벨트는 전국의 최고 과학두뇌들을 집합시켜 국방연구위원회를 조직하고, 원자력 개발계획을 추진하라는 임무를 부여했다. 그러나 미국은 1941년 12월 진주만공격 이전까지는 핵개발에 대해서 그다지 심각히 생각하지는 않았다. 하지만 영국정부가 영국에 망명한 과학자들에 의해 원자폭탄을 2년 이내에 제조할 가능성이 있다는 극비보고서를 미국에 보냄으로써 루스벨트는 사업의 긴박성을 느껴, 원자폭탄 제조계획을 새로 조직하는 과학연구개발처의 최우선사업으로 책정했다. 미국은 전쟁초기부터 국방과학연구기관을 설립, 주로 레이더개발에 주력했으나. 진주만기습 이후에는 원자탄개발에도 본격적으로 나서게 된다. 미국에서는 우라늄 235 외에 자연에 보다 풍부하게 존재하고 있는 우라늄 238을 이용해서 만들 수 있는 또 다른 핵물질을 개발했다. 1940년 5월 버클리대학의 에드윈 맥밀런과 에이블슨은 우라늄보타 원자번호가 큰 원자번호 93의 넵튜늄을 발견했고, 이어서 1941년 2월 버클리의 젊은 화학자인 시보그는 세그레와 함께 여구하여 플루토늄을 발견했다. 더욱이 세그레와 시보그는 1941년 5월 느린 중성자에 의한 플루토늄의 단면적이 우라늄 235의 1.7배라는 사실을 계산해내었다. 이제 우라늄 238을 핵변환시켜 만들 수 있는 플루토늄도 원자폭탄제조가 가능하다는 것이 확인되면서, 핵무기제조의 가능성은 더욱 높아졌다.
2.2.맨하튼 프로젝트의 추진
과학연구개발처는 핵분열성 물질을 발견하고 제조하기 위한 건설 작업에 착수했다. 핵공장 건설 책임자는 미육군공병 그로브스대령이 장군 진급과 동시에 맡았다. 그로브스는 사업단 명칭을 맨해튼 관구 공병단이라고 붙였는데, 이는 순전히 사람들의 관심을 따돌리기 위한 연막이었다. 이후 원자폭탄 제조는 맨해튼 프로젝트라는 이름으로 극비리에 진행되었다. 그가 특수 임무책임을 맡은 지 얼마 지나지 않아 그의 개인통장에는 천문학적 금액이 입금되어 있었으며, 그는 매일 수백만 달러씩 지출하는 처지가 되었다. 그는 그가 발견할 수 있는 곳이면 어디에든지 현금으로 우라늄을 사들였다. 이런 편법의 재정 처리방식은 국회의원을 포함한 어느 누구도 극비사업을 알아차리지 못하도록 비밀을 유지하기 위해 취해진 조치였다. 한편 화학, 건설, 공학, 금속, 전기 등 각종 산업분야에서 30개 이상의 우량회사들이 맨하튼 프로젝트에 깊숙이 참여했다. 우선 시카고에서는 원자로를 이용, 우라늄 238로부터 플루토늄을 생산하는 것을 맡았다. 여기서는 1927년 노벨상을 받은 아서 컴프턴이 이끄는 금속연구소가 중심이 되어 페르미, 유진 위그너, 실라르드, 프랑크 등 많은 망명과학자들이 연구에 참가했다. 이 외에 미국의 거대한 화학회사인 듀퐁회사도 여에서 커다란 역할을 했다. 플루토늄은 매우 독성이 강하고 취급하기도 힘들었다. 또한 무기를 만들기 위해서는 짧은 시간내에 많은 양을 생산해야 한다. 듀퐁회사는 이런 문제를 해결하는데 있어서 자신들의 화학공업에서의 경험을 십분 발휘했다. 결국 1944년 말부터 미국 서부에 핸퍼드 생산용 원자로가 플루토늄을 대량생산하기 위해서 가동되기 시작하였다. 이렇게 참여한 민간사업체에 대해서는 극도의 보안조치가 취해졌다. 종업원들은 자기가 하고 있는 작업이 목적에 대해 전혀 아는 바 없이 일했다. 예를 들면 가스확산 여과자치 재료 처리작업에 고용된 여자들은 생리기간이 되면 다른 작업장으로 보내지는 이유를 알 수 없었다. 이는 생리 때 손에 더 많은 땀이 나와 땀 속의 유기물질이 재료 묻게 될 가능성을 방지하기 위한 조치였다. 이렇게, 1943년 봄 로스 앨라모스에서는 최종 원료인 플루토늄과 U-235를 생산하기 시작했다. 그곳에는 39세의 천재 물리학자 오펜하이머를 지휘자로 한 일단의 과학자들이 모여들어 본격적으로 폭탄 설계와 제조를 위한 연구를 벌였다. 애초에 이곳에서는 핵물질을 임계질량 이하의 두개로 나눈 다음 빠른 속도로 서로 충돌시켜 임계질량이 넘게 만들어 기폭시키는 소위 포격결합방법으로 원자탄을 제조하려고 했었다. 그러나 1944년 7월에 이르러 이 방법이 우라늄의 경우에는 가능하지만 플루토늄의 경우에는 이용할 수 없다는 것이 드러났다. 즉 플루토늄이 경우에는 어느 정도의 크기가 되면 중성자를 방출하면서 스스로 분열을 하게 되고, 이 때 만들어진 중성자들이 조기에 핵폭발을 일으켜서 폭탄이 불발될 가능성이 있다는 것이 알려진 것이다 . 만약 포격결합방식에서 소요되는 충돌시간이 비해서 이 자발적 핵분열에 걸리는 시간이 더 짧은 경우에는 핵폭탄이 불발될 위험성이 크다는 것이었다. 이렇든 1944년 말까지도 전반적인 차원에서 핵무기개발계획은 불확실했고 성공여부도 의심스러웠다 . 다행히 우라늄 235로 폭탄을 만드는 것에는 문제가 없었으나, 이 경우에는 활용가능한 우라늄 235의 양이 너무 적어 1945년 여름까지도 핵실험에 사용할 1개 밖에는 만들지 못할 상황이었다. 이런 위기상황이 닥치자 로스앨러모스에서는 포격결합 프로젝트를 즉각 포기하고, 과학기술자들을 총동원해서 빠른 시일내에 새로운 방법을 찾아내지 않으면 안되게 되었다. 이런 문제에 대한 해결책으로 젊은 물리학자인 네더마이어는 강력한 폭발물을 플루토늄 둘레에서 폭발시킴으로써 플루토늄을 순간적으로 압축되게 만들어 터지게 하는 소위 내파방법이라는 새로운 기폭방법을 발명, 이 발명이 가능하다는 것을 계산해내어 원자탄 제작에 적극 채택하게 된다. 이리하여 1945년 7월 16일 로스앨러모스 남쪽 약 320km 지점에, 육군 항공대 앨러머고도 폭격연습장이 실험장소로 선택되었다. 태양열에 의해 모든 것이 말라붙은 사막 한가운데 땅으로서, 초기 스페인 탐험가들이 그곳을 횡하면서 죽음의 여행이었다고 말한 것으로 알려진 곳이었다. 그곳에서의 실험은 성공이었다.
2.3.독일이 원자폭탄을 만드는 데 실패한 이유
독일에서도 1942년 당시 우라늄연구가 영국과 미국의 수준 이상으로 진행되었다. 그러나우라늄개발을 결정할 당시인 1942년 전쟁생황은 독일에게 유리했으며 따라서 독일지도부는 전쟁이 일찍 끝나리라고 생각했다. 이러한 판단에서 오랜 시간이 걸리고 많은 자원이 요구되는 원자탄개발 같은 계획을 추진할 필요성은 절실하지 않았다. 또 다른 요인으로는 하이젠베르크가 주도한 독일의 핵개발팀은 주로 이론물리학자들이 주도했기 때문에 우라늄의 연구를 실험실수준에서 곧바로 거대한 생산설비가 요구되는 산업적군사적 수준으로 발전시킬 배경이 부족했다는 것이다. 이것은 이론물리학자들뿐만이 아니라 실험물리학자, 화학자, 공학자, 그리고 거대한 설비의 건설경험이 많았던 산업가들이 함께 참가해서 성공할 수 있었던 미국과 비교해 볼 때 상당히 불리한 조건이었다. 원자탄개발이 미국에서 성공한 것은 단순히 원자탄의 원리를 아는 물리학자가 있었기 때문만은 아니었다. 그것은 미국에서 활용가능한 수많은 자원이 풍부하게 있었다는 물질적 조건, 대학에서는 이론분야와 실험분야가 비교적 같은 문제를 가지고 활동했고, 물리학자와 화학자들이 서로 같은 연구소에서 함께 활동했었다는 제도적인 측면, 과학자가 공학자들과 밀접하게 연결되어 있었다는 미국 과학의 실용주의적인 성격, 1차 세계대전 이후 정치가와 효과적으로 협력할 수 있었던 과학행정가들이 꾸준히 성장해 왔으며, 1930년대 이래 산업체와 정부기관내에 TVA계획을 비롯한 거대한 계획에 참가한 경험이 있었던 기획전문가들이 존재했었다는 역사적 조건과 같이 미국만이 지녔던 독특한 과학적산업적정치적 구조 속에서나 가능했던 것이다.
2.4.그 과정에서 드러난 특징은 무엇인가?-거대과학
1.)거대 과학의 출현 계기
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