과학기술의 양면성
과학하는 사람은 자신의 연구에 윤리적 책임을 져야 한다
김경태 지음 (포항공대 교수, 분자신경생리학, ktk@postech.ac.kr)
요즈음 북한의 핵무기 보유에 대해 논란이 있다. 미국 국방장관이 “북한은 핵무기를 보유하고 있다”고 발언을 하였고 “북한은 탄도 미사일 기술분야를 포함하여 전 세계에서 대량 살상 무기를 개발하여 확산시키는 최악의 나라”임을 강조하였다. 미국의 정보기관이나 주한 미국 대사도 “북한이 핵무기 2,3개를 개발할 수 있는 물질을 가지고 있는 것으로 알려져 있다”고 했다.
핵분열 연구의 역사
인류가 핵 에너지를 본격적으로 이용할 수 있게 된 계기는, 1932년 영국 캠브리지 대학의 제임스 채드윅이 중성자를 발견하면서부터라고 할 수 있다. 중성자가 발견되고 다음 해인 1933년에 졸리오 퀴리 부부는 알루미늄과 같은 가벼운 원자들에게 알파 입자를 쏘면 양전자가 발생한다는 것을 발견하였고 질소, 규소, 인의 동위원소에 해당하는 인공 방사성 동위원소를 얻는데 성공했다. 졸리오 퀴리 부부는 새로운 방사성 원소를 합성한 공로로 노벨 화학상을 수상하였다. 이를 본 이탈리아의 페르미 연구팀은 1934년에 고 에너지 알파 입자 대신에 중성자를 사용하여 원소를 변환시켜 인공 방사성 물질을 만드는데 성공을 하였다. 이 연구 결과로 페르미도 역시 1938년에 노벨상을 수상하게 된다. 그리고 당시 독일 베를린에 있는 카이저 빌헬름 화학 연구소의 오토 한과 슈트라스만은 페르미 연구팀과 비슷하게 중성자를 이용하여 우라늄을 변환시키는 실험을 수행하였다. 그러다가 우라늄이 중성자의 충돌에 의해 약간만 질량이 작아지는 것이 아니라 완전히 두 쪽이 나서 바륨과 크립톤으로 분열되면서 2-3개의 중성자를 다시 방출하고 이 중성자들이 다른 우라늄에 충돌함으로써 연쇄적인 핵분열을 일으킬 수 있다는 사실을 1938년 말에 확인함으로써 우라늄 핵분열의 메커니즘을 밝혔다. 오토 한은 핵분열의 메커니즘을 밝힌 공로로 1945년에 노벨상을 수상하게 된다. 우라늄이 작은 조각으로 쪼개질 때 쪼개진 원자들의 질량의 합은 원래 우라늄의 질량보다 약간 감소하는 데, 아인슈타인이 밝힌 에너지와 질량의 등가 공식에 의해 핵분열로 인해 감소한 질량이 에너지로 변하는 것이다.
한 개의 우라늄 원자핵이 중성자에 의해 분열하면 폭탄의 재료로 쓰이는 TNT보다 약 6백6십6만 배의 에너지를 낸다. 그래서 핵분열이 일어날 때 질량 결손이 일어나고 이러한 반응이 연쇄적으로 빨리 일어나게 되면 질량 결손에 따른 막대한 에너지가 발생하여 엄청난 폭발력을 가지게 되는 것이다. 그러나 자연 상태에서는 핵분열이 일어나지 않는다. 핵분열의 연쇄반응은 우라늄의 희귀한 동위원소인 우라늄235에서만 가능하고 이것은 천연 우라늄 금속의 0.7%밖에 존재하지 않기 때문이다. 그리고 우라늄 금속의 대부분을 차지하고 있는 우라늄238은 중성자를 흡수할 뿐만 아니라 핵분열을 일으키지도 않는다. 그러므로 연쇄반응이 불가능해 지는 것이다.
따라서 핵분열을 일으키기 위해서는 우라늄235를 농축해야 된다. 우라늄235가 20% 이상일 경우 고농축 우라늄이라 하는데, 핵무기를 만들려면 우라늄235가 90% 이상이어야 한다. 따라서 우라늄235의 비율을 증가시키기 위해서는 특별한 농축장치가 필요하고, 그 방법으로 원심 분리법이 널리 이용되고 있다. 작은 핵무기의 제조를 위해서는 약 50kg의 우라늄235가 필요하다고 한다.
제2차 세계대전 중인 1940년 미국에서는 원자폭탄 제조임무가 미 육군에게 부여되었고 이를 '맨하탄 프로젝트'라고 한다. 1945년 6월 16일 맨하탄 프로젝트팀은 뉴 멕시코주에서 원자폭탄 폭발시험을 처음으로 성공시켰고, 그 해 8월 6일 일본의 히로시마에, 그리고 3일 후에는 나가사키에 원자폭탄을 투하함으로써 일본의 항복을 받아내어 2차 세계대전이 종식되었다. 원자 핵분열의 원리를 이용하여 처음 만들어진 것이 불행하게도 원자폭탄이었지만, 이 기술을 선용하면 우리의 삶에 유용하게 활용할 수 있다.
우라늄235의 핵분열을 일으키는 중성자의 속력을 제어해서 느리게 하면 핵분열 반응이 서서히 일어나도록 할 수 있다. 중성자의 속력을 늦추는 물질을 감속제라고 하는데, 흑연이나 중수를 사용하고 있다. 그리고 핵분열 시 나오는 중성자의 수를 조절하여 반응을 서서히 일어나게 할 수도 있는데, 카드늄이나 붕소 등은 중성자를 잘 흡수하므로 이들을 이용하면 반응속도를 적절히 조절할 수가 있다. 그래서 핵분열의 연쇄 반응을 서서히 일어나게 하면서 나오는 에너지를 활용하도록 고안된 것이 바로 원자로이다.
현대의 인류 생활에 있어 원자력은 에너지원으로 매우 중요한 부분을 차지하고 있는데, 우리나라만 하더라도 발전량의 약 40%를 원자력 발전소에 의존하고 있다.
핵분열의 원리에서 보듯이 과학적 탐구를 통해 자연계의 새로운 원리나 현상을 발견하여 과학 기술이 발달하게 되는데, 과학 기술 그 자체는 선한 것도 악한 것도 아니다. 과학적인 원리나 사실, 새롭게 개발된 기술을 대하는 사람의 태도가 어떠냐에 따라 우리에게 선한 영향을 줄 수도 있고 심각한 재앙을 가져 올 수도 있다.
하나님께서 우주 만물을 창조하실 때에는 만물의 작용원리를 먼저 만드시고, 그 원리에 따라 물질을 만드시고, 물질간의 운행을 정하셨다. 과학자는 이를 탐구함으로 자연계에 있는 원리를 이해하고 밝혀나가는 것이다. 이러한 작업은 하나님의 창조 원리를 밝혀 나가는 숭고한 일이라 볼 수 있고, 창조의 신비한 비밀을 밝힘으로써 하나님의 손길과 임재를 느낄 수 있는 일이라 생각된다. 그러나 새로운 과학적 발견에 대해 하나님의 존재하심과 위대하심을 인정치 않고 단순히 지적 호기심의 충족만을 위해서 연구가 이루어지면 무서운 결과가 올 수 있다. 처음부터 악한 생각으로 기존의 과학 기술을 이용할 가능성도 있지만, 자신이 미처 깨닫지 못하는 사이에 자신이 진행시킨 연구로 인해 나쁜 결과를 초래할 수도 있다.
과학을 하는 사람은 자신이 수행하는 연구의 결과로 인해 발생하는 영향에 대해 예측하고 이에 대해 윤리적 책임을 지녀야 한다. 과학 기술은 동전의 양면과 같이 선하게도 쓸 수 있고, 악하게 활용될 수 있는 성격을 가졌다. 우리가 과학 기술을 어떻게 활용하느냐에 따라 그 결과가 엄청나게 달라질 수 있다. 과학 기술에 대한 우리 그리스도인의 태도는 오묘하게 법칙과 질서를 세우신 하나님을 찬양하며 밝혀진 과학적 원리가 선하게 사용될 수 있도록 파수꾼 노릇을 해야 한다. 그리고 혹 악한 시도가 있을 경우, 많은 사람들에게 그 해악을 공적으로 알려서 사회적인 대처가 이루어질 수 있도록 해야 한다.
우리가 살고 있는 이 땅에도 핵무기 개발이라는 위험한 프로젝트가 속히 중단되고 남북한이 평화적으로 공존하면서 서로 부족한 부분을 채워주는 선린의 관계가 되기를 원한다. 그리고 무엇보다도 하루 속히 통일 한국이 되어 핵무기의 개발이 필요 없는 세상이 되고, 주님의 사랑이 북한에도 마음껏 전해질 수 있기를 간절히 기도해 본다.
