January 20,2020

연금술의 비밀 풀릴까

금 원소합성 원자핵 생성

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베일에 싸여 있는 금의 원소합성 과정에 중요한 역할을 하는 것으로 알려진 원자핵이 실험실에서 최초로 만들어졌다.

서울대는 물리천문학부 최선호 교수팀이 크세논과 백금을 충돌시켜 둘 사이의 여러 핵자가 이동하는 반응을 통해 중성자 개수가 126인 원자핵을 생성하고 이 단면적을 최초로 측정했다고 10일 밝혔다.

서울대 물리천문학부 최선호 교수. ⓒ 서울대

서울대 물리천문학부 최선호 교수. ⓒ 서울대

금과 백금 등을 포함해 아직 자연계에 존재하는 원소의 3분의 2는 그 생성원리가 제대로 밝혀지지 않은 상태다.

다만 과학자들은 우주에서 중성자수가 126인 불안정한 중성자 과잉핵(양성자 개수에 비해 특정범위를 넘어 중성자가 더 많은 원자핵)들이 차례로 붕괴하는 과정에서 금이나 백금 등이 만들어졌다고 추측할 뿐이다.

때문에 과학계에서는 이 이론을 증명하기 위해 우선 중성자수가 126인 원자핵을 만들려고 노력해왔으나 그 동안 성공하지 못했다.

연구팀은 핵자당 800만 전자볼트로 가속시킨 크세논 원자핵을 백금의 원자핵에 충돌시켜 두개의 원자핵 사이에 다핵자이동반응(두 원자핵 사이 양성자 또는 중성자를 옮기는 반응)을 일으켰다.

이 결과 중성자 개수가 126인 중성자 과잉핵이 대량으로 만들어졌다.

연구팀이 고분해능의 ‘VAMOS++ 스펙트로메타’(원자핵 반응의 성질을 조사하는 장치)를 사용해 핵의 단면적을 측정한 결과 종래의 이론 예측보다 최대 10배 정도 더 컸다.

연구팀은 실험 결과로 얻은 중성자 개수가 126인 중성자 과잉핵 분석을 통해 금이 생성되는 기원의 연구가 촉진될 것으로 내다보고 있다.

연구팀은 “이 연구를 토대로 앞으로 중성자 개수가 126인 중성자 과잉핵의 수명과 질량을 측정함으로써 금이나 백금의 기원이 되는 천체현상을 찾아내는 연구에 새로운 진전이 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.

연구는 일본, 프랑스, 이탈리아의 대학·연구소와 공동으로 진행됐으며, 실험 장비로는 프랑스 GANIL국립 연구소의 중이온가속기를 사용했다.

이 연구 결과는 물리학 분야 국제 학술지인 ‘피지컬 리뷰레터스’(Physical Review Letters) 10월 23일 자에 실렸다.

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