[문화뉴스 MHN 권성준기자] 1909년 영국의 물리학자 어니스트 러더퍼드(Ernest Rutherford, 1871~1937)가 알파 입자 산란 실험을 통해 원자는 원자핵과 전자로 이루어졌음을 알아내었다.

이어 1919년 러더퍼드는 계속된 연구를 통해 양성자의 존재를 발견하였으며 이 양성자가 원자핵을 이루고 있음을 알아냈다. 하지만 이 발견에는 한 가지 문제가 있었다.

양성자의 개수는 원자의 원자 번호와 같아야 한다. 그래야 양성자랑 같은 숫자의 전자가 존재할 수 있는데 문제는 실제 원자들 간의 질량 비율인 원자량 계산하였을 때 원자 번호와 원자량이 일치하지 않았다. 심지어 많은 원자들이 원자 번호보다 2배 이상 무겁게 측정되었다.

이에 러더퍼드는 전하를 띠지 않는 어떤 입자가 양성자와 함께 원자핵을 이루고 있어야 한다고 주장하였다. 이는 1932년 영국의 물리학자 제임스 채드윅(James Chadwick, 1891~1974)에 의해 발견되었으며 중성자라는 이름이 붙었다.

채드윅이 중성자를 발견하게 된 계기는 퀴리 부부의 딸인 이렌 졸리오 퀴리(Irene Joliot Curie, 1897~1956)와 남편인 프레데릭 졸리오 퀴리(Frederic Joliot Curie, 1900~1958)의 무겁고 이상한 방사선에 대한 연구결과이다.

이렌 졸리오 퀴리와 프레데릭 졸리오 퀴리는 이 무겁고 이상한 방사선을 감마선의 일종이라 해석하였지만 채드윅은 중성자일 것이라 주장하였고 1932년에 그의 주장이 맞음을 입증하였다.

이 공로를 인정받아 채드윅은 1935년 노벨 물리학상을 받았으며 이렌 졸리오 퀴리, 프레데릭 졸리오 퀴리 부부는 방사선 연구에 대한 공로를 인정받아 같은 해 노벨 화학상을 수상하였다.

중성자는 질량이 전자와 거의 같으나 전하를 띄지 않는 입자이며 원자핵에서는 양성자가 전기적인 반발력으로 흩어지지 못하게 강력으로 원자핵을 유지시키는 역할을 하고 있다.

원자에서 양성자의 수는 원자의 종류를 결정하는 반면 중성자의 개수는 같은 원소라도 물리적으로 다른 성질을 가지는 동위 원소를 결정한다.

중성자는 양성자보다 약 0.1% 정도 더 무거운데 실제로 중성자는 전자와 전자 중성미자를 방출하고 양성자로 변하는 '베타 붕괴'를 일으킬 수 있으며 반대로 양성자가 전자를 포획하여 중성자가 될 수도 있다.

중성자는 주로 핵분열을 일으키는데 사용된다. 중성자를 우라늄이나 플루토늄 같은 무거운 원자에 방사하면 원자핵이 쪼개지면서 핵분열 과정이 일어난다. 실제로 원자력 발전이나 원자 폭탄의 경우 중성자를 조절하여 핵분열을 원하는 방법으로 사용하는 경우라 할 수 있다.

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[MHN 과학] 원자의 비밀을 풀어라, 1935년 노벨 물리학상 - 중성자

제임스 채드윅, 이렌 졸리오 퀴리, 프레데릭 졸리오 퀴리의 연구 결과를 통해 발견
중성자, 동위 원소를 결정하며 핵분열 과정에 사용