청소년을 위한 교양 물리학: 핵물리학

루미너리북스 교육출판 에디팅 팀 지음

루미너리북스 2025년 06월 21일 출간

작품소개

책소개

20세기 초 러더퍼드가 금박 실험을 통해 원자 중심에 작고 무거운 핵을 발견한 순간부터 핵물리학의 놀라운 여정이 시작되었다. 베크렐이 우라늄 염으로 사진 건판을 우연히 감광시키며 발견한 방사능은 원자핵에서 나오는 에너지라는 사실이 밝혀졌고, 퀴리 부부는 라듐을 분리하며 방사능 연구의 초석을 마련했다. 양성자와 중성자라는 핵자들이 전기력을 뛰어넘는 강력한 핵력으로 결합되어 있으며, 아인슈타인의 질량-에너지 등가 공식이 핵물리학에 혁명적 변화를 가져왔다. 알파선, 베타선, 감마선의 정체가 밝혀지고 반감기라는 개념이 등장하면서, 원자핵 내부의 신비로운 세계가 점차 그 모습을 드러내기 시작했다.

1938년 하안과 슈트라스만이 우라늄 핵분열을 발견한 것은 인류 역사를 바꿔놓았다. 맨하탄 프로젝트를 통해 원자폭탄이 만들어져 히로시마와 나가사키에 투하되었고, 핵무기의 파괴력은 세상에 충격을 주었다. 하지만 아이젠하이머의 평화를 위한 원자력 연설과 함께 원자력 발전이 시작되어 인류는 핵에너지를 평화적으로 활용하는 길을 찾았다. 한편 태양이 수십억 년간 빛날 수 있는 이유인 핵융합의 원리가 밝혀졌고, 수소폭탄이라는 더욱 강력한 무기와 함께 깨끗한 핵융합 에너지 개발을 위한 연구가 계속되고 있다. 토카막과 ITER 프로젝트를 통해 지구에서도 태양과 같은 핵융합 반응을 실현하려는 노력이 이어지고 있다.

방사선은 우리 일상생활 곳곳에서 유용하게 활용되고 있다. 병원에서는 테크네튬99m을 이용한 뼈 스캔과 PET 검사로 질병을 정확히 진단하고, 감마나이프와 사이버나이프로 암을 정밀하게 치료한다. 갑상선암 환자는 방사성 요오드로 표적 치료를 받으며, 식품은 방사선 조사로 살균 처리되어 보존 기간이 늘어난다. 산업 현장에서는 방사선 투과검사로 용접 부위를 검사하고, 연기 감지기와 정전기 제거기에도 방사성 동위원소가 사용된다. 하지만 방사선은 인체에 해로운 영향을 미칠 수 있어 시간, 거리, 차폐라는 방사선 방어 3원칙을 지켜야 하며, 가이거 계수기와 개인선량계 등으로 방사선량을 측정하고 관리한다.

현대 핵물리학은 입자가속기를 통해 새로운 원소를 합성하고 우주의 비밀을 탐구하고 있다. CERN의 대형 강입자 충돌기에서 힉스 입자를 발견했고, 초신성 폭발과 중성자별 충돌에서 금과 백금 같은 무거운 원소들이 만들어진다는 사실을 밝혀냈다. 마법수라 불리는 특별한 핵자 개수를 가진 원자핵들의 안정성과 핵구조 모형 연구가 계속되고 있으며, 핵천체물리학을 통해 빅뱅 이후 원소들이 어떻게 만들어졌는지 이해하게 되었다. 미래에는 핵융합 발전 상용화와 장수명 핵종 소멸 기술, 초중원소 합성 연구를 통해 핵물리학이 인류에게 새로운 가능성을 열어줄 것으로 기대된다.

목차

1. 원자의 발견과 핵의 존재
2. 핵을 구성하는 입자들의 정체
3. 핵력이라는 신비한 힘의 비밀
4. 핵의 결합에너지와 질량의 마법
5. 방사능 발견과 베크렐의 우연한 발견
6. 알파선, 베타선, 감마선의 정체
7. 방사성 붕괴와 반감기의 법칙
8. 핵분열의 발견과 우라늄의 분열
9. 원자폭탄과 맨하탄 프로젝트
10. 평화로운 원자력 에너지의 탄생
11. 태양이 빛나는 이유, 핵융합
12. 인공 핵융합과 수소폭탄의 원리
13. 방사선과 우리 몸의 만남
14. 방사선 검출기의 원리와 종류
15. 핵의학과 방사선 치료의 기적
16. 방사성 동위원소의 산업적 활용
17. 원자로의 종류와 핵연료 순환
18. 우주방사선과 지구 자기장의 보호막
19. 핵변환과 원소 합성의 신세계
20. 중성자와 원자로 물리학
21. 핵폐기물과 방사능 오염 문제
22. 입자가속기와 핵물리 연구
23. 핵구조 모형과 마법수의 비밀
24. 핵천체물리학과 원소의 기원
25. 핵물리학의 미래와 새로운 도전

인물정보

저자(글) 루미너리북스 교육출판 에디팅 팀

루미너리북스 교육 출판 에디팅 팀은 전문 교육 콘텐츠 기획자와 편집자들로 구성되어, 학생들의 눈높이에 맞춘 양질의 교육 도서를 제작하는 데 전념하고 있다. 각 분야별 전문가들과의 긴밀한 협업을 통해 정확하고 이해하기 쉬운 교육 콘텐츠를 개발하며, 특히 고등학생을 위한 대학 과목 선행학습 시리즈와 같은 혁신적인 교육 도서를 기획하고 있다.