오토 로베르트 프리슈

3. 독일에서의 연구 활동 (1927-1933)

1926년 대학에서 박사 학위를 취득하고, 독일의 무명 연구소에서 몇 년 동안 일한 후, 베를린의 물리학 기술 협회에서 일자리를 제안받았다. 이 경위는 불분명하지만, 프리슈 본인은 후에 박사 논문을 지도받았던 카를 프리지브람의 추천에 의한 것이라고 추정하고 있다^[24]。 베를린 시대에는 광학 부문에 속해 새로운 밝기 단위 개발에 매달렸다^[22]。 한편, 베를린 대학교의 콜로키움에도 참가했으며, 베를린 시대 마지막 해에는 실험 조수를 맡았다. 베를린에서는 숙모 리제 마이트너 근처에 살면서 함께 피아노 듀엣을 하거나 콘서트에 가기도 했다^[25]。

1930년, 함부르크로 이주하여 노벨상 수상자인 오토 슈테른 밑에서 일자리를 얻었다. 여기에서 결정 표면을 이용한 원자 회절에 관해 이전에는 없었던 성과를 냈다. 또한, 양성자의 자기 모멘트가 예상되었던 값보다 크다는 것을 증명했다^[26]。

4. 영국과 덴마크에서의 망명 생활 (1933-1939)

1933년 아돌프 히틀러가 독일 총리에 취임하자 오토 로베르트 프리슈는 런던으로 이주하기로 결정했고, 런던 대학의 버크벡 칼리지에서 물리학자 패트릭 메이너드 스튜어트 블랙켓과 함께 안개 상자 기술 및 인공 방사능에 대한 연구를 수행했다.^[46] 이후 코펜하겐에서 닐스 보어와 함께 5년간 근무하면서 특히 중성자 물리학을 중심으로 핵물리학을 전문적으로 연구했다.

1938년 크리스마스 휴가 동안 그는 쿵엘브에 있는 이모 리제 마이트너를 방문했다. 그곳에서 마이트너는 베를린의 오토 한과 프리츠 슈트라스만이 중성자와 우라늄 핵의 충돌로 바륨 원소가 생성된다는 사실을 발견했다는 소식을 들었다. 오토 한은 마이트너에게 보낸 편지에서 이 새로운 반응을 우라늄 핵의 '폭발'이라고 불렀다. 프리슈와 마이트너는 우라늄 핵이 둘로 갈라졌다는 가설을 세우고 그 과정을 설명했으며, 방출되는 에너지를 추정했다. 프리슈는 이 현상을 설명하기 위해 생물학의 세포 분열에서 착안한 핵분열이라는 용어를 만들었다.^[47][48]

나치 시대의 정치적 제약으로 인해 한과 슈트라스만의 팀과 프리슈와 마이트너(두 사람 모두 유태인이었다)의 팀은 따로 논문을 출판해야 했다. 한의 논문은 실험과 바륨 부산물의 발견에 대해 설명했다.^[49] 마이트너와 프리슈의 논문은 현상 뒤에 있는 물리학을 설명했다.^[50]

프리슈는 코펜하겐으로 돌아가 핵분열 반응에 의해 생성된 조각을 신속하게 분리할 수 있었다.^[51] 프리슈 자신이 나중에 회상했듯이, 핵분열의 직접적인 실험적 증명에 대한 근본적인 아이디어는 조지 플라체크에 의해 제안되었다.^[52][53]

1939년 중반, 프리슈는 버밍엄으로 짧은 여행을 떠났으나, 제2차 세계 대전의 발발로 인해 덴마크로 돌아갈 수 없게 되었다.

5. 핵분열의 발견과 이론적 설명 (1938-1939)

1938년 크리스마스 휴가 동안, 오토 프리슈는 쿵엘브에 있는 고모 리제 마이트너를 방문했다. 그곳에서 마이트너는 베를린의 오토 한과 프리츠 슈트라스만이 중성자와 우라늄 핵의 충돌 실험에서 부산물 중 하나로 바륨 원소를 발견했다는 소식을 들었다. 오토 한은 이 새로운 반응을 우라늄 핵의 '폭발'이라고 표현했다. 프리슈와 마이트너는 우라늄 핵이 둘로 갈라졌다는 가설을 세우고 그 과정을 설명했으며, 방출되는 에너지를 추정했다. 프리슈는 이 현상을 설명하기 위해 생물학의 세포 분열에서 착안한 핵분열이라는 용어를 처음으로 사용했다.^[47][48]

나치 시대의 정치적 제약으로 인해, 유대인이었던 프리슈와 마이트너는 한 및 슈트라스만과 함께 논문을 발표할 수 없었다. 따라서 한과 슈트라스만의 팀, 프리슈와 마이트너의 팀은 각각 আলাদা 논문을 발표해야 했다. 한의 논문은 실험과 바륨 부산물의 발견을 다루었고,^[49] 마이트너와 프리슈의 논문은 이 현상의 물리학적 배경을 설명했다.^[50]

프리슈는 코펜하겐으로 돌아가 핵분열 반응으로 생성된 조각들을 빠르게 분리하는 데 성공했다.^[51] 핵분열의 직접적인 실험적 증명에 대한 아이디어는 조지 플라체크가 제안한 것이었다.^[52][53] 많은 사람들은 마이트너와 프리슈가 핵분열을 이해하는 데 기여한 공로로 노벨상을 받을 자격이 있다고 생각한다.^[54]

1939년 중반, 프리슈는 버밍엄으로 짧은 여행을 떠났지만, 제2차 세계 대전의 발발로 인해 귀국이 불가능해졌다. 전쟁을 염두에 두고, 프리슈는 물리학자 루돌프 파이얼스와 함께 버밍엄 대학교에서 프리슈-파이얼스 비망록을 작성했다. 이 문서는 원자 폭발이 발생할 수 있는 과정을 설명한 최초의 문서였다. 그들의 과정은 분리된 우라늄-235를 사용하며, 이는 상당히 작은 임계 질량을 필요로 하고, 기존의 폭발물을 사용하여 임계점에 도달하여 매우 강력한 폭발을 일으킬 수 있도록 설계되었다. 비망록에서는 초기 폭발에서 낙진에 이르기까지 그러한 폭발의 영향을 예측했다. 이 비망록은 원자 장치( 튜브 합금 프로젝트)를 구축하는 영국 작업의 기초였으며, 프리슈가 영국 대표단의 일원으로 일했던 맨해튼 계획의 기초이기도 했다. 프리슈와 루돌프 파이얼스는 1939~40년 버밍엄 대학교의 물리학과에서 함께 일했다.^[55]

6. 제2차 세계 대전과 맨해튼 계획 (1939-1945)

1939년 중반, 프리슈는 버밍엄으로 짧은 여행을 떠났지만, 제2차 세계 대전의 발발로 인해 덴마크로 돌아갈 수 없게 되었다. 전쟁을 염두에 두고, 그는 물리학자 루돌프 파이얼스와 함께 버밍엄 대학교에서 프리슈-파이얼스 각서를 작성했는데, 이는 원자 폭발이 어떻게 일어날 수 있는지를 설명한 최초의 문서였다. 이들은 분리된 우라늄-235를 사용하는 방법을 고안했는데, 이는 비교적 작은 임계 질량을 필요로 했고, 재래식 폭발물을 사용하여 임계 상태에 도달시켜 매우 강력한 폭발을 일으킬 수 있었다. 이 각서는 폭발의 초기 단계부터 방사성 낙진에 이르기까지 폭발의 영향을 예측했다. 이 각서는 튜브 합금 프로젝트로 알려진 영국의 원자 폭탄 개발 노력과, 프리슈가 영국의 맨해튼 프로젝트 기여의 일환으로 참여한 맨해튼 계획의 기초가 되었다. 프리슈와 루돌프 파이얼스는 1939년부터 1940년까지 버밍엄 대학교 물리학과에서 함께 연구했다.^[55] 그는 1943년 급히 영국 시민권을 획득하고 미국으로 건너갔다.

1944년 로스앨러모스에서 프리슈는 임계 조립 그룹의 리더로서 핵 연쇄 반응을 유지할 수 있는 임계 질량을 생성하는 데 필요한 농축 우라늄의 정확한 양을 결정하는 임무를 맡았다.^[56] 그는 농축 우라늄 수소화물의 3cm 막대를 수십 개씩 쌓아 올리면서 임계 질량에 접근함에 따라 증가하는 중성자 활동을 측정하는 방식으로 이 임무를 수행했다. 금속 막대 내의 수소는 반응을 가속화하는 데 필요한 시간을 늘렸다.

어느 날, 프리슈는 "레이디 고디바 조립체"라고 부르는 실험 장치 위로 몸을 기울이다가 제어 불가능한 반응을 일으킬 뻔했다.^[57] 그의 몸이 중성자를 반사시켜 다시 실험 장치로 돌려보냈기 때문이다. 그는 중성자가 방출될 때 간헐적으로 깜박이는 붉은 램프가 계속 켜져 있는 것을 곁눈으로 보았다.^[57] 무슨 일이 일어나고 있는지 깨달은 프리슈는 재빨리 손으로 막대를 흩어 버렸다. 나중에 그는 방사선량이 "상당히 무해하다"고 계산했지만, "물체를 치우는데 2초의 지연이 있었다면... 그 양은 치명적이었을 것"이라고 말했다.^[57] "막대기 더미를 치우는데 걸린 2초 동안에 이미 그는 당시의 넉넉한 기준으로도 하루동안 허용되는 중성자 방사선량을 받았다."^[58] 이러한 실험을 통해 그는 히로시마에 투하된 리틀 보이 폭탄을 발사하는 데 필요한 우라늄의 정확한 질량을 결정했다.

그는 또한 더 큰 고정 질량의 우라늄에 있는 구멍을 통해 우라늄 슬러그를 떨어뜨려 순식간에 임계 질량의 바로 위 (0.1%)에 도달하는 "용의 꼬리" 또는 "단두대" 실험을 설계했다.^[59] 실험을 승인하기 위한 회의에서 리처드 파인만은 관련된 일시적인 위험에 대해 언급하면서 "마치 잠자는 용의 꼬리를 간지럽히는 것과 같다"고 말했다. 약 3밀리초 동안 온도는 초당 2000°C의 속도로 상승했고 10¹⁵ 개를 초과하는 중성자가 방출되었다.^[60]

7. 전후 활동과 케임브리지 대학교 교수 재직 (1946-1972)

8. 은퇴와 죽음 (1972-1979)

그는 1972년에 대학교 규정에 따라 직위에서 물러났으며^[61] 1979년 9월 22일에 사망했다.^[46][21][5]

9. 주요 업적

프리슈는 리제 마이트너와 함께 핵분열 현상을 이론적으로 설명했다. 이때 원자핵이 "분열"(fission) 한다는 표현을 처음 사용했는데, 이는 생물의 세포 분열이라는 용어를 바탕으로 한 것이다.^[33] 나치 독일 정권 하에서 유대인이었던 프리슈와 마이트너는 오토 한과 공동 저작으로 논문을 발표할 수 없어, 따로 발표하는 형식이 되었다.

오토 한과 프리츠 슈트라스만의 논문은 바륨의 발견이라는 실험 결과를 언급한 것이고^[34], 마이트너와 프리슈의 논문은 이 현상의 배경에 대해 물리적으로 설명하고 있다.^[35]

더욱이 프리슈는 조지 플라체크의 제안에 따라^[36][37] 핵분열로 생성된 물질을 분리하는 실험을 실시하여 성공했다.^[38][39]

또한, 영국 시대에 프리슈는 원자 폭탄에 필요한 우라늄의 양을 처음으로 계산했다. 통상의 우라늄-238이 아닌, 우라늄-235를 사용함으로써 원자 폭탄이 가능하게 된다는 것은 이미 닐스 보어가 지적했지만, 핵폭발을 일으키기에는 연쇄 반응의 속도가 늦어, 실제로 원자 폭탄을 제조하는 것은 불가능하다고 생각되었다. 프리슈 자신도 그 의견에 동의하여, 동일한 내용의 논문을 발표했다.^[40] 그러나 만약을 위해 계산해 본 결과, 지금까지 자신이 예상했던 것보다 훨씬 적은 임계량으로 핵폭발이 가능하다는 것, 그리고 그 폭발은 매우 강력한 것이 된다는 것이 밝혀졌다. 이로부터 프리슈는 원자 폭탄이 실현 가능하다는 것을 알게 된 최초의 인물로 여겨진다.^[41]

10. 저서

참조

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