핵무기 전파를 감시하기 위한 새로운 방법이 과학자들에 의해 개발됐습니다. 이들 과학자들은 핵 폭발물 제조에 이용되는 중수를 감지할 수 있는 작은 기구를 선보였는데, 이 기구는 생물학전쟁의 매개체와 질병을 탐지하는 역할도 할 수 있습니다.
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물을 점검해 이웃국가가 핵무기를 만들고 있는지 여부를 알 수 있는 방안이 개발됐습니다.
북한과 이란이 핵무기를 개발하고 있는 가운데 서방국가들은 핵기술 전파를 우려하고 있습니다. 미국 국립 로스 알라모스연구소의 윌리엄 프리도스키 연구원은 핵무기에 사용되는 폭발성이 있는 우라늄이나 플루토늄 감지 방법을 개발했다고 말합니다.
프리도스키씨는 고농축 우라늄과 플루토늄을 핵무기 제조의 두 가지 잠재적 요소로 꼽으면서, 플루토늄이나 농축 우라늄 생산을 감지할 수 있는 다양한 기술을 개발하고 있다고 말합니다.
은닉이 쉬운 이들 물질을 찾아내는 일에 못지 않게 중요한 것이 중수입니다. 중수는 우라늄을 핵무기 제조용 플루토늄으로 전환하는데 사용됩니다.
프리도스키씨는 핵 관련 이외의 일로 중수를 쓰는 사례는 별로 없다면서 중수를 탐지한다면 이는 흥미있는 단서가 될 수 있다고 지적합니다.
중수는 일반 물이 두 개의 수소원자를 갖고 있는 것과는 달리 각 분자가 두 개의 중수소 원자로 이뤄져 있기 때문에 무겁습니다. 중수소는 수소보다 2배 무겁습니다. 중수소 원자에는 수소에는 없는 중성자가 있기 때문입니다.
중수는 자연 속에서 흔한 것이 아니기 때문에 감지가 어렵습니다. 그러나 캘리포니아 공과대학의 과학자인 케리 바할라씨는 동료들과 함께 중수를 찾아낼 수 있는 새로운 방법을 개발했습니다. 이들은 물과 같은 물질의 구성에서 보여지는 미묘한 차이를 측정하는 기술을 찾아내 미국 광학회에서 발행하는 잡지인 <옵틱스 레터스>에 이에 대해 기고했습니다.
바할라씨는 아주 작은 도넛 모양의 탐지기가 소리굽쇠의 역할을 한다면서, 울림의 변화를 측정함으로써 이 감지지가 무엇이 떨어졌는지를 알아낼 수 있다고 말합니다.
바할라씨는 각각의 도넛들은 울림과 관련해 특유의 톤이 있고 그 톤의 정밀도는 아주 높기 때문에 미분자 처럼 아주 작은 것이 그 위에 떨어져도 그 톤의 변화를 충분히 감지해 낼 수 있다고 말합니다. 가령 한 특별한 도넛이 울리는 표면에 미분자가 떨어질 경우 소리주파수의 변화를 이용해 표면에 무엇인가 떨어졌는지 여부를 알 수 있다고 설명합니다.
바할라씨와 그의 동료들은 미 국방부의 자금지원으로 이 기구를 좀더 정교하게 만드는 작업을 하고 있으며 현재 사용가능한 다른 기구들 보다 30배 가량 더 정교합니다. 바할라씨는 이 기구는 일반 물에 섞여 있는 극소량의 중수도 탐지할 정도로 정교하다고 말합니다.
바할라씨는 통상적인 식수 속에 자연적으로 존재하는 중수는 대략 1만 개 분자에 한 개 정도라고 말합니다. 바할라씨는 탐지기는 현 상태로도 자연상태의 물 속에 있는 중수의 정상적인 양으로 부터 비정상적인 변화를 감지할 만큼 정교하다고 설명합니다.
바할라씨의 동료인 안드레아 아마니씨는 중수 탐지는 이 기구의 여러 용도 중 하나일 뿐이라고 말합니다.
아마니씨는 중수 탐지는 애초 일반 물과 중수 속에서 탐지기가 어떻게 작동하는지 관찰하기 위한 계획의 일환이었다면서 이 탐지기가 주어진 환경에 강하게 반응한다는 점이 큰 힘이라고 말합니다. 아마니씨는 이 탐지기는 주변 환경을 매우 정밀하게 밝혀낼 수 있다고 덧붙입니다.
바할라씨는 이같은 환경에는 생물학적 요소도 포함되며, 이 기술은 물 이외에 질병이나 생물학 전쟁의 매개체 및 다른 위협상황에서 찾을 수 있는 미분자를 탐지하도록 그 작동을 바꿀 수도 있다고 말합니다.
바할라씨는 이 탐지기는 다른 많은 일에도 적용될 수 있다면서 현재 정부의 연구지원은 생체분자에 집중돼 있다고 말합니다.
바할라씨는 자신의 연구팀이 개발 중인 탐지기가 앞으로 훨씬 더 그 역할이 개선돼 단일 분자를 감지할 수 있을 것으로 보고 있습니다.
(영문)
Researchers have developed a new way to monitor the spread of nuclear weapons. They have demonstrated a tiny device that detects the heavy water used to produce nuclear explosives. As VOA's Frank Ling reports, the
instrument could also detect biological warfare agents and disease.
How do you tell if your neighbor is building a nuclear bomb? Check his water. The West is worried about the spread of nuclear technology with North Korea and Iran developing nuclear programs.
U.S. scientist at Los Alamos National Laboratory, William Priedhorsky, says that the government is finding ways to detect the explosive uranium or plutonium used in these weapons.
"Those are the two potential components of a bomb: highly enriched uranium or plutonium. We are working on a wide range of technologies to try to detect either the production of plutonium or the enrichment of uranium because these are the two vulnerable paths that could be detected."
Besides looking for these materials, which can be easily concealed, other clues are equally important. One is heavy water. It is used to transform uranium into plutonium, the explosive used in bombs.
"There are not many folks who would use heavy water for anything non-nuclear, so if you see heavy water at all, that would be an interesting clue."
Heavy water is heavy because each molecule has two deuterium atoms instead of the two hydrogen atoms found in regular water, and deuterium is twice as heavy as hydrogen. That is because deuterium atoms have a neutron that hydrogen lacks.
Heavy water is hard to detect because it is not common in nature, but California Institute of Technology researchers Kerry Vahala and colleague have a new approach for finding it.
Their technique measures subtle differences in the composition of compounds such as water. They describe the sensor in the journal "Optics Letters."
Vahala says it is a very small donut-like detector that acts like a tuning fork. By measuring changes in its ring, the device is able to determine what has landed on it.
"Each of these little donuts has its characteristic tone that it rings at, and the purity of the tone is so high that it is actually possible to perceptibly detect a change in the tone when even something as small as a molecule lands on the surface of the donut. You imagine one particular donut is ringing away and along comes a molecule that lands on the surface, we can use the change in the ringing frequency to actually know whether something has landed on the surface or not."
With funding from the U.S. military, Vahala's team is working to make the device more sensitive. It is now 30 times more sensitive than others on the market. He says it is sensitive enough to detect very minuscule amounts of heavy water in regular water.
"The numbers are around one molecule, so one heavy water molecule in 10-thousand. That actually represents a number that is right around the level you would find for the natural abundance of heavy water in normal drinking water. So it is already very sensitive as it is, certainly sensitive enough to see abnormal or variations from the normal abundance levels of heavy water in natural water."
Vahala's research partner, Andrea Armani, says the detection of heavy water is only one of the instrument's many applications.
"The heavy water detection came about as initially a project we did to characterize the sensor and its behavior in water and heavy water. The true power is that it reacts strongly to the environment that it is in. To a very high precision, it is able to determine what the environment is."
Vahala says these environments include biological compounds. In addition to water, the technique can be modified to sense molecules found in diseases, biological warfare agents, and other threatening situations.
"There are large number of applications . The work we are being funded to explore is really targeted on biomolecules.
Vahala believes that with further development, their instrument could be improved dramatically to sense single molecules.