[1935 노벨화학상] 이렌 졸리오-퀴리 & 프레데릭 졸리오 : 어머니의 빛을 이어받아 '인공 방사능'을 창조하다

 

 

☢️ 연금술의 완성, 인간이 원소를 굽다

 

1930년대 초반까지 과학자들은 방사능(Radioactivity)을 '자연의 선물' 이라고만 생각했습니다. 우라늄이나 라듐처럼 땅속에서 캔 특별한 원소들만이 스스로 빛과 에너지를 낸다고 믿었죠. 인간은 그저 그것을 발견하고 정제할 뿐, 건드릴 수는 없는 신의 영역이었습니다.

그런데 여기, 신의 영역에 도전한 겁 없는 부부가 있었습니다.

"자연이 주지 않는다면, 우리가 직접 만들면 되지 않을까?" "평범한 알루미늄이나 붕소를 방사능 물질로 바꿀 수는 없을까?"

이들은 실험실에서 원자에 입자를 쏘아대는 과격한 요리(?)를 시작했습니다. 그리고 마침내, 평범했던 물질들이 에너지를 내뿜으며 전혀 다른 물질로 변하는 기적을 목격합니다.

오늘 소개할 1935년 노벨 화학상 수상자는 과학 역사상 가장 위대한 가문의 후예들입니다.

마리 퀴리의 딸이자 그녀의 총명함을 물려받은 이렌 졸리오-퀴리(Irène Joliot-Curie). 그리고 마리 퀴리의 조수에서 사위가 되어, 아내와 함께 완벽한 파트너십을 이룬 프레데릭 졸리오(Frédéric Joliot).

부모님(피에르 & 마리)에 이어 2대째 부부 노벨상 수상이라는 전무후무한 기록을 세우며, '인공 방사능(Artificial Radioactivity)' 의 시대를 연 그들의 찬란하고도 슬픈 이야기를 시작합니다.

 

📜 라듐 연구소의 로맨스 : 마리 퀴리의 딸과 조수

 

이렌 퀴리는 어릴 때부터 남달랐습니다. 어머니 마리 퀴리는 바쁜 연구 중에도 딸에게 수학과 물리학을 직접 가르쳤고, 이렌은 전장에서 엑스선 트럭을 운전하며 어머니를 도울 정도로 강인하게 자랐습니다.

그녀가 파리 라듐 연구소에서 일할 때, 한 명랑하고 잘생긴 청년이 조수로 들어옵니다. 그의 이름은 프레데릭 졸리오였습니다. 내성적이고 진지한 이렌과, 활달하고 사교적인 프레데릭. 정반대인 두 사람은 과학이라는 공통분모로 급격히 가까워졌고, 1926년 결혼에 골인합니다.

프레데릭은 위대한 장모님과 아내의 성을 따서 자신의 성을 '졸리오-퀴리' 로 바꿨습니다. 그들은 피에르와 마리가 그랬던 것처럼, 연구실에서 한 몸처럼 움직이며 미지의 입자를 쫓기 시작했습니다.

하지만 초기에는 불운의 연속이었습니다. 그들은 중성자를 발견할 뻔했으나 놓쳤고(채드윅에게 뺏김), 양전자를 발견할 뻔했으나 놓쳤습니다(앤더슨에게 뺏김). 학계에서는 "퀴리 부인의 후광만 입은 2류 과학자들"이라는 비아냥까지 들려왔습니다.

하지만 그들은 포기하지 않았습니다. 그들에게는 어머니가 남겨준 가장 강력한 무기, '폴로늄(Polonium)' 이 있었습니다.

 

🧐 알루미늄에 알파선을 쏘다

 

1934년 1월, 부부는 폴로늄에서 나오는 강력한 '알파 입자(헬륨 핵)' 를 알루미늄 박판에 쏘는 실험을 하고 있었습니다.

그들은 알루미늄이 알파 입자를 맞고 튀어나오는 입자들을 측정했습니다. 그런데 알파 입자 발생 장치를 껐는데도, 알루미늄에서 여전히 무언가가 계속 튀어나오고 있었습니다.

"장비가 고장 났나? 소스를 치웠는데 왜 계수기가 계속 울리지?"

보통의 실험이라면 방사선원을 치우면 반응도 즉시 멈춰야 합니다. 하지만 알루미늄은 마치 자신이 방사성 물질이 된 것처럼 계속해서 방사선을 내뿜고 있었습니다.

그들은 이 현상을 정밀 분석했습니다. 알루미늄(Al) 원자핵이 알파 입자를 흡수해서, 불안정한 '방사성 인(Phosphorus-30)' 으로 변해버린 것이었습니다! 이 '인'은 자연계에는 존재하지 않는 새로운 물질이었고, 스스로 붕괴하며 양전자를 내뿜고 있었습니다.

"우리가 해냈다! 평범한 알루미늄을 방사능을 가진 인으로 변환시켰다. 이것은 자연이 만든 것이 아니라, 인간이 만든 '인공 방사능'이다!"

그들은 알루미늄뿐만 아니라 붕소, 마그네슘도 쏘아서 각각 방사성 질소, 방사성 규소 등으로 변환시키는 데 성공했습니다. 중세 연금술사들이 그토록 꿈꾸던 '원소 변환'을, 현대 과학의 힘으로 완벽하게 제어 가능한 형태로 실현한 것입니다.

 

⚡️ 의학의 혁명 : 몸속을 탐험하는 빛

 

이렌과 프레데릭의 발견은 즉시 전 세계를 뒤흔들었습니다. 이전까지 방사성 물질(라듐 등)은 구하기도 힘들고 너무 비싸서 의학적 활용에 한계가 있었습니다.

하지만 이제 과학자들은 원자로(Cyclotron)만 있으면 값싼 물질을 방사성 물질로 뚝딱 만들 수 있게 되었습니다. 이것이 왜 중요할까요?

바로 '방사성 추적자(Radioactive Tracer)' 때문입니다. 예를 들어, 갑상선이 요오드를 얼마나 흡수하는지 보고 싶다면? 인공적으로 만든 '방사성 요오드'를 환자에게 마시게 합니다. 이 요오드는 갑상선으로 모여서 빛(방사선)을 내므로, 밖에서 카메라로 찍으면 갑상선의 기능과 모양을 훤히 들여다볼 수 있습니다.

오늘날 우리가 병원에서 받는 PET-CT 검사, 갑상선 암 치료, 뼈 스캔 등 수많은 핵의학 검사가 모두 졸리오-퀴리 부부의 '인공 방사능' 덕분에 가능해진 것입니다.

 

🏆 노벨상 : 어머니의 마지막 기쁨

 

1935년, 스웨덴 왕립과학원은 이렌 졸리오-퀴리와 프레데릭 졸리오에게 노벨 화학상을 수여합니다. 수상 이유는 "새로운 방사성 원소의 합성" 이었습니다.

마리 퀴리는 딸 부부가 노벨상을 받기 1년 전인 1934년에 세상을 떠났습니다. 하지만 그녀는 죽기 직전, 딸이 가져온 '인공 방사능' 논문을 읽고 몹시 기뻐했습니다. 손가락이 화상을 입어 굳어버린 상태였지만, 딸이 만든 빛나는 시험관을 보며 "내 딸과 사위가 해냈구나"라며 행복해했다고 합니다.

이로써 퀴리 가문은 [마리, 피에르, 이렌, 프레데릭] 까지 4명의 노벨상 수상자를 배출하며 과학사에서 가장 위대한 가문으로 등극했습니다. (마리의 둘째 딸 이브 퀴리의 남편 헨리 라부아스도 훗날 노벨 평화상을 받아 총 5명이 됩니다.)

 

📚 TMI : 영광 뒤의 그림자

 

1. 방사능의 대가

어머니가 그랬듯이, 딸 이렌 역시 방사능 연구의 대가를 치러야 했습니다. 그녀는 평생 방사선에 노출된 탓에 백혈병에 걸렸고, 1956년 58세의 나이로 세상을 떠났습니다. 남편 프레데릭 역시 간 질환으로 2년 뒤 아내를 따라갔습니다. 그들은 인류에게 생명의 빛을 선물하고, 자신들은 그 빛에 타들어 갔습니다.

2. 핵분열의 문턱에서

이렌은 1938년, 우라늄에 중성자를 쏘는 실험을 통해 이상한 물질을 발견했습니다. 그녀는 이것이 무엇인지 정확히 해석하지 못했지만, 그녀의 논문을 본 독일의 오토 한(1944년 수상자)이 힌트를 얻어 '핵분열' 을 발견하게 됩니다. 만약 이렌이 조금만 더 깊이 파고들었다면, 핵분열의 발견자이자 노벨상 2관왕이 되었을지도 모릅니다.

3. 레지스탕스 과학자

프레데릭 졸리오는 2차 대전 당시 나치 독일에 맞서 레지스탕스 활동을 했습니다. 그는 연구실에 있는 중수(Heavy water)와 우라늄을 나치에게 뺏기지 않기 위해 영국으로 빼돌리는 첩보 작전을 수행하기도 했습니다. 그는 과학자이자 뜨거운 애국자였습니다.

 

🌏 맺음말 : 두 번째 퀴리 부부의 유산

 

이렌과 프레데릭 졸리오-퀴리는 부모의 후광에 안주하지 않고, 자신들만의 길을 개척했습니다.

그들이 만든 '인공 방사능' 은 자연에 없던 물질을 창조하여 질병을 진단하고 치료하는 새로운 눈을 인류에게 달아주었습니다.

어두운 실험실에서 부부가 머리를 맞대고 만들어낸 그 작은 불빛이, 오늘날 수만 명의 암 환자를 살리는 희망의 빛이 되어 비추고 있습니다.