하프늄폭탄은 언제 개발되나요?

하프늄 폭탄(Hafnium bomb)

하프늄이란? 하프늄(Hf)은 원자번호 72의 원소로 주기율표 4족에 속해있다.

방사능 잔류가 없기 때문에 핵무기로는 분류하기가 어렵습니다.
다만 핵폭탄이나 수소폭탄에 비하면 파괴력은 약간 떨어지는 것으로 .NPT의 규제를 받지 않는다는 점에서 요즘 새롭게 각광받는 신종전략무기입니다
파괴력때문에 기존의 핵무기 보유국가들은 별다른 필요성을 느끼지는 못하고있으며

NPT규제 를받지 않아 핵무기 미보유국들이  개발을 할려고 계획중입니다 그러나 이물질은  미국에서만 나오는것이므로  구하기가 어렵다고 합니다

미국은 이를 핵연료 대안 연료로 사용중이며 안전성문제로 발전시설에 각광을 받고있다 합니다

위력은

6g정도이면 옛 남산 에있는  호텔 건물 하나정도는 폭파할 정도의 강력한 신세대 물질 '하프늄'입니다.
즉 하프늄 6g이면 TNT폭약 389 kg의 효력을 낼수 있다고 합니다.

특성은 지르코늄과 비슷하다고 하는데, 지르코늄 안에서 2~3% 정도 함유되어 있으며
미국 매사추세츠 주 록포트에서 만 생산되는물질입니다

하프늄은  원자로 내에서 핵분열을 빨리하는 걸 막는 "감속재"로 사용되고있으며

그러나  폭발을 하게 되면 엄청난 에너지가 발생한다고 합니다.

하프늄의 특성을 이용해서 만든 화약이 하프늄 화약이라고 합니다
미사일 + 하프늄 화약 = 핵 미사일보다는 못해도  상대에게 큰 타격은 줄 수 있겠죠.

위력별 순서로 따져 보면,

반물질 폭탄( 1g만으로 리틀보이의 2.7개의 효력을 냅니다. 행성파괴용)>코발트탄 > 수소폭탄 > 원자폭탄 > 하프늄탄 정도 입니다

최근 미국은 대륙간 탄도탄 연료로 사용하고있습니다

위력면에서 핵보다 약하므로 폭탄으로사용되기보다는  감속재 연료 등으로 사용하고있습니다

왠만하면 위의 답변으로 충분할거 같아서 가만히 있었는데... 아무래도 첨언이 더 필요할듯 하네요

하프늄 폭탄은 정말로 가능할까.

더 강력한 무기에 대한 열망은 인류 역사를 통해 끊임없이 추구 되어왔다. 이제는 원자폭탄과 수소폭탄을 넘어서는 또 다른 형태의 무기에 대한 연구와 개발이 진행 중이다. 그 중에는 이성질핵(異性質核, isomer)을 이용한 폭탄이 있다. 이에 대한 연구는 많은 사람들에 의해 <국민의 세금으로 충당되는 연구비가 잘못된 방향으로 집행되는 대표적 예>로 또는 <또 하나의 커다란 사기극>으로까지 거론되지만 <새로운 에너지원>으로 이를 환영하는 사람들도 있다. 과거의 기사 중 새로운 핵폭탄 혹은 핵연료의 대안으로 제시되어온 하프늄에 관한 기사를 보자.

<신종 폭탄 ‘하프늄 화약’ 터지나> 2004년 4월 22일 중앙일보 (기사 보기)

<미군, 하프늄 활용한 신개념의 초소형 핵무기 개발중> 2003년 8월 15일 뉴시스 (기사보기)

<이라크전 준비하는 미 첨단무인항공기> 2003년 2월 23일 경향신문 (기사보기)

이 기사들은 당시 퍼져 있었던 하프늄 폭탄에 대한 기대와 가능성을 보여주고 있다. 과연 하프늄 폭탄은 무엇이고 그 이용은 가능한가? 현재 그 가능성은 어느 정도 일까?

하프늄이란? 하프늄(Hf)은 원자번호 72의 원소로 주기율표 4족에 속해있다. 이 원소는 보어에 의해 그 존재가 예언 되었으며 1923년 코스터와 폰 헤베시에 의해 덴마크의 코펜하겐에서 발견되었고 코펜하겐의 라틴이름인 하프니아 (Hafnia)를 따서 하프늄(Hafnium)으로 이름 지어 졌다. 하프늄은 주로 텅스텐 합금의 형태로 전극이나 필라멘트에 쓰이거나 핵발전소의 제어봉으로 쓰인다. 하프늄은 녹는점이 아주 높아 섭씨 2233도 이며 다른 원소와의 화합물의 형태로는 녹는점이 섭씨 3310도에 이르러 지금까지 알려진 물질 중 가장 높은 녹는점을 갖는다. 미국 펜타곤의 Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA)는 하프늄의 이성질핵인 Hf-178-m2의 연구를 지원하여왔다.

<0 라운드>

핵의 동위원소(isotope)란 같은 수의 양성자를 갖지만 중성자의 수가 다른 핵을 말한다. (예: 우라늄-235는 우라늄-238의 동위원소이다.) 이성질핵(isomer)이란 동위원소와 달리 같은 수의 양성자뿐 아니라 같은 수의 중성자를 갖지만 스핀이 다른 상태, 즉 들떠 있는 상태를 말한다. 논란은 바로 이 이성질핵의 이용이 가능한가라는 문제에 있다. 지금까지 수 백 종류의 이성질핵이 발견되었지만 대부분은 감마선을 방출하여 가장 낮은 에너지 상태로  빠르게 붕괴한다. 그 붕괴 시간은 보통 10의 14제곱분의 1초 정도다. 따라서 대부분은 자연 상태로는 존재하지 않고  (가속기)실험실에서만 순간적으로 만들어졌다 사라진다. 하지만 몇 종류는 여러 가지 이유로 그 붕괴가 지연되어 준안정적인 상태를 갖는다. 아주 긴 수명을 갖는 경우에는 극소량이라도 자연 상태로 존재할 수 있다.

준안정적인 이성질핵 중에서는 바닥상태보다 상당히 높은 에너지를 갖는 것도 있다. 이 경우에는 붕괴할 때 나오는 감마선의 에너지 또한 크다. 하프늄의 이성질핵인 Hf-178-m2가 바로 그 경우다. (m2는 두 번째 이성질핵이라는 뜻이다.) 이것의 반감기는 31 년이며 가장 낮은 에너지를 갖는 보통의 하프늄 핵으로 붕괴하면서 2.45 MeV (MeV = 100만 eV, 에너지의 단위) 의 에너지를 갖는 감마선을 방출한다. 사람들은 하프늄의 이런 성질에 주목한다.

방사성 핵에서 많은 에너지를 얻을 수 있다는 것은 잘 알려져 있다. 핵폭탄이나 핵발전소에서 바로 그 방법을 쓰고 있다. 그러나 에너지가 저장되어 있다 해도 그것을 방출시키는 방법이 없으면, 즉 뇌관이 없다면, 아무 소용이 없다. 핵분열의 경우에는 바로 중성자에 의한 연쇄 반응이 뇌관의 역할을 한다. 하지만 이성질핵의 경우는 연쇄반응의 방아쇠를 당기는 방법 (isomer triggering)을 아직까지는 모르고 있다. 실제로 탄탈룸-180의 이성질핵에 감마선을 쏘아 그 붕괴를 유도할 수 있다는 것은 1988년 텍사스 대학의 칼 콜린스 그룹에 의해 알려 졌다. (이 사람은 현재 논란이 되고 있는 하프늄 사건의 중심에 있다.) 그러나 이 경우 붕괴를 위해 필요한 에너지가 나오는 에너지보다 더 많고 따라서 이 방법은 학문적 의미 외의 실용성이 없다. (탄탈룸-180m의 붕괴에 대한 실험도 처음에는 논란에 휘말렸으나 11년 후인 1999년에 독일 그룹에 의해 재확인 되었다.)

하지만 만약 이성질핵의 이용이 가능하다면 이는 엄청난 후폭풍을 가져올 수 있다. 예를 들어 이성질핵에 저장되어 있는 에너지는 단위 질량으로 따지면 재래식 화학 반응에 의한 폭탄보다 훨씬 강하므로 훨씬 더 파괴적인 무기를 만들 수 있다. 하프늄의 이성질핵은 2.5 MeV의 에너지를 저장하고 있지만 다이너마이트의 경우 이용되는 에너지는 1 eV 정도다. 따라서 비록 핵폭탄의 위력보다는 떨어지지만 그 파괴력은 엄청나다. 골프공 정도의 이성질핵 폭탄은 폭탄 10톤에 맞먹을 수 있다고 주장된다. 또 이성질핵의 이용 가능성을 주장하는 이들은 소형화할 수 있다는 장점을 강조 한다. 따라서 원칙적으로는 폭탄 수백 톤 이상의 위력을 갖는 핵 수류탄도 가능할지 모른다. 더 중요한 점은 이성질핵 무기는 핵 비확산 조약의 적용을 받지 않는다. 즉 새로운 형태의 가공할 무기가 기존의 국제적, 사회적 제약 없이 개발될 수 있다는 이야기다. 미국 국방부를 비롯한 강대국들과 무기업자들뿐 아니라 핵무기를 보유하지 못한 나라들도 이에 큰 관심을 가지리라는 것 또한 쉽게 예상할 수 있다. 그 강력한 폭탄을 자동차에 싣고 자살 폭탄 테러를 하는 것은 미국이 가장 두려워하는 시나리오일 것이다. Defence Technologies Information Center에 따르면 이성질핵은 무기의 혁명을 일으킬 잠재력을 가지고 있다. 

또한 이것은 에너지의 저장 기술에도 큰 혁명을 가져올 수 있다. 이성질핵에 저장된 에너지를 조금씩 꺼내 쓸 수 있다면 수십일 또는 수개월 동안 착륙 한번 하지 않고 재급유도 없이 날아다니는 첩보 비행기를 만들 수 있을 것이다. 또한 간편하고 재충전이 가능한 핵 건전지도 가능할 수 있다. 그렇지만 이는 아직까지는 이루어 지지 못한 꿈이었다. 이성질핵을 (좋은 방법이건 나쁜 방법이건) 원칙적으로 이용할 수는 있을까? 이를 위해서는 연쇄반응의 뇌관 역할을 하는 이성질핵 격발(isomer triggering)이 반드시 필요하다. 이것이 허황된 망상일까? 원자폭탄의 경우도 처음에는 망상으로 치부한 사람도 많이 있었다는 걸 생각하면 간단히 웃어넘길 수는 없을 것이다. 이에 관한 연구가 그 동안 실제로 이루어져 왔다.

이성질핵에 대한 관심은 냉전 시기부터 꾸준히 있어왔다고 한다. 1980년대 레이건 행정부 시절 소위 스타워즈 계획이 입안되었을 때 이성질핵 격발을 이용해 강력한 레이저를 만들고 이를 이용해 날아오는 미사일을 격추시키는 연구도 진행되었다. 달라스 소재 텍사스 대학의 교수이자 이성질핵 연구의 전문가인 칼 콜린스도 이 지원을 받아 연구에 참여했다. 그러나 그 이후 스타워즈 계획은 폐기 된다. 1988년 탄탈룸-180의 이성질핵 붕괴가 실용적이지 못함이 알려지고 나서 일부는 다른 이성질핵을 이용할 가능성을 찾기 시작했고 1995년 NATO가 지원하는 워크샾에서 프랑스-러시아 연합 연구팀이 하프늄-178의 이성질핵이 그 적임자라고 발표하기에 이른다. (이 팀에 콜린스도 들어 있었다.) 그 연구 결과는 논문으로 발표되지 않았다. 그 이유는 그 결과가 너무 민감해서 해당 국가의 정부 기관에서 출판을 불허했기 때문이라는 말도 있다. 따라서 검증 또한 제대로 이루어지지 않았다.

<1 라운드> 

하프늄에 관한 최근의 논란은 1999년 1월 칼 콜린스가 이끄는 그룹에 의해 <<피지컬 리뷰 레터스>>에 실린 논문에서 출발한다. 이 논문의 제1저자는 콜린스이며 그가 이끄는 달라스 소재 텍사스 대학 외에 러시아의 두브나 핵물리 연구소, 루마니아의 물리학 및 핵공학 연구소, 우크라이나의 핵연구소, 미국의 영스타운 주립 대, SRS Tech., 미 공군 연구소, 미국 샌디아 국립 연구소의 연구원등 총 13명이 저자로 참여하였다. 이 논문의 실험은 달라스에서 이루어졌다. 연구팀은 미국 로스 알라모스 국립 연구소로부터 하프늄의 이성질핵 Hf-178-m2의 샘플을 받았다. 그 샘플을 스티로폼 컵에 올려놓고 이것에 10 keV (1 keV는 1000 eV)의 X선을 쏘았다. 이를 위해 보통 치과에서 흔히 사용하는 X선 장치를 1500달러에 구입하고 중고 오디오 장치의 앰프를 증폭기로 이용했다. (이 조잡하고 엉성한 실험 장치는 나중에 반대파들에 의해 비웃음거리가 된다.) 그 후 복잡한 분석 과정을 통해 이성질핵의 붕괴로부터 나오는 감마선을 관측했다고 보고했다. 이성질핵 격발이 가능함을 보인 것이다. 그것도 아주 간단한 장치를 이용해서. 이로써 이성질핵의 이용을 <믿는 자>들은 환호했다. 판도라의 상자가 드디어 열렸는가?

그러나 이 논문에 대한 핵물리학계의 반응은 냉랭했다. 대부분은 그 결과에 회의적 이었다. 일부는 그 실험 결과보다 그런 논문이 그토록 저명한 학술지에 실렸다는 것에 더 놀랐다. 무엇이 문제일까? 그 실험의 결과를 기존의 핵물리학 지식으로는 도저히 설명할 수 없었기 때문이다. 이 격발로 생기는 감마선의 생성률이 논문의 보고에 따르면 기존의 이론이 제시하는 값보다 100만 배나 더 컸다. 어느 정도의 오차를 감안해도 이는 도저히 설명 될 수 없는 큰 간격이다. 물론 텍사스 대학 그룹 또한 이에 대한 명확한 해결을 내 놓지 못했다. 또한 실험 데이터가 가지고 있는 노이즈가 매우 커서 확실한 결론을 내리기 힘들었다. 이 논문이 출판된 이후 세 편의 반론이 2000년 3월 <<피지컬 리뷰 레터스>>의 "코멘트"란을 통해 즉각 제기 됐다. (첫 번째 반론은 1999년 2월에, 두 번째와 세 번째 반론은 1999년 3월에 <<피지컬 리뷰 레터스>>에 전달됐다. 그에 대한 콜린스 그룹의 답변은 1999년 6월에 전달 됐다.) 콜린스와 논문을 같이 쓰기도 했던 (그러나 1999년 논문의 저자는 아닌) 루마니아의 물리학 및 핵공학 연구소의 연구원들, 미국의 로렌스 리버모어 국립 연구소의 연구원들, 독일 담쉬타트의 핵물리 연구소 (GSI) 소속의 연구원들은 코멘트를 통해 그 논문의 결과에 의문을 제시 하였으나 논문의 오류를 완벽히 입증할 수는 없었다. 어떤 논문 특히 실험의 결과가 우리가 모르고 있는 완전히 새로운 지식을 암시할 수도 있다는 가정은 항상 존재한다. 가능성은 두 가지다. 논문의 실험이 틀렸거나 기존 이론이 틀린 것이다. 이런 경우 과학자들은 보수적인 입장을 취한다. 즉, 다른 그룹에 의한 독립적인 재현 실험과 검증이 충분히 이루어지기 전까지 대부분은 기존 이론의 손을 들어 준다. 검증이 필요했다.

하지만 이 논문의 결과가 갖고 있는 중요성과 저명한 저널에 출판되었다는 사실은 <믿는 자>들을 만족시키기에 충분했다. 그 결과 학계에서 이 문제가 충분히 토의되고 해결되기 전에 펜타곤의 영역으로 넘어가고 미 공군에서 이 연구를 본격적으로 지원하기로 결정한다. <믿는 자>들은 "I believe in isomers"라는 배지를 달기 시작했다. 펜타곤의 무기 통제 및 군축 위원회 (Arms Control and Disarmament Agency)가 이 문제를 맡았다. 당시 이 위원회의 수석 과학자인 피터 짐머만은 저명한 핵물리학자로 이성질핵의 이용에 대해 강한 회의를 갖고 있었고 실현 불가능하다고 생각했다. 하지만 그 혼자 이 계획에 대한 결정을 내릴 수 없었고 저명한 원로 과학자들로 이루어진 DARPA 소속의 자문 위원회인 제이슨(JASON)에게 자문을 의뢰한다. (JASON은 그리스 신화의 주인공 이아손의 이름을 땄다고 한다. 이 위원회는 정부 관리들에게 과학적 자문을 해 미국 정부의 정책 결정에 큰 영향을 미친다고 한다.) 짐머만은 제이슨에게 이성질핵 연구를 할 가치가 있는지 질문했다.

“아주 특이한 주장에는 아주 특별한 증명이 필요하다.” (Extraordinary claims demand extraordinary proof.) 제이슨의 멤버로는 캘리포니아 공과대학의 핵물리학자 쿠닌, 스탠포드 대학의 드렐 (Drell), 프린스턴 대학의 하퍼 (Happer), IBM의 가윈 (Garwin)등이 있다. 텍사스 그룹의 논문을 검토하고 저자 중 2명을 불러 면담한 후 위원회는 "실험이 부실하게 기술되어 있다"고 결론지었다. 따라서 그 실험 결과를 받아들이기 어렵고 그 실험은 잘해야 “결론을 내릴 수 없는 것”이기 때문에 위원회는 싱크론트론 광자 장치 (synchrotron light source)에서 재현 실험을 통해 최종 결론을 내릴 것을 권고했다. 또한 제이슨은 논문의 가치 외에도 격발에 성공한다고 해도 무기로서의 이성질핵 이용이 부적절하다고 답했다. 하프늄-178의 이성질핵은 아주 강한 방사능 물질이다. 이를 다루는 사람을 보호하기 위해서는 방사능 차폐 장치를 해야 하는데 하프늄 이성질핵의 강한 방사능 때문에 아주 강력한 차폐막이 필요하다. 따라서 그런 차폐 장치 때문에 소형 폭탄으로 만들기 어렵다. 또한 격발에 성공한다고 해도 폭탄속의 하프늄을 모두 연소 시킬 수 없다. 결과적으로 아주 강한 방사능 물질을 공중에 뿌리는 셈이 된다. 그래서 반대파들은 이성질핵 폭탄을 '더러운 폭탄의 어머니'로 불렀다. 하프늄 폭탄은 새로운 형태의 벙커 버스터로 주목 받았다. 거기에서 나오는 강력한 감마선은 벙커를 통과해서 벙커 내의 생물체를 모두 녹여 버릴 수 있다. 하지만 이 모든 것은 하프늄 격발과 그 이용이 가능해야 생각할 수 있다. 제이슨의 결론은 "불가능"이었고 그걸로 이 문제는 마무리된 것처럼 보였다. (사실 제이슨은 이 문제가 불거지기 전인 1997년 보고서에서 이미 하프늄의 이성질핵을 이용한 폭탄 계획이 부적절함을 지적한 바 있다.)

<2 라운드>

무기로서의 가능성이나 응용의 가치는 없다고 해도 콜린스의 1999년 논문은 학술적인 의미는 가지고 있을 수 있다. 따라서 이에 대한 학계의 검증 작업이 진행됐다. 이 실험은 미국 아르곤 국립 연구소와 로스 알라모스 국립 연구소 그리고 로렌스 리버모어 국립 연구소의 연구원들에 의해 아르곤 연구소의 Advanced Photon Source (APS)에서 이루어 졌다.  APS는 커다란 축구 경기장 규모의 장치이고 여기에서 나오는 X 선은 콜린스가 사용했던 X 선보다 훨씬 더 강하다. 따라서 콜린스의 논문이 옳다면 그가 보았던 것보다 더 큰 시그널을 보아야만 한다. 하지만 아르곤의 APS 실험이 이루어지기 전에 콜린스는 <<피지컬 리뷰 C>>에 실린 후속 연구 논문에서 공명을 유도하기위한 X 선의 에너지가 20 keV 이하여야 된다고 주장했다. 따라서 APS의 실험 장치가 20 keV 이하의 효과를 차단하기 때문에 APS의 실험에서는 자신이 발견한 현상을 관찰하지 못할 것이라고 예측 하였다. 2001년 APS 실험그룹은 결과를 <<피지컬 리뷰 레터스>>에 실린 논문으로 보고했다. 콜린스의 예측은 훌륭했다. APS의 결과는 "nothing" 이었다. 아무런 시그널도 찾을 수 없었다.

따라서 APS의 실험이 틀리지 않았다면 가능성은 또다시 두 가지가 된다. 애초 콜린스의 실험이 틀렸거나 아니면 콜린스의 주장대로 그 효과가 APS 실험에서는 차단됐을 수도 있다. 두 번째 가능성을 검증하기위해 APS는 콜린스의 주장을 고려하여 실험 장치를 바꾸고 2002년에 재 실험을 하여 그 결과를 <<피지컬 리뷰 C>>에 실린 논문으로 보고 했다. 결과는 역시 아무 시그널도 볼 수 없었고 이는 핵물리학의 표준 이론과 잘 부합했다. 이에 대해 콜린스는 새로 디자인된 APS의 샘플이 하프늄의 이성질핵을 너무 적게 포함하고 있기 때문이라고 APS의 논문을 "두 번째로 출판된 실패작"이라며 인정하지 않았다. 누가 옳을까? 학계의 주류는 APS 실험의 손을 들어 주었다. 이 후 <<피지컬 리뷰 레터스>>와 <<피지컬 리뷰>> 시리즈를 출판하는 미국 물리학회는 하프늄에 관한 콜린스의 논문을 더 이상 받아 주지 않았다.

그 사이, 콜린스는 실험 장소를 텍사스 대학 달라스 캠퍼스의 Center for Quantum Electronics에서 일본 오사카 근처의 거대한 싱크로트론 광자 장치인 SPring-8 으로 옮겼다. APS에서 사용하는 강도 높고 광대역을 커버하는 X 선 대신 SPring-8은 강도는 떨어지나 좁은 영역의 X 선을 제공한다. 2002년 초, 콜린스의 그룹은 이 실험에서 하프늄 핵에서 나오는 감마선을 재확인하였다고 유럽의 저널인 <<유로 피직스 레터스>>를 통해 보고하였다. 그리고 그 반응 기작으로 NEET (Nuclear Excitation by Electronic Transition)를 제시한다. 이 이론은 기존의 지식과 배치되지 않으면서도 콜린스 그룹의 발견을 뒷받침해 줄 수 있는 길을 여는 듯 했다. 그러나 모스크바 주립대학의 한 이론학자가 2003년 <<피지컬 리뷰 C>>에 발표한 논문에 의해 NEET를 인정해도 그 반응이 콜린스의 결과를 설명하기에는 효과가 수백, 수천 배 약하다는 것이 지적되었다. 콜린스의 논문이 제2의 상온 핵융합 사건이 될 수 있다는 서한을 받고 이를 검토한 후 <<유로 피직스 레터스>> 또한 콜린스의 논문을 더 이상 실어 주지 않았다. 서방의 주류 물리학 저널에서 밀린 콜린스는 이후 러시아의 저널인 <<레이저 피직스>>에 논문을 낸다.

<3 라운드>

그 사이 펜타곤에서는 제이슨의 자문에도 불구하고 하프늄 폭탄에 대한 지원을 다시 검토하게 된다. 2001년 911의 효과로 하프늄 폭탄이 '테러 단체'나 '불량국가'의 손에 떨어지는 것에 대한 두려움과 벙커를 파괴하고 생화학 무기를 녹여 버릴 수 있는 무기에 대한 열망 때문이었다. 이번에는 펜타곤 내부의 IDA (Institute for Defense Analyses)가 이 일을 맡았다. IDA는 수 백 페이지의 서류를 검토하며 방대한 조사를 하였다. 그 결과 이성질핵에 대한 연구는 계속 돼야 한다고 결론지었지만 무기로서의 이용에는 회의적이었다. 더구나 IDA는 콜린스의 1999년 논문이 “조작” 되었으며 논문 심사를 통과하지 못했어야 했다고 결론 내렸다. 또한 IDA는 1999년의 논문이 텍사스 그룹의 분열을 가져왔다고 했다. 가장 치명적인 점은 콜린스의 박사과정 학생이었고 1999년 논문의 저자에도 포함되었던 미국 오하이오 주의 영스타운 주립 대학의 교수인 캐롤의 변신이었다. 그는 1999년 논문 발표이후 하프늄에 관한 실험을 다른 그룹과 계속하였고 콜린스가 발견했다고 주장한 현상을 새로운 실험에서 확인할 수 없었다고 발표했다. 이제 사건은 논문의 실험이 올바로 진행되었는지 그리고 그 해석이 옳은가 하는 과학적 문제를 떠나 논문 조작의 사건으로 발전 하였다. 그러나 조작에 대한 세밀한 조사로 이어지지 않았고 두 사람 모두 결별 이유를 밝히지는 않았다. IDA의 이 보고서 이후 펜타곤의 담당자는 이 과제를 종료시키고 이성질핵의 연구를 다시 순수 학문의 분야로 돌려보내기로 결정했다. <믿지 않는 자>들의 또 다른 승리였다.

<4 라운드>

제이슨과 IDA 보고서 그리고 두 편의 APS 논문들로 인해 상황은 종료되었다고 생각 됐다. 그러나 2002년, 상황은 다시 급변했다. 2002년 DARPA는 새로운 프로그램 매니저를 맞이했다. 그리고 그는 <믿는 자>였다. <믿는 자>들에게 더욱 유리한 것은 3년 전 부정적 보고서를 냈던 제이슨이 DARPA에서 독립되어 떨어져 나갔다는 사실과 대량 살상 무기와 테러리스트들이 숨어 있는 벙커를 파괴하기 위한 새로운 핵 또는 비핵 무기가 필요하다는 럼스펠드의 선언이었다. 하프늄은 핵 수류탄의 그림과 함께 다시 살아났다. 그 수류탄 그림에는 "위력: 폭탄 2천 톤, 크기: 직경 5인치"라는 설명이 있었다. 그 폭발력은 1945년 히로시마에 떨어진 원자 폭탄의 1/7에 해당한다.

DARPA는 새로운 지원 계획을 마련한다. 대부분 1999년 콜린스의 논문에 참여했던 연구소나 실험실의 멤버들에게 총 700만 달러의 연구비를 집행하기 시작했다. 미 공군과 DARPA는 2004년에 1000만 달러, 2005년에 2000만 달러등 총 3000만 달러의 연구비를 집행할 예정이었다. 연구비 수혜자에는 콜린스와 캐롤도 있었다. 문제는 하프늄 이성질핵의 확보였다. 31년 이라는 반감기는 사람에게는 긴 시간이지만 지구의 나이로 보면 순간에 불과하다. 따라서 하프늄 이성질핵이 자연 상태에서 존재할 확률은 거의 없다. 콜린스가 사용했던 하프늄은 미국 로스 알라모스 국립 연구소의 가속기 실험에서 가속된 양성자를 탄탈룸 핵에 충돌 시킬 때 생긴 마이크로그램 (100만분의 1 그램)의 하프늄 이성질핵이었다. 폭탄 실험에 쓰기 위해서는 이보다 훨씬 많은 양이 필요하다. 2003년 초 DARPA는 하프늄 이성질핵의 대량 생산을 위해 12명으로 된 HIPP (Hafnium Isomer Production Panel)을 출범시킨다. 이 위원회의 목적은 하프늄 이성질핵을 대량 생산할 수 있는 방법을 찾는 것이다. (현재 생산 단가가 가장 높은 물질은 위키피디아에 따르면 바로 탄탄룸-180의 이성질핵으로 1 그램당 1700만 달러이며 1999년 전 세계의 탄탈룸 이성질핵 보유량은 6.7 밀리그램 이었다고 한다.) 펜타곤은 1 그램당 생산 원가로 10억 달러 (우리나라 돈으로 약 1조원)의 상한선을 책정 했다. 콜린스의 실험 동료인 맥다니엘은 그램당 100만 달러면 충분하다고 주장했다. 그러나 하프늄 이성질핵의 대량 생산은 기존의 학술용 가속기로는 불가능하다. HIPP이 생각한 방식은 가속된 중성자 빔을 이용하는 것이다. 그런데 중성자는 이름처럼 전기적으로 중성이라 가속기로 가속시킬 수 없다. 그래서 HIPP은 중수소 (deuterium) 가속기를 생각했다. 중수소는 양성자와 중성자의 결합체이고 따라서 전하를 갖는다. 이를 가속시켜 리튬핵에 충돌시켜 이 반응에서 나오는 고에너지의 중성자를 다시 하프늄의 동위원소 하프늄-179에 충돌시킨다. 그러면 두 개의 중성자가 다시 만들어 지면서 하프늄-178이 생긴다. 이중의 일부가 바로 원하는 하프늄 이성질핵 Hf-178-m2이다. 따라서 이를 위한 특별한 장치를 설계하고 건설해야 하는데 이 비용만으로 30억 달러에서 50억 달러가 소요 된다고 HIPP은 생각했다. 즉 하프늄으로 얻을 수 있는 전기량보다 하프늄 원료를 만들기 위해 들어가는 전기량이 더 많다. 애초부터 기대하지도 않았지만 하프늄 이성질핵의 평화적 이용의 가능성은 물 건너간 셈이다. 남은 것은 무기로서의 가치뿐이다.

HIPP에 전문가로 위촉된 사람으로 40년간 스탠포드 선형 가속기 센터에서 일 해온 핵물리학자 헤르만스펠트가 있었다. 그는 하프늄 격발에 대한 그간의 사정을 모르고 있었다. HIPP의 업무는 하프늄 이성질핵을 대량생산 하는 방법을 찾는 것이었고 그는 이 업무를 맡게 되자 보통 사람들이 생각할 수 있는 방식으로 일을 시작했다. 구글 검색 엔진에 "하프늄"이란 글자를 입력하는 것이다. 그 중의 하나가 아르곤에서 행해진 APS의 논문을 보여 주었고 그 후 제이슨의 보고서와 IDA의 보고서에 연결 되었다. 이들 모두가 콜린스 실험의 결과에 부정적이었다는 사실은 헤르만스펠트에게 상온 핵융합의 기억을 떠올리게 했다. 믿기 어려운 주장, 즉각적인 반론과 의심, 그리고 다른 그룹의 재현 실패. 그는 이에 대한 재조사를 4명의 다른 위원 및 전문가의 서명을 받아 추진했으나 위원장에 의해 기각된다. 그 후 그는 HIPP 모임에서 하프늄이 불가능한 이유를 과학적으로 방정식을 써가며 입증하려 했다. 그러나 HIPP모임은 생산 단가를 낮출 수 있다는 결론에 만족하며 막을 내렸다. 이번에는 <믿는 자>들이 이긴 듯 했다. 사실 4000억 달러 이상의 예산을 집행하는 펜타곤에게 700만에서 3000만 달러는 아주 작은 돈에 불과하다. 따라서 최소한 가능성만 있다면 그 정도의 예산을 쓰는 것은 아무 것도 아닐 것이다.

그러나 주류 과학자들의 주장은 윤리적 정치적 문제는 논외로 하더라도 하프늄 폭탄에는 추구할 가치가 있는 최소한의 과학기술적 가능성도 없다는 것이다. 지금까지의 모든 실험은 콜린스의 1999년 논문을 부정하였다. 심지어는 콜린스의 제자였던 캐롤의 실험 결과도 그랬고 조작 의혹도 있었다. 시그널을 관찰하였다는 보고는 콜린스 그룹의 후속 논문들과 그의 실험 동료인 맥다니엘이 독립적인 실험에서 입증하였다는 주장뿐이다. 더구나 그 주장은 논문으로 나오지 않았으며 잡신호가 많이 끼어 있다는 것은 그도 인정했다. 핵물리학계의 많은 사람들은 상온 핵융합에 대해 DOE (에너지부)가 했던 것처럼 위원회를 구성하여 진실을 밝히기를 원한다. 그러나 이는 영역의 문제다. 하프늄은 DOE 지원이 아닌 DOD(국방부) 지원 연구이고 따라서 DOE가 관여할 성질의 것이 아니었다.

또 다른 문제는 하프늄의 이성질핵을 대량 생산한다 해도 그것은 보통의 하프늄 핵과 섞여있다는 것이다. 이를 분리하는 것은 아주 어려운 일이다. 우라늄 238과 235의 질량차이는 3000 MeV인 반면 하프늄의 경우는 2.5 MeV이다. 따라서 이 경우는 우라늄 분리보다 훨씬 더 어려울 것이 자명하다. 어쨌든 주류 핵물리학자들의 우려와 반대로 인해 하프늄의 지원 계획이 처음 계획된 3000만 달러에서 700만 달러로 다시 삭감되었다.

그 후 2004년 미국 의회는 하프늄 폭탄 개발 프로젝트를 취소했다. 이제는 정말로 하프늄 논란이 끝났을까?

2006년 미국 DOE는 하프늄 연구에 500만 달러를 지원하기로 결정했다.

<5 라운드>

하프늄 폭탄에 대한 또 다른 우려는 이 환상의 (학계 주류의 시각으로는 존재할 가능성이  없는) 무기가 초래할 새로운 군비 경쟁이다. 서로 이 폭탄을 만들기 위해 강대국들이 경쟁적으로 나설 수 있고 또 비핵 국가들도 이를 추진할 우려도 있다. 하프늄 폭탄은 핵분열이나 핵융합이 아니고 핵 비확산 조약의 적용을 받지 않는다는 사실은 이들에게 큰 매력이다. 또 하프늄 폭탄을 개발할 기술이 없는 국가들 중에서는 이에 대항하기 위해 (진짜) 핵무기 개발에 서둘러 나설 수도 있다. 캐롤은 이성질핵 연구가 계속 되어야 한다고 주장한다. 그는 이 연구를 아직 걸음마를 익히기 전의 아기에 비유한다. 그러나 이 연구를 지원하는 측이 원하는 것은 거인 골리앗이다. 새로운 폭탄에 대한 열망이 이성의 눈마저 멀게 했는가? 아니면 정말로 하프늄의 이성질핵에 우리가 아직 모르는 특별한 뭔가가 있는 걸까?

하프늄 사건에 대한 이야기는 2004년 3월 샤론 와인버거에 의해 <<워싱턴 포스트>>의 기사로 나왔다. (기사 바로가기) 또한 그녀는 이에 관해 2006년 "Imaginary Weapons"라는 책을 펴낸다. (샤론 와인버거의 홈페이지 바로가기) 이에 대항해 콜린스 그룹은 인터넷을 통해 이 책을 허구라고 주장하고 있다. (콜린스 그룹 바로가기) 양자 사이의 논쟁은 아마존닷컴의 포럼에서도 이루어 졌다. (아마존닷컴의 Imaginary Weapons 페이지 바로가기) 어떤 서평에 의하면 이 책에는 몇 가지 오류와 부적절한 인용도 있으나 그런 점이 그 책의 주장을 바꾸지는 못한다고 한다.

콜린스는 후속 논문에서 계속 하프늄 이성질핵 격발의 가능성을 주장하며 2005년 <<레이저 피직스 레터스>>에 실린 논문에서는 시그널의 신뢰도를 99.9999....% (9가 1824번 반복) 까지 높였다고 발표했다. 같은 해인 2005년 <<피지컬 리뷰 C>>에 APS 그룹은 그동안의 실험 결과를 모두 모아 보고하였다. 결과는? "No signal!"이다. 누가 옳을까?

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하프늄관련 기술은 아직까지 가능성의 수준에서 벗어나지 못하고 있습니다. '성공한다면' 가능한 여러가지 응용기술 분야가 소개되고는 있으나, 단 한번도 '실용화'된 적은 없습니다. 그저 '성공한다면' 이런 용도로 쓸 수 있다는 식의 '의견'만 분분할 뿐이죠. 그걸 탄도탄 연료로 사용하고 있다느니 전에 저분이 쓴글을 보니까 뭐 원자력 항공모함에 쓰고 있다는 얘기도 해놨더군요. 정말 웃기지도 않아서... 기고문 운운하는데... 그것도 '가능성'에 대한 것일 뿐입니다. 좀 제대로 읽고나 오시죠. 하긴 원문이나 봤을까 싶긴 합니다만... 잘하면 반물질도 이미 실용화되었다고 할 기세군요. 훗.