노벨상 2회 수상에 빛나는 마리 퀴리의 방사능 원소 발견기
'최초'의 여성 노벨상 수상자이자 '최초'의 노벨상 2회 수상자가 누구일까? 바로 지금으로부터 한 세기 전, 세계를 들썩였던 알파걸 과학자 마리 퀴리다. 그녀는 피치블렌드를 녹여 순수한 염화라듐을 정제했으며, 라듐이라는 새로운 화학 원소의 원자량을 결정했다. 라듐이 방사선을 내보내는 성질을 가졌기 때문에 가능한 일이었다. 이로써 퀴리는 '방사능'이란 말을 처음 정의했고 방사성 물질을 연구하는 길을 열었다.
≪방사성 물질≫은 1903년 마리 퀴리가 파리대학 이학부에 제출한 박사 학위 논문이다. 그해 마리 퀴리는 서른여섯 살이었는데, 요즘 기준으로 치면 꽤 늦은 나이에 박사 논문을 제출한 셈이다. 하지만 그해 그는 박사논문의 주제가 된 연구로 노벨물리학상을 받았다. 마리 퀴리 개인의 박사논문이긴 하지만 ≪방사성 물질≫은 이후 여러 부분으로 확장될 방사능 연구의 틀을 세운 업적이라 할 수 있다. 우선 방사능(radioactivity)이라는 용어를 정립해 몇몇 물질에 국한되어 있던 것으로 보였던 현상에 보편성을 부여한 것이 중요한 업적이다. 마리 퀴리는 우라늄과 토륨 등의 화합물질에서 베크렐선이 나오는 것에 대해 방사능이라는 이름을 붙이고 이것이 우라늄과 토륨에 국한된 현상이 아니라 원자적 수준에서 나타나는 보편적인 현상이라는 점을 분명하게 밝혔다.
그동안 이루어졌던 방사성 물질의 연구 방법을 정립한 것도 이 연구의 중요한 업적이다. 마리 퀴리를 포함하여 당대의 연구자들에게 방사능이나 방사성 물질은 그 정체가 알려지지 않은 물질이었다. 방사능은 그 화학적, 물리적 특성을 알지 못하는 미지의 세계였기 때문에 어떤 실험 도구를 써서 무슨 특성을 어떤 방법으로 조사할 것인지를 알아내는 것조차 막막했다. 마리 퀴리가 한 일은 바로 그 미지의 세계에서 방향을 잡아주는 나침반과 거리를 재는 자를 제공해 준 것이다. 그 점을 잘 확인할 수 있는 부분이 논문의 2장이다. 이 논문의 2장은 라듐이 새로운 화학 원소라는 것을 밝히는 데 초점이 놓여있다. 이를 위해 마리 퀴리는 순수한 염화라듐을 정제하여 라듐의 원자량을 결정했다. 다량의 피치블렌드에서 강력한 방사능을 띠는 순수한 염화라듐을 정제해 내기 위해 마리 퀴리는 화학의 분별결정법과 방사능 측정법을 결합시켰다. 피치블렌드를 화학적으로 녹여 분별결정법으로 분류한 후에 그중에서 방사능이 강한 부분을 찾아내고, 이 물질을 다시 분별결정법으로 분류해서 방사능이 강한 부분을 찾아내는 방식을 수차례 반복해, 순수한 염화라듐을 분리하는 데 성공했다. 그리고 이로부터 라듐의 원자량을 결정해 낸 것이다.
3장 또한 방사능 연구의 방법론을 정립시키는 데 중요한 장이다. 이 장은 방사능 물질에서 방출되는 방사선의 특성을 탐구하는 데 전념하고 있다. 3장의 묘미는 정체를 알 수 없는 한 다발의 방사선을 확인해 나가는 과정에 있다. 당시 방사선을 연구하던 과학자들은 전기장과 자기장에서 휘는 정도의 차이, 공기와 몇몇 물질에 대한 투과력의 차이 등을 통해 라듐에서 나오는 방사선에 세 종류의 광선이 섞여 있다는 확신을 갖게 되고 이 세 광선에 그리스어 첫 순서대로 α선, β선, γ선이라는 이름을 붙였다. 이 광선들의 정체가 무엇인지, 엑스선이나 음극선과는 어떤 관계인지 등을 찾아나가는 과정을 지켜보노라면, 알려지지 않은 것을 알아내는 과정의 막막함을 이해하게 되며 동시에 과학에서의 발견이라는 일이 갖는 위대성을 새삼 깨닫게 된다. 방사선의 정체를 확인하기 위해 전기장과 자기장에서 광선의 굴절률을 조사하고 여러 물질에 대한 광선의 투과율을 조사하는 방법은 마리 퀴리의 방사선 연구 이전부터 개발되어 온 방법이다. 하지만 마리 퀴리의 이 논문은 그동안 여러 과학자들에 의해 이루어지던 연구까지 포괄해 방사선을 연구하는 방법을 정리해 낸 데 그 가치가 있다 할 수 있겠다.
