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입자물리학 Particle Physics |
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1. 개요
Neutronium뉴트로늄(Neutronium, Neutrium 혹은 Neutrite)은 순수한 중성자로 이루어진 물질을 일컫는다.
1926년 과학자 안드레아스 폰 안드로포프에 의해 처음 제창된 당시에는 양성자가 없이 순수 중성자로 이루어진 물질이라는 개념으로 쓰였다. 현대 천문학에서는 주로 중성자별의 축퇴물질을 일컫는다.
화학원소처럼 다뤄질 때, 뉴트로늄은 원자핵 자체가 곧 중성원자이자 원소이며, 전기적으로 중성이므로 전자와 전자기 상호작용을 하지 않는다.[1] 따라서 화학에서는 거의 다뤄지지 않으며, 천문학과 입자물리학의 일부 분야에서만 다뤄진다.
핵반응식에서 원자핵처럼 취급될 때에는 주로 [math(^A_0\mathrm{Nu})], 또는 원자번호를 생략하고 [math(^A\mathrm{Nu})]로 나타낸다. ([math(A)]는 질량수를 의미한다.) 양성자가 없기 때문에 원자번호는 항상 0이며, 질량수는 중성자의 수와 같다. [math(A=1)]일 때에는 [math(^1\mathrm{Nu}={}^1_0\mathrm{n}=\mathrm{n})], 즉 자유중성자(free neutron)를 나타낸다.
2022년 일본 이화학연구소의 중이온 가속기에서 뉴트로늄 원자가 관측되었다. # 이 뉴트로늄은 중성자가 4개인 [math(^4\mathrm{Nu})]이다.
2. SF에서의 뉴트로늄
SF계 창작물에서 종종 등장하며, 극도로 압축된 초경도 물질 정도의 위상을 가지고 있다. 그러나 다음과 같은 특징 때문에 실제 뉴트로늄은 장갑재나 건축자재로 쓰기 어렵다.- 뉴트로늄은 순수 중성자 물질로, 양성자가 없고 따라서 전자가 없기 때문에 뉴트로늄 덩어리는 전자기력이 아닌 핵자 간의 핵력으로 서로 붙어있다.
- 핵반응 : 양성자가 없어 다른 물질(공기 포함)과 접촉 시, 물질 표면에서 양성자 간 전자기력을 통한 반발 없이 곧바로 핵반응이 일어난다.[2]
- 자발적 축퇴 : 뉴트로늄은 원자핵과 전자를 강제로 융합시킬만한 매우 큰 힘 (보통은 중력) 에 의해서 발생하는 물질이기 때문에 그 힘이 사라지면 원자핵과 전자가 도로 분리되면서 막대한 에너지를 방출하는 방사성 붕괴를 하게 된다.
-
지나치게 높은 밀도 : 순수한 뉴트로늄의 이론적인
밀도는
원자핵 또는
중성자별보다도 높은 2.898×1014 g/cm3(약 300조 g/cm3) 정도로 추정된다.[3] 지구상에서 볼 수 있는 고체 물질의 밀도가 25 g/cm3을 넘지 못한다는 것을 생각하면[4] 실로 엄청난 밀도다.
이 때문에 핵반응이 일어나지 않는다고 가정하더라도 매우 무거워 실제로 사용하기 어렵다. 이런 막대한 질량을 가진 물체에 동력을 제공하려면 천문학적인 에너지가 소모되어 비효율적이며, 일반적인 물질로 구성된 땅에 놓으면 행성의 기반이 무게를 버티지 못하고 무너진다. 따라서 뉴트로늄은 기계 부품으로도, 건축자재로도 사용되기 곤란하다.
[1]
핵 자체가 중성이므로
전기 퍼텐셜을 생성하지 않기 때문에, 전자를 붙잡아두지 않는다.
[2]
일반적인 물질의 경우, 물질 표면의 전자끼리 서로 반발해 핵끼리 충돌하지 않고 거리를 유지한다.
[3]
전자기력으로 핵간 거리를 유지하는 일반 물질과 달리, 뉴트로늄을 구성하는
중성자는 가까운 거리에서 작용하는
핵력으로만 그 구조를 유지하기 때문이다.
[4]
자연에서 발견되는 가장 밀도가 높은 물질인
오스뮴이 약 22.6 g/cm3이고, 인공 방사성 원소까지 생각하더라도 27 g/cm3인
하슘이 가장 밀도가 높다.