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노벨상인물

클리퍼드 슐 Clifford G. Shull

클리퍼드 슐 [이미지]
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MIT (매사추세츠공과대학교)
  • 작성 2017-04-04
  • 조회 0
  • 출생1915-09-23
  • 국적 미국
  • 분야물리학
  • 소속매사추세츠공과대학
  • 출신대학뉴욕대학교
  • 주요업적중성자 분광기 개발 중성자 산란기술 개발
  • 수상노벨물리학상(1994)
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인물정보

미국의 물리학자. 중성자선속을 이용한 감광기록계 연구, 중성자산란을 이용하여 소금결정체에서 라우에무늬 관찰 등의 연구를 했으며, 망가니즈산화물에 대한 중성자산란 실험을 통해 초전도체 연구의 기초를 세우기도 하였다.

1915년 9월 펜실베니아 피츠버그에서 태어난 크리프드 클리퍼드 슐. 그의 부모님은 작은 철물점을 운영하셨다. 원래는 항공 공학에 관심이 많았는데 파울 디서트(Paul Dysart)의 영향으로 물리학에 흥미를 갖게 되어 카네기멜론대학(Carnegie Mellon University)에서 물리학을 공부했다. 학교는 피츠버그에 위치해 있기 때문에 집에서 통학할 수 있었고 그로인해 돈을 절약할 수 있었다. 또 성적도 좋아 반액 장학금까지 받으며 연구할 수 있었다.

1937년 카네기 멜론 대학을 졸업 후 클리퍼드 슐은 뉴욕대학교에서 연구와 학업을 이어갔다. 뉴욕대학은 대학원생들에게 물리학과에서 진행하고 있는 프로젝트에 참여하도록 권장했는데, 클리퍼드는 핵물리학 동아리에 참여했다. 미국이 세계 2차 대전에 참전하면서 슐은 맨하튼 프로젝트에 참여하게 되었고, 그곳에서 다른 과학자들과 원자 폭탄을 연구하였다. 이 연구를 통해 지식의 기반을 넓힐 수 있는 기회를 얻었고 결정학, 회절과정에 대해 배웠다.

1946년 클린턴 연구소에서 어니스트 우른(Earnest Woolen)과 함께 연구하며 전쟁 기간 동안 발전된 기술이 어떻게 과학 발전에 활용 될 수 있는지 찾아내기 위해 고군분투 했다. 그렇게 9년 동안 핵 원자로에 의해 생성된 중성자가 원자 구조를 파악하는데 활용 될 수 있는지를 연구했다. 1949년 망가니즈산화물에 대한 중성자산란 실험을 발표했는데, 반자성체가 특정온도에서 자기모멘트 질서를 유지하는 것을 밝혀내어 초전도체 연구의 기초를 세웠다. 중성자산란법 연구의 공로로, B. 브록하우스와 함께 1994년 노벨물리학상을 수상하였다.

1955년 클리퍼드 술은 MIT교수가 된다. MITR-I 연구용원자로에서 졸업생들을 대상으로 강의와 중성자 방사를 사용해서 수많은 실험을 진행하였다. 1986년 은퇴 후에는 크리스탈에 있는 내부 자화와 양극화 된 빔 기술 개발, 완전 결정과 중성자 동적 분산 분야에 관해 이레적인 연구를 했다.

1986년 은퇴이후에도 그의 연구실에 들러 학생들이 연구하는 과정들을 지켜보았다. 2001년 3월 그는 85세 나이로 메사추세츠 메드퍼드에 있는 로렌스 기념 병원에서 숨을 거두었다.

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시상연설

전하, 그리고 신사 숙녀 여러분.
올해의 노벨 물리학상은 액체나 고체의 연구를 위한 중성자 산란기술의 개발에 기여한 공로로 버트럼 브록하우스 교수와 클리퍼드 셜 교수에게 시상하게 되었습니다. 간단히 말씀드린다면, 셜 교수의 연구는 원자가 어디에 있는지에 대해 그리고 브록하우스 교수의 연구는 원자들이 무엇을 하는지에 대한 해답을 제공하였습니다.

제2차 세계대전이 끝나자 미국에서는 연구 환경에 커다란 변화가 일어났습니다. 전쟁 막바지 몇 해 동안은 가속기에서 만들어지거나 방사능 물질에서 방출되는 중성자들 모두가 원자폭탄을 만드는 한 가지 목적으로만 사용되었습니다. 그러나 전쟁이 끝나자 이 새로운 주요 자원은 평화 목적의 연구에 사용되었습니다. 즉 중성자가 원자핵을 쪼개는 일 외에 다른 일도 할 수 있게 된 것입니다. 더 이상은 모든 연구 보고서에 자동으로 '극비'라는 단어가 붙지 않아도 되었습니다.

수십 년간 과학자들에게 원자핵의 구성 요소인 중성자는 잘 알려져 있었습니다. 또한 과학자들은 원자핵으로부터 분리된 자유입자로서 중성자의 특성을 조사하기 위한 실험을 구상하고 수행해 왔습니다. 예를 들면 중성자가 미시세계의 특징인 파동과 입자의 이중성을 가지고 있으며, 파동으로서의 중성자는 엑스선처럼 결정체의 원자면에서 반사된다는 것이 밝혀져 있었습니다.

이 결과들은 중성자가 언젠가는 물질의 미세구조를 원자 수준에서 연구하기 위한 도구가 될 것이라는 단서였습니다. 그 문이 약간은 열린 셈이었지만 아직 활짝 열린 것은 아니었습니다.

브록하우스 교수와 셜 교수는 각자의 방식대로 연구하고 있었습니다. 그러나 액체나 고체 즉 응축물질에 관한 새로운 지식을 얻고자 하는 목적은 동일했습니다.

셜 교수의 연구는 원자로에서 나오는 중성자의 파장이 고체나 액체 내의 원자 간 거리와 거의 비슷하다는 점을 활용하는 것이었습니다. 원자핵에 부딪친 중성자는 에너지의 손실없이 원자배열 구조에 따라 결정되는 특정 방향으로 산란이 일어납니다. 셜 교수는 얼음결정 속의 수소원자 위치를 분석하는 것처럼 엑스선 회절로는 불가능한 분석도 중성자를 이용하면 가능하다는 것을 보여 주었습니다.

또 다른 돌파구는 자기구조의 해석과 관련된 것입니다. 중성자는 그 자체가 작은 자석이고 자성 물질 내의 원자와 매우 효과적으로 반응할 수 있습니다. 셜 교수는 어떻게 중성자들이 금속이나 합금의 자기적 특성을 밝혀낼 수 있는지 보여 주었습니다. 이런 분석 역시 엑스선은 전혀 힘을 쓰지 못하는 분야입니다.

중성자의 탄성산란, 즉 에너지 손실없이 일어나는 산란을 연구하던 셜 교수와는 달리 브록하우스 교수는 비탄성 산란에 집중하였습니다. 비탄성 산란은 산란이 일어나면서 물질로부터 에너지를 얻거나 잃는 것을 말합니다.

브록하우스 교수는 산란된 중성자의 에너지 스펙트럼을 기록할 수 있는 독창적인 장치를 설계했습니다. 이 장치를 이용해서 그는 결정 내의 원자 진동이나 확산운동, 그리고 자성 재료의 요동 같은 현상에 관한 새로운 정보를 얻을 수 있었습니다. 이들 현상에 관한 연구가 새로운 르네상스를 맞게 된 것입니다.

브록하우스 교수와 셜 교수가 개발한 중성자 산란 기술은 이후 매우 광범위하게 응용되어 왔습니다. 수많은 과학자들이 이 기술을 이용하여 새로운 세라믹 초전도체의 구조와 역학을 연구하고, 촉매 고갈을 제어하기 위한 표면에서의 분자운동을 조사하며, 바이러스의 유전물질과 단백질의 반응, 폴리머의 구조와 탄성 특성과의 관계, 액체금속에서 원자구조가 급격히 사라지는 현상 같은 연구를 진행하고 있습니다. 올해의 노벨 물리학상 수상자는 이 광범위한 연구 분야의 개척자입니다.

브록하우스 교수님, 셜 교수님.
여러분은 응축물질의 연구에서 중성자 산란 기술의 개발에 기여한 공로로 노벨상을 수상하게 되었습니다. 스웨덴 왕립과학원을 대표하여 진심으로 축하의 말씀을 드리게 되어 더없는 영광입니다. 이제 나오셔서 전하로부터 노벨상을 수상하시기 바랍니다.

-스웨덴 왕립과학원 칼 노르들링

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자료출처
[네이버 지식백과] 중성자 분광기 개발 중성자 산란기술 개발 (당신에게 노벨상을 수여합니다. | 노벨 물리학상, 2010. 1. 18., 바다출판사), 네이버 지식백과, Nobelprize.com

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