SCIENCE 3D | 시카고 파일-1 첫 연쇄 반응 실험 (1942)

무슨 일이 일어났나

1942 년 12 월 2 일, 엔리코 페르미가 이끈 연구진의 원자로 «시카고 파일-1(CP-1)» 이 처음으로 스스로 이어지는 핵분열 연쇄 반응에 이르렀습니다(미국 에너지부 OSTI). 곳은 시카고 대학 스태그 필드 서쪽 관중석 아래의 버려진 스쿼시 코트였습니다.

CP-1 은 흑연 벽돌 400 톤 가까이 사이에 우라늄 금속 6 톤 넘게와 산화 우라늄 34 톤을 넣어 쌓은 더미입니다. 오전 9 시 54 분 페르미가 전기로 움직이는 제어봉을 빼라고 지시했고, 오후 3 시 25 분 조지 와일이 마지막 제어봉을 한 번 더 빼내자 반응이 스스로 이어졌습니다.

그때 출력은 약 0.5 W 로 아주 작았고, 연구진은 28 분 동안 반응을 이어 간 뒤 멈췄습니다. 성공은 «이탈리아 항해사가 신대륙에 내렸다» 는 암호로 알려졌습니다.

시뮬레이터에서 제어봉을 끝까지 넣으면(깊이 1) 중성자가 제어봉에 잡혀 5 초 안에 사라지고, 다 빼면(깊이 0) 증배 계수 k 가 1 보다 커져 10 초 안에 그림 상한에 닿습니다. 격자 칸과 확률은 모형 값이라 실제 원자로와 다릅니다.

💡 생활 속 예시

도미노를 촘촘히 세우면 하나만 밀어도 끝까지 넘어가지만 중간중간 빼 두면 넘어짐이 멈추듯, 제어봉은 중성자를 빼앗아 연쇄 반응을 멈춥니다.
교실에서 소문이 한 사람에게서 둘, 넷으로 퍼지듯, 쪼개짐 하나가 중성자 여럿을 내어 다음 쪼개짐을 부릅니다.

누가 왜 찾았나

시카고 대학 금속 연구소(Met Lab)의 페르미 연구진은 우라늄 핵분열이 스스로 이어지는 연쇄 반응을 실제로 일으킬 수 있는지 확인하려고 흑연과 우라늄을 층층이 쌓았습니다. 1942 년 12 월 2 일 제어봉을 조금씩 빼며 중성자를 지켜본 끝에 반응이 스스로 이어지는 것을 확인했고, 아서 콤프턴은 이 소식을 «이탈리아 항해사가 신대륙에 내렸다» 는 암호로 제임스 코넌트에게 전했습니다(미국 에너지부 OSTI).

확인된 값

1942-12-02 CP-1 이 처음으로 스스로 이어지는 핵분열 연쇄 반응에 이름: 1942-12-02 출처
오후 3 시 25 분 — 와일이 제어봉을 한 번 더 빼냄 (그 뒤 페르미가 «반응이 스스로 이어진다» 고 알림): 15:25 출처
오전 9 시 54 분 페르미가 전기로 움직이는 제어봉을 빼라고 지시: 09:54 출처
곳 — 시카고 대학 스태그 필드 서쪽 관중석 아래 버려진 스쿼시 코트: squash court, Stagg Field 출처
성공을 알린 암호 — «이탈리아 항해사가 신대륙에 내렸다» (콤프턴 → 코넌트): Italian navigator 출처

교육과정에서는

한국 2022 · 고급 물리학 · 현대 물리 [12고물04-06]
잉글랜드 · KS4 Physics: Atomic structure

출처

https://www.osti.gov/opennet/manhattan-project-history/Events/1942-1944_pu/cp-1_critical.htm(확인 2026-11-12)

이어서 보기

질량–에너지 등가 (E = mc²)