핵폭탄의 기초원리

 

 

     핵폭탄의 기초 원리

 

핵폭탄은 원자폭탄과 수소폭탄으로 분류합니다..

 

1. 원자폭탄의 원리

 

: 우라늄 235 라는 물질을 사용하여 핵분열 반응을 시키면 우라늄 원자는 둘로 쪼개지면서 중성자가 몇개 튀어나옵니다.. 그 중성자가 그 주변에 있던 다른 우라늄 원자에 부디치면서 또다른 핵분열 반응이 일어나게 되는데, 이것을 연쇄반응이라고 합니다... 핵폭탄이란 이 연쇄반응을 빨리 진행시키는 것이고, 원자력발전소는 이 연쇄반응을 제어기를 통해 천천히 진행시키는 겁니다...

핵분열 반응에서 중요한것은, 우라늄 원자가 둘로 쪼개지면서 생기는 질량결손분이 에너지로 변환된다는 겁니다... 예를들어, 우라늄 원자가 100 이었는데 둘로 쪼개지면서 49.5 짜리 두개로 쪼개진다면 1이라는 질량결손이 발생하겠지요.. 그 질량결손분만큼 아인슈타인의 질량 - 에너지 등가원리(E = mc2)에 의해 막대한 양의 에너지로 변환됩니다..

이런 핵분열 반응이 폭발적으로 빨리 진행되는것이 원자폭탄의 원리입니다..

 

2) 수소폭탄의 원리

: 수소원자를 이용해서 핵융합 반응을 시키면서 얻어지는 질량결손분이 질량 - 에너지 등가원리에 의해 막대한 에너지가 나오는 핵폭탄을 말하는데, 수소 원자 4개를 모으면 헬륨 원자 1개와 원자량이 같습니다.. 그러나, 역시 수소원자 4개가 헬륨원자 1개보다 약간 더 무겁습니다.. 즉, 그 질량결손분만큼 에너지로 변환되는 겁니다..

핵융합 반응을 일으키려면 1천만도 이상의 고온이 필요한데, 그 고온을 현재 기술로 만들수 없기때문에 일단 먼저 작은 원폭을 터뜨려서 그 온도를 이용해서 수폭을 터뜨립니다..

 

 

 

2. 핵폭탄의 종류

 

크게 구분하면 원자폭탄과 수소폭탄으로 나눕니다..

 

1)원자폭탄

우라늄235를 사용해서 만드는 우라늄 원폭과 플루토늄239를 사용해서 만드는 플루토늄 원폭이 있습니다..

우라늄235는 자연상태의 우라늄 원석(우라늄238이 99.3%)을 원심분리기로 분리해서 우라늄235를 90% 이상으로 농축해야 원폭에 사용 가능합니다..

플루토늄은 자연상태에 존재하지 않는 물질이므로, 반드시 우라늄 핵분열을 거친 후에 나오는 찌꺼기에서 핵재처리 시설을 통해서 얻어야 합니다..

즉, 우라늄 원폭은 원심분리기가 반드시 있어야 하고, 플루토늄 원폭은 핵재처리시설이 반드시 있어야 만들수 있습니다..

 

2)수소폭탄

변종들이 많은데....

** 중성자탄 : 미니 수폭이라고 불리는데, 기폭제인 원폭을 최대한 작게 만들어서 방사능을 최소화 했고, 수소폭탄의 크기도 소형화 했습니다.. 그러면서 중성자를 최대한 많이 나오게 해서 인명 살상 효과를 최대로 한 폭탄입니다...  중성자는 건물에 피해 없고 생명체만 죽입니다..  이렇게 건물에 피해도 없으면서 방사능 오염도 거의 없다고 해서 깨끗한 수폭이라고 부릅니다.

 

**3F 폭탄 : 더러운 수폭이라고 불리는데, 기폭제인 원폭이 먼저 터지고(1단계), 본 폭탄인 수폭이 터지고(2단계), 수폭의 겉을 감싸고 있는 우라늄238이 터지는(3단계) 핵폭탄이므로 1단계(핵분열 Fission), 2단계(핵융합 Fusion), 3단계(핵분열 Fission) 해서, 3F 폭탄이라고 부릅니다..

이중 3단계에서 터지는 우라늄238은 원래 안정적인 물질이므로 핵분열을 안하는 물질인데, 여기서는 고온의 수소폭탄에 의해 강제로 핵분열이 일어나면서 엄청난 양의 방사능이 쏟아져 나옵니다... 이 방사능은 모든 생명체와 지구환경을 오염시키면서 아주 오랫동안 서서히 소멸합니다.. 그래서, 이것을 더러운 수폭이라고 부릅니다..

 

**코발트 폭탄 : 3F 폭탄에서 3단계인 우라늄238대신 코발트를 대신 넣은 폭탄으로 환경 파괴 효과가 엄청납니다.. 사용해서는 안될 핵폭탄입니다..

 

 

 

3. 핵폭탄의 공식

 

1905년도에 아인슈타인은 특수상대성 이론을 발표하고, 또한 브라운 운동을 발표하며, 또 한가지 광전효과이론도 발표합니다... 이 세 편의 논문은 각각이 당시 물리학에 엄청난 반향을 불러 일으킬 만한 논문인데, 아인슈타인은 이중에서 광전 효과 이론으로 1921년인가.. 노벨 물리학상을 받았습니다..  핵폭탄의 공식은 특수상대성 이론중 여러 결과물 중의 하나의 결과물인 '질량 - 에너지 등가 원리' 입니다..

위에 설명한 E = mc2  (E는 에너지,  m은 질량,  c는 광속도) 인데, c광속도가 30만킬로미터/sec 로 엄청난 크기를 가지므로 결과적으로 적은 질량만 곱해서 막대한 에너지가 나오는 공식입니다..

 

 

미국의 핵실험 장면 관심사항과 자료

2011/09/06 11:39

 

 

 

미국에서 시행한 네바다 사막과 수중 핵실험 모습입니다.

 

 

 

 

1958년, 카메라맨이 네바다 핵실험장에서 촬영하는 모습. 

 

핵폭탄이 터질 때의 순간을 포착한 장면, 이때의 온도는 다이아몬드를 증발 시킨다고 합니다.

 

1946년, 태평양 수중핵 실험 장면.

 

1955년, 카메라맨들이 네바다 핵실험 장면을 촹영하고 있는 모습. 

 

1958년, 수중 핵실험장면. 위력은 히로시마의 절반수준이었다고 합니다. 

 

 1953년, 네바다 핵실험 장면, 280mm 캐논을 이용해 터뜨린 장면입니다.

 

 1953년, 핵실험을 촬영하는 카메라맨들의 모습, 주변의 먼지는 충격파로 생긴 먼지.

 

핵폭발 직전의 스쿨버스 모습.

 

 

 핵폭풍의 열기로 전소되는 장면.

 

 1951년, 남태평양 핵실험때 V.I.P들이 섬광으로인한 시력손상을 막기 위해 선글라스를

                                        끼고 감상하는 모습. 

 

1956년, 남태평양 수소폭탄 실험장면. 

 

1945년, 원자폭탄이 일본 나가사키를 휩쓸고 간 장면.

 

4. 핵폭탄의 종류별 위력

 

1)원자폭탄

 작게는 20톤의 위력에서 부터 크게는 100킬로톤의 위력까지 다양합니다... 20톤짜리 원폭으로는 '데이비 크로켓'이라고 부르는소형 원폭이 있는데, 미 육군에서 155미리 야포에서 쏠수 있을 정도로 작게 만든 원자폭탄입니다... 그외에도 핵배낭, 핵어뢰 같은 소형 원폭무기를 많이 만들었던 시대가 있었습니다(1960년대, 70년대).. 지금은 안 만듭니다

 

2)수소폭탄

보통 100 -200킬로톤 짜리를 많이 쓰는데, 큰것은 1메가톤 넘는 전략핵폭탄도 있습니다.. 현재까지 만든 수폭중 가장 큰 것은 소련에서 핵실험한 '짜르 수폭' 으로 56메가톤으로 관측되었다고 합니다... 수폭이란 것은 이론상 얼마든지 크게 만들수 있습니다.. 가장 큰 수폭이 태양인데, 태양은 현재도 수소 - 헬륨 핵융합 반응이 끊임없이 일어 나고 있습니다..

현재 미해군이 운용하는 전략 핵잠수함 오하이오급에는 800킬로톤짜리 핵미사일을 24발 싣고 다닙니다.. 각각의 800킬로톤 짜리 핵미사일은 다시 200킬로톤 짜리 핵탄두 4개로 구성되어 있습니다.. 잠수함 한척에 20메가톤이라는 핵폭탄을 싣고 다니는겁니다.. 이런 오하이오급이 미해군에 18척 있습니다.. 그중에 최근에 4척에 대해서는 용도변경 해서 현재는 14척만 운용한다고 합니다..

 

 

 

5. 메가톤에 대해서

 

핵폭탄은 워낙 위력이 크기 때문에 직접 표현을 하지 못하고, 대신 TNT 라는 폭탄에 비유해서 표현 합니다..

즉, 핵폭탄 20톤짜리라면 핵폭탄의 무게가 20톤이라는 뜻이 아니고, TNT 20톤을 한꺼번에 터뜨렸을 때의 폭발력을 말합니다.. 마찬가지로 핵폭탄 1메가톤이라면 TNT 백만톤을 한꺼번에 터뜨렸을 때의 폭발력을 말합니다.. 

 

단위

킬로(Killo): 1000 이라는 뜻,   히로시마 원폭이 12킬로톤이었는데, TNT 1톤짜리 묶음이 천개 있으면 1킬로톤이고, 그것이 12개 있어야 12킬로톤이 됩니다..

메가(Mega): 백만이라는 뜻, 1000 킬로톤과 같은 말입니다