기하 급수적 폭발의 원리
한개의 우라늄 원자핵이 중성자에 의해 분열하면 2×108eV의 에너지를 냅니다. 1개의 TNT분자가 30eV의 에너지를 내는 것과 비교하면 엄청나게 큰 양이죠.(약 6백6십6만배 차이)
핵분열이 일어난 후, 분열 부산물의 질량과 중성자의 질량을 합하면 원래의 우라늄 질량보다 작습니다.
| 분열 전의 질량 > 분열 후의 질량 |
이 작은 차의 질량 결손은 Einstein의 공식 E=mc2에 의해 엄청난 에너지를 생산합니다. 핵 분열에서 나오는 에너지는 분열 부산물의 운동 에너지로 나옵니다. 그리고 이중의 일부는 중성자를 생성하는데 사용되고 남은 부분은 감마선(γ-ray)으로 나옵니다.
 중성자(neutron) |
 분열전의 핵(nuclear) |
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← 과학자들은 이런 핵분열에 대단한 충격을 받았습다. 왜냐하면 핵분열시 엄청난 에너지가 나올 뿐만 아니라 중성자가 생성되기 때문입니다. 보통 1개의 중성자가 핵분열을 일으킬 때 방출되는 중성자는 대략 2~3개쯤 됩니다. 새롭게 방출된 중성자가 다른 핵에 핵분열을 일으킨다면 다시 8~27개의 중성자를 만들므로 연쇄적으로 핵분열을 일으킬 수 있습니다. 즉, 연쇄반응이 가속적으로 일어나는 것입니다.
그러나 자연계에서는 핵분열이 일어나지 않습니다. 사실상 연쇄반응은 우라늄의 희귀한 동위원소인 235U에서만 가능하고 이것은 우라늄 금속의 0.7%밖에는 존재하지 않기 때문입니다. 따라서 우라늄 금속의 대부분을 차지하고 있는 238U은 중성자를 흡수하고 또, 238U은 핵분열을 일으키지도 않습니다. 따라서 연쇄반응이 불가능해집니다.
임계 질량
만약 연쇄반응이 작은 235U덩어리에서 일어난다면 많은 중성자들이 표면을 통해서 도망가기 때문에 연쇄반응은 계속되지 못합니다. 작은 물체는 부피에 비하여 포면적이 크기 때문입니다.
연쇄반응을 일으킬 수 있는 물질의 최소 크기를 임계크기라고 하며, 이때의 질량을 임계질량이라고 합니다.
원자 폭탄은 핵분열이 급격히 일어나는 것을 이용하여 만들어졌습니다.
두 덩어리의 235U 각각은 임계질량이 되지 않지만 합치면 임계질량 이상이 됩니다. 두 덩어리의 235U를 갑자기 합치게 되면 질량이 임계질량 이상으로 되기 때문에 굉장한 폭발을 합니다.
(Chemistry - The Central Science)
원자력 발전소
핵분열이 천천히 일어나도록 하면, 인간에게 유용한 에너지원이 됩니다.
(Chemistry - The Central Science)
