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핵 쪼개거나 합칠 때 엄청난 에너지로 대폭발



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▶ 1945년 8월 9일 일본 나가사키에 원자폭탄이 투하돼 거대한 버섯 구름이 일어난 모습.

한국원자력연구소가 했다는 우라늄 농축, 플루토늄 분리 실험 등을 놓고 국제 사회의 눈총이 따갑다. 마치 핵폭탄을 만들려고 시도한 것으로 몰고 가고 있는 것이다. 핵폭탄은 어떤 종류가 있으며, 어떤 원리로 터뜨릴까.

핵폭탄은 원자폭탄과 수소폭탄.중성자폭탄으로 크게 나눈다. 모두 가공할 위력을 지녔으며, 실전에서는 제2차세계대전 때 미국이 일본에 투하한 원자폭탄 두 발이 유일하다. 일본 히로시마에 투하된 원자폭탄으로 14만여명이 몰살했다. 자연 상태에서 경험할 수 없는 초속 70m의 열폭풍과 충격파, 고열.방사능은 투하 지점 근처의 모든 생물을 죽여버린다. 이들은 물질 구성의 근본인 원자의 핵을 쪼개거나 다른 핵과 합하는 방법으로 폭발력을 얻는다고 해서 핵폭탄이라 부른다.

◆원자폭탄=폭약으로 우라늄이나 플루토늄을 사용한다. 우라늄은 자연에 많이 있으나 플루토늄은 인공으로 만든 물질이다. 즉, 원자로에서 우라늄을 태우면 그 일부가 플루토늄으로 변한다.

폭약으로 사용하는 우라늄은 10~15㎏을 한데 뭉쳐 놓으면 각각의 핵이 스스로 쪼개지면서 터지는 성질이 있다. 하나의 핵이 쪼개질 때 그 핵에서는 중성자라는 것이 튀어 나온다. 그 중성자는 그 옆의 핵을 때려 역시 중성자가 빠져 나오게 한다. 이런 일이 순식간에 연쇄적으로 일어나면서 엄청난 폭발력을 낸다. 핵은 쪼개지거나 합해질 때 엄청난 양의 에너지를 뿜어내는 성질이 있다. 폭발할 때는 1초도 안 되는 순간에 수천~수만도의 고열과 폭풍.충격파를 만든다. 원자력 발전은 이런 에너지가 천천히, 조금씩 나오게 조절해 그 열로 전기를 생산하는 것이다.

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그러나 우라늄은 소량일 때는 터지지 않는다. 적정한 양 이상이 돼야 한다. 양이 적을 때는 중성자가 옆 핵을 정통으로 맞추기 어려워 연쇄적으로 핵 분열이 일어나기 어렵기 때문이다. 이런 원리를 이용해 원자폭탄은 앞쪽에 몇㎏의 우라늄을, 뒤쪽에 또 몇㎏의 우라늄을 장착한다. 그런 뒤 투하지점에서 뒤쪽의 우라늄 통에 일반 화약을 터뜨려 앞 우라늄에 충돌, 터질 수 있는 양이 되게 하는 방법을 사용한다.

◆수소폭탄=핵이 쪼개지는 원리를 이용한 원자폭탄과 달리 수소폭탄은 핵끼리 합해지게 하는 방법을 사용한다. 미국이 1952년에, 옛 소련이 53년에 개발에 성공했다.그러나 아직 실전에 사용하지 않고 있다. 구조는 액체 수소화합물(LiD) 통 옆에 소형 원자폭탄을 설치해 놓았다. 투하할 때는 원자폭탄을 터뜨려 옆에 있는 수소의 핵끼리 서로 뭉치게 만든다. 소형 원자폭탄이 뇌관 역할을 하는 것이다. 이를 핵융합이라고 한다. 핵융합이 인공적으로 일어나게 하려면 수백만도의 고열로 수소를 달궈야 가능하다. 태양도 수소의 핵이 융합하면서 지구에까지 도달할 수 있는 에너지를 방출하고 있다.

원자폭탄과 달리 방사능이 적다. 그러나 실제 수소폭탄은 수소통을 우라늄으로 잔뜩 감싸놓아 수소 핵융합 외에 원자폭탄의 폭발까지 함께 일어나도록 한 것이 대부분이다. 원자폭탄보다 더 파괴력이 큰 이유이다.

◆중성자폭탄=보통의 수소폭탄에서 피해가 큰 뇌관용 원자폭탄과 수소통을 감싸고 있는 우라늄을 없앤 것이다. 즉, 뇌관을 일반 화약으로 대치한 형태다. 수소의 핵이 융합할 때 생기는 대량의 중성자로 적을 죽이자는 것이다. 중성자는 엄청난 양의 방사선을 내뿜게 되는 데 그 방사선은 세포의 DNA 사슬을 끊어 사람을 죽게 한다. 중성자탄이 터지면 건물 안에 숨어 있어도 살아남기 어렵다. 중성자가 건물을 흔적도 없이 그냥 뚫고 들어가기 때문이다. 중성자가 만드는 소량의 방사선으로는 암을 치료하기도 한다.

박방주 과학전문기자

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