카페에서 글을 쓰는데 사람들이 눈이 아프다고 해서 바꾸었습니다. 이상하면 바꾸겠습니다.
이번에는 제가 관심이 있는 핵분열, 핵융합에 대해서 설명해 드리겠습니다. 여기서 제가 관심 있는것은 핵융합인데요. 미래에 널리 쓰일 연로로 무한한 가능성이 있기 때문 입니다.
핵분열, 핵반응 하면 핸반응이 생각납니다. 무선 왜 사람들이 핵반응에 집중을 하고 있는 것일까요?
그것은 바로 나오는 에너지에 대해서 알수 있습니다. 핵반응으로 나오는 에너지는 화학반응보다 무려
1천만배나 더 많이 나온다네요. 괜히 관심을 가지는 것이 아닙니다. 제가 글씨로 써서 짐작이 안가실 분이 있으실 텐데요 숫자로 써드리겠습니다. 바로 10,000,000 엄청난 차이 입니다. 이렇게 숫자로 보니 꽤 크죠.
여기서 화학반응은 열에너지, 위치에너지, 운동에너지, 광에너지(태양빛으로 부터 얻는 방법. 금속이 태양의 빛을 받으면 자유전자가 한쪽으로 흐르기 때문에 전기가 나오는 것입니다. 전기는 전자의 움직임이기 때문이죠.) 등인데
핵반응은 이것보다 무려 천만배나 더 좋다는 거죠. 저라도 얼른 발명이 되었으면 좋겠군요.
또 수소와 산소가 만나면서 물 1그램을 내놓지만 라듐 1그램이 붕괴하면(핵분열) 10억 칼로리가 넘습니다.
엄청난거죠.
방사성원소는 각각의 특성에 따라서 알파 방사성(
), 베타 방사선(
), 감마방사선을 내놓습니다.알파 방사선은 베타 방사선 보다 7천 배 이상 무겁습니다. 그리고 전기까지 띄고 있어서 공기중의 여러 입자와 반응해서 적잖은 에너지를 잃어버리지요. 그러니 에너지가 딸려서(?) 멀리 날아갈 힘이 없습니다.
비유를 하자면 런닝머신에서 1시간동안 실컨 띄고 100m달리기를 하는것으로 보면 되겠네요.
실제로 알파 방사선이 공기 중에서 날아가는 거리는 수 센티미터(cm) 정도 밖에 되지 않습니다.
그래서 그런지 알파 방사선은 달랑 종이 한장으로도 막을 수가 있습니다. 하지만 알파 방사선이 음식물이나 호흡기를 통해 인체로 들어오면 인체에 심각한 피해를 줄수 있으니 조심해야합니다.
베타 방사선은 알파 방사선보다 가볍고 전기도 약합니다. 전기가 약하기 때문에 공기중에 반응하는양도 적습니다.
그래서 종이쯤이야 거뜬이 뚫고 수 십미터(m)를 뚫고 갑니다. 하지만 모든것에는 예외가 있기 때문에 베타 방사선도 못 뚫는것이 있습니다. 바로 알루미늄판인데요. 알루미늄 판은 뚫지 못합니다.
이 베타 방사선 역시 과다하게 인체에 쪼이면 않좋습니다.
감마 방사선은 알파 방사선이나 베타 방사선과는 달리 질량도 없고 전기도 띄지 않습니다. 즉 엄청나게 쎈 여석이라고 보면됩니다. 비유를 해보자면 알파 방사선은 런닝머신에서 1시간동안 실컨 띈뒤 100미터 달리기를 하는사람, 베타방사선은 런닝머신에서 30분 실컨 뛴뒤 100미터 달리기를 한사람, 감마 방사선은 풀 쉬고 50미터 달리기를 한사람과 같습니다. 즉 감마 방사선은 매우 위험한 존재 입니다. 웬만한 물체는 거침 없이 뚫고 지나갑니다.
하지만 감마선도 못 지나가는 것 이 있습니다. 바로 두꺼운 콘크리트 벽인데요. 감마선은 이 콘크리트 벽은 뚫지 못하나 봅니다.
알파 방사선은 라듐과 우라늄에서 나오고 베타 방사선은 토륨에서 나옵니다. 감마선만이 따로 내놓는 방사성원소가 없습니다. 이점에서는 별로 걱정할것이 없다고 생각할 것 입니다. 하지만 감마선은 알파 방사선과 베타 방사선이 나오면 뒤따라서 나옵니다. 즉 방사선이 나오는 방사성원소에서는 모두 나온다는 소리가 됩니다.
여기 까지 쓴게 너무 많기 때문에 요약해서 쓰겠습니다. 죄송합니다. 이해가 안되는 것 같은것은 바로 추가 설명으로 따로 올리겠습니다.
이제 핵반응으로 돌갑시다. 핵분열에 대해 설명을 하겠습니다. 핵분열에는 대부분 우라늄을 사용합니다.
많이 들어 보셨죠? 그럴껍니다. 꽤 알려져 있으니 까요. 마이트너와 프리슈가 핵분열을 생각해 발명을 했습니다.
이들은 처음부터 난관에 부딪쳤습니다. 왜냐하면 그 당시까지만 해도 아직은 핵이 쪼개지지 않는다고 믿고 만약 쪼개 진다고 해도 그 많은 핵에 각각 쪼개줘야 된다고 생각하니까 효율이 떨어진다고 생각 했기 때문입니다.
여러분이 생각을 하셔도 그렇지 않습니까? 언제 앉아서 핵을 다 쪼개고 있을 겁니까? 하지만 이들은 해냈습니다.
바로 여러분들도 들어 보셨을 듯한 '연쇄반응' 으로 말입니다. 핵을 쪼갤때에는 중성자를 사용하는데 그 중성자들은 핵이 쪼개질때 나오는 것 입니다. 즉 하나의 핵을 중성자 하나로 엄청난 속력으로 부딪치면 핵이 쪼갲지면서 중성자 2~3가 나옵니다. 그것들이 다음 핵에 가서 같은 속력으로(진공 상태이기 때문에 완전탄성 충돌 입니다.)
다른 핵에 부딪치기 때무에 계속 핵분열이 일어 날 수 있는 것입니다. 마이트너와 프리슈는 이것을 생각 하면서 우라늄으로 핵분열에 성공 하였습니다. 핵분열은 지금은 널리 사용되고 있습니다. 초기에는 성공을 할 수 없을 거라고 했습니다. 그 이유로서는 너무 위헙하다, 우라늄이 부족하다 등이 었습니다. 하지만 방사능을 흡수 하는 재질로하는 벽으로 용광로를 둘러 싸고 안정장비를 해서 아직 까지는 괜찮아졌습니다. 또 우라늄도 그 때 당시 생각하는 것보다 훨씬 많았기 때문에 가능 했습니다.
이제는 제가 관심 있는 행융합 입니다. 핵융합은 핵끼리 융합 즉 합쳐야 되기 때문에 질량이 매우 가볍고 봅잡하지 않아야 됩니다. 그래서 중수소와 삼중수소가 제일 많이 이용이 됩니다. 그리고 안전에서도 매우 용이 합니다. 왜냐하면 핵융합에는 방사능이 나오지 않기 때문입니다. 그리고도 핵분열보다 더 많이 에너지를 얻을 수 있습니다. 즉 꿈의 에너지인 샘이죠. 근데 아직까지 나오지 않은 이유는 핵융합이 너무 어렵다는 것입니다.
무선 결합을 할려면 핵의 거리를 가깝게 해야되는데 수소를 가깝게 하는데 필요한 에너지가 1억도가 되어야지만 수소의 핵이 가까워집니다. 하지만 아직까지는 이렇게 높은 온도까지는 될 수 가 없습니다.
하지만 실험은 해볼수가 있습니다. 바로 입자 가속기로 말입니다. 입자가속기는 말그대로 입자를 가속시키는 건데 수소를 가속 시켜서 수소 핵 끼리 결합을 시키는 것이다. 하지만 이것은 대량으로 할 수 가 없다.
제가 생각해본 것으로는 온도를 서서히 높혀 수소의 핵이 가까워 지기를 기다리는 것이 아니라
수소를 엄청난 압력에 넣어서 강제적으로 가깝게 만드는 것이다. 그렇게가 되면 필요한 온도도 내려갈 것같습니다.
여기까지 제가 쓴 글입니다. 다읽지는 않으셔도 참고를 하셨으면 좋겠습니다.
출처 : 페르미가 들려주는 핵분열, 핵융합 이야기
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