핵력이 어떻게 무기로 변하나?

[핵력이란 무엇인가]

이세상의 모든 물질은 눈에 보이지 않는 원소이 구성합니다. 핵을 설명하려면  보이지 않는 작은 원자의 세계에 대한이해가 필요합니다.  현재 지구상 혹은 우주에 존재하는 힘은 4가지입니다. 첫째 별과 별사이에 작용하는 만유인력, 지구와 그 위에 물체와 작용하는 중력이다. 두 번째 원자핵과 전자를 결속시키는 ‘전자기력’이다. 우리가 사용하는 모든 가전제품은 이 힘을 이용한다.세번째 원자핵 안에서 양성자와 중성자를 결속하는 핵력이 다. 네번째 소립자들 사이에 작용하는 약력이다. 이 4가지 중 가장 강한 힘이  핵력이다. 수,헬,리,베 하며 고등학교 화학시간에 외운 주기율표 원소들은 세상의 모든 물질들을 이루는 기본원소이다. 이 원소들은 중간에 핵이 있고 주위에는 전자가 분포하며 핵속에는 양성자와 중성자가 모여 있다. 전기적으로 같은 극은 반발한다. 핵속에 양성자 여러개가 묶여 있기는 힘들다. 이 반발을 이기고 묶어 주는 힘이이서 강한다. 핵폭발은 바로 이 힘을 깨트리면서 일어나는 현상이다.

[핵력을 무기로 사용하기 위한 물리학적인 원리의 이해]

미국에서 우리나라 전체 예산의 몇 배를 들여가며 만드는 입자 가속기는 핵을 깨뜨리고 그 순간 튀어나오는 입자를 연구하기 위한 장치이다.   핵력은 일반원자 에너지에 약 100만 배에 달한다. 그래서 깨지지 않는다. 자연상태에서 쉽게 깨지는 물질이 있는데 바 방사성동위원소라고 한다. 동위원소란 같은 원소이지만 질량수가 다른 것을 말한다. 질량수가 다른 원인은 중성자의 수가 다르기 때문이다. 주기율 표의 화학원소는 하나 이상의 방사성 동위원소를 갖는다. 예를 들어 가장 가벼운 원소인 수소는 질량수(質量數)가 1, 2, 3인 3개의 동위원소가 있는데 이 중 3번째가 방사성을 내는 물질이다. 지금까지 다양한 원소에서 1,000개 이상의 방사성 동위원소가 있음이 알려졌다. 방사성 동위원소의 핵은 매우불안정하여 금방 붕괴하여 안정한 핵으로 가려는 성질이 있다. 런 불안정한 핵종의 하나가 우라늄, 플루토늄 동위원소이다. 일반적으로 원자폭탄이라고 하면 우라늄 235 를 이용한다. 우라늄 235에 중성자를 주입하면 요오드(I)와 이트륨(Y) 으로 분열하며 세 개의 중성자와 방사선인 감마선을 방출한다(γ 분열). 이 때 나온 중성자는 다른 우라늄 235 를 핵 분열시키는데에 쓰이며 '연쇄반응'을 일으킨다. 그리고 우라늄 235 원자 한 개가 위와 같은 핵분열을 일으키며 질량 결손이 발생한다. 질량이 아주 소량 약 3.5 밑에 동그라미가25개가 붙는 그람이다.  그러나 이 작은 질량이 에너지로 바뀌면 엄청난 크기이다. 이를 계산하는 공식은  이인슈타인의 "이는 엠씨스퀘어"E=mc^2 식이다. 여기서 c는 빛의 속도로 1초에 지구를 7바퀴 반을 도는 크기의 수이다.  작은 질량 결손이 에너지로 변하면 이 빛의 속도의 두 배이이므로 수는 더 커진다. 우라늄 1그람이 핵분열하며 내는 에너지의 양을 이 공식으로 계산하면 석탄 3톤을 태울 때 발생하는 열량과 같다. 이러한 핵폭발을 천천히 지연시키면서 이용하는 에너지가 원자력발전소이며 한꺼번에 터트리면 핵폭탄이다. 핵물질을 얻기 위하여는 자연 상태의 우라늄을 농축시킨다. 천연 우라늄은 핵분열 반응을 일으키는 우라늄 235와 반응을 일으키지 않는 우라늄 238로 나눈다. 우라늄 235는 기체상태로 전환해 저 농도로 농축 시켜 원자력 발전, 고도로 농축 시켜 폭탄을 제조한다.  불안정한 방사성 핵종이 좀 더 안정한 핵종으로 변환할 때 방출하는 입자나 전자파의 형태를 갖는 에너지 집합체 흐름이 방사선 알파, 베타, 감마파다. 이중 가장강한 것이 감마선이다. 감마선은 약 50cm 정도되는 우리 몸도 투과한다. 감마선이 투과하지 못하게 하려면 납두께 약 3cm 정도의 갑옷을 만들어야한다. 방독면 쓰는 것으로는 방사선을 막을 수 없다.

[지구 중심에서 일어나는 핵 반응의 유익한  점]

현재도 태양으로부터도 몸에 해로운 방사선이  쏟아져 들어오고 있다.  사람이 죽지 않는 이유는  오존층 때문이다. 오존층은 태양의 자외선을 흡수하여(약90%) 지구에 도달하는 것을 막아준다. 오존층이 없다면  피부 그을림, 시력손상, 피부암, 피부주름 및 노화 등을 일으킨다. 자외선은 엽록체를 파괴시켜 농작물의 수확량을 감소시키다. 어류의 먹이인 플랑크톤도 감소 시켜 생태계를 파괴한다. 이로 인하여 오존층이 없다면 지구상의 모든 생물은 죽는다.

[핵폭탄이 도시에 터졌을 때 입는 피해의 정도]

핵폭탄이 어떤 도시에 떨어지는 것을 가정해 본다. 첫 번째 피해는 열복사이다. 시내를 중심으로 약 3km 거리의 모든 것이 폭발과 동시에 "증발"한다. 태양에서 오는 열의 약 1,000배의 열이다.  1, 2초안에 불 탄다는 말보다 순간적으로 증발한다는 말이 적당하다 한다. 두번째는 후폭풍 파괴이다. 터지는 지역으로부터 3km 반경의 불덩이가 생길 때 엄청난 공기를 흡입하였다가 다시 팽창시킨다. 이때 공기가 빨려 들어가며 건물이 붕괴하고 이어 팽창하면서 시속 1,000km 속도 폭풍이 발생한다.  그리고 폭풍은 시속 400km ,350km의 속력으로 약 7~9km떨어져 있는 곳까지 모든 것을 날려 버린다. 후폭풍은 진도7의 지진과 같은 파괴력이 있다. 지상의  90%이상 건물이 충격으로 파괴된다.  세 번째는 낙진피해다. 엄청난 후폭풍으로 인해 차량, 인간, 건물 파편 등이 공중으로 날아가는데 약 2~3km정 도의 높이까지 올라간다. 그리고 바람을 타고 올라간 낙진이 뿌연 재로 눈같이 떨어진다.  여기에는 방사선이 포함되어 있어서 노출된 사람은 2주내지 길게 6개월 안에 사망한다. 그리고 방사능으로 인한여 4,5대에 걸처서 암으로  고통 받고 기형아 출산 등 말못 할 피해가 계속된다. 핵무기는 원자로와 재처리 시설이 필요한데 1기씩을 확보하는 데는 수조 원의 비용이 든다. 여기에 우라늄 확보, 핵물질 처리, 농축, 미사일 제조ㆍ탑재 등을 감안하면 핵무기 1기 제조 시 1,000억원 정도 비용이 든다.

핵폭탄

[핵의 유용한 이용 사례]

방사성 물질은 인간이 나쁘게 이용하지 않으면 대단히 유용하게 사용한다.  X레이 촬영이 있고 원자력발전도 있다.   핵반응의 원리 때문에 우주의 태양들이  존재한다. 밤하늘을 수놓는 아름다운 별들도 마찬가지 이다.지구의 내부도 핵반응으로  4천도이상의 온도가 유지되고 이것이 우리의 생명을 유지해주는 역할을 한다. 자석이 항상 북쪽을 가리키