안녕하세요~흥미롭고 재미있는 과학 흥. 재. 과입니다!
여러분은 최근에 개봉한 크리스토퍼 놀란의 신작! "오펜하이머" 관람하셨나요?
천재과학자 오펜하이머의 파란만장한 일대기와 핵개발프로젝트를 그린 영화인데요.
아직 관람은 못했지만 올해 개봉작 중 정말 기대되는 영화 중 하나였습니다!
(러닝타임이 3시간 일 줄은 몰랐지만)
로버트 오펜하이머(J. Robert Oppenheimer)는 미국의 맨해튼 프로젝트에서
핵 물리학자로서 핵개발 연구 및 개발을 전두지휘하였으며
실제 프로젝트를 성공하는데 중추적인 역할을 하였습니다.
오늘은 작 中 나오는 원자폭탄(핵폭탄)이란 무엇인지?!
그 개념과 원리에 대해 알아보겠습니다!
특수상대성이론
원자폭탄을 알기 전에 알버트 아인슈타인의 특수상대성이론에 대해 들어보셨나요?
특수상대성이론의 대표적인 공식은 E=mc²입니다.
아주 작은 질량이라도 어떤 물질의 속도가 빛의 속도에 다다르면 에너지가 매우 커진다는 것입니다.
즉, 질량과 에너지의 관계를 나타내는 이론이죠.
특히, 원자핵은 밀도가 아주 높기 때문에 이 원자핵이 분열됨으로써
질량이 에너지로 변환된다면 매우 큰 에너지를 얻을 수 있는 것이죠!
원자폭탄(Atomic Bomb)
일명 핵폭탄이라고 하는 원자폭탄은 원자핵이 분열되면서
방출되는 에너지로 매우 강렬한 폭발을 나타내는 말입니다.
먼저 원자핵은 양성자와 중성자로 이루어진 입자를 말하는데요.
양성자는 양전하를 가짐으로써 원자번호를 부여할 때 이 양성자의 수에 따라 결정됩니다.
중성자는 전하를 가지지 않고 있으며 원자핵의 안정성을 유지하고 있습니다.
양성자도 핵분열 시 기여를 하지만 메인은 중성자의 충돌입니다.
우라늄 혹은 플루토늄의 원자핵에 특정 원소의 중성자를 충돌시킨다면
원자핵의 질량이 손실되면서 그만큼의 어마어마한 에너지가 생기는 것이죠!
이것이 바로 핵분열 반응(Nuclear Reaction)입니다!
이렇게 핵분열 반응이 시작되면 중성자는 옆에 있는 다른 원자핵을 연쇄적으로 충돌하게 됩니다.
이렇게 되면 찰나의 순간에 수많은 양의 핵이 쪼개지고
에너지를 발산함으로써 엄청난 폭발력이 생기는 것이죠!
이것이 바로 핵분열 연쇄반응(Nuclear Chain Reaction)입니다!
우라늄을 쓰는 이유는 매우 상태가 불안정한 특성이 있기에 일정량(약 10~15kg)이
핵분열 임계점을 넘기기에 충분하다면 각각의 핵이 스스로 쪼개지면서 터지기 때문입니다.
원자력 발전소의 핵분열
이러한 핵분열 반응을 조절하여 폭발의 임계점까지 넘지 않고
안정적으로 에너지를 얻는 것이 원자력 발전소의 기본 원리입니다!
우라늄의 핵분열을 적절히 조절하기 위해서 원자폭탄에 쓰이는 고농축의 우라늄과는 달리
저농축의 우라늄(U-235의 2~5% 수준)을 사용합니다.
그 밖에도 안정적인 발전을 위한 제어봉과 냉각시스템이 존재하기에
일본의 후쿠시마에서 원자력 발전소 방사능 누출과 같은 재해는
이러한 시스템이 파괴되지 않는 이상 폭발로 이어질 가능성은 매우 낮습니다!
이렇게 핵분열로 얻은 열은 물을 끓이게 되고 터빈과 같은 발전기를 돌려 생산된 전기가
송전선을 타고 저희에게 전달되는 것이죠.
오펜하이머는 이 원자폭탄이라는 무기가 얼마나 강한지 알고 있었으며
인류를 멸망시킬 수도 있다는 것을 알고 있었기에 마지막까지 고민하였고
원자폭탄이 세계의 평화를 지키기 위한 무기라고 생각하였습니다.
매우 강력한 동시에 수많은 사람들의 목숨을 앗아간 무기이기에
그에 대한 회의감과 죄책감이 들었을 오펜하이머는 천재이지만 비운의 과학자라고 생각합니다.
일본은 1945년 8월 6일, 8월 9일 오펜하이머가 개발한 원자폭탄 공격으로 인해
8월 15일 무조건 항복을 선언하였죠.
(오펜하이머의 한국 개봉일은 8월 15일 광복절)
일본도 많은 피해를 입었지만 저는 이 원자폭탄으로 인해 수만 명의 조선인이 사망하였고
광복을 준비하던 대한제국은 이들의 희생으로 광복이 앞당겨졌다고 생각합니다.
8월 15일 광복절을 맞아
자주독립을 위해 희생하신 독립운동가 분들에게 진심으로 감사를 표합니다.
이상 흥. 재. 과였습니다!
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