원자폭탄 원리에 대해 궁금한게 있습니다.

Question

원래 우라늄이 가진 질량과 핵분열을 하면서 원자핵이 분열되어 나온 질량이 다르다고 하는데요.

왜 질량에 차이가 있는 건가요?

질량보존의 법칙을 생각하면 같아야 하는거 아닌가요?

하얀도화지113 · Accepted Answer

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.네, 질량보존의 법칙은 에너지가 보존되는 과정에서 질량이 변하지 않는다는 원리를 말합니다. 하지만 핵분열 반응은 에너지와 질량 간의 상호 변환을 포함하고 있습니다.핵분열은 원자핵이 분열하여 두 개의 작은 원자핵과 중성자, 그리고 에너지를 생성하는 과정입니다. 분열 과정에서 생성된 작은 원자핵과 중성자는 각각 질량을 가지고 있습니다. 이때 생성된 원자핵과 중성자의 질량의 합은 원래 원자핵의 질량과 비교해서 조금 작아지게 됩니다.이것은 앨버트 아인슈타인의 상대성 이론인 E=mc²에 기인합니다. 이 이론에 따르면 에너지와 질량은 서로 상호 변환될 수 있습니다. 핵분열 반응에서 발생하는 에너지는 질량의 일부를 대신하여 생성됩니다.

느림보거북이1 · Answer

안녕하세요. 김재훈 과학전문가입니다.질량 보존의 법칙은 화학 반응에서만 성립합니다. 핵분열은 화학 반응이 아닌 핵반응이기 때문에 질량 보존의 법칙이 성립하지 않습니다. 핵분열은 원자핵이 중성자를 흡수하거나 다른 원자핵과 충돌하여 쪼개지는 반응입니다. 이때 원자핵의 결합 에너지가 방출되어 열과 방사선이 발생합니다. 원자핵의 결합 에너지는 원자핵을 구성하는 양성자와 중성자의 질량보다 작기 때문에, 핵분열이 일어나면 원자핵의 질량이 줄어들게 됩니다. 즉, 원래 우라늄이 가진 질량과 핵분열을 하면서 원자핵이 분열되어 나온 질량이 다른 이유는 핵분열 과정에서 방출된 원자핵의 결합 에너지 때문입니다. 실제로, 우라늄-235의 핵분열을 통해 생성되는 세슘-141과 바륨-140의 질량은 우라늄-235의 질량보다 약 0.1% 적습니다. 이 차이는 방출된 원자핵의 결합 에너지와 약 200MeV의 운동에너지에 해당합니다. 따라서, 질량 보존의 법칙은 화학 반응에서만 성립하고, 핵반응에서는 성립하지 않음을 알 수 있습니다.

굉장한호돌이84 · Answer

안녕하세요. 이상현 과학전문가입니다.핵분열이 진행되는 방사성원소의 경우 분열되면서 중성자와 같은 질량을가진 물질을 버리기도합니다.예를들어 우라늄235의 경우 분열하면서 중성자 3개를 방출하고, 나머지 다른물질로 쪼개지게 됩니다.처음 원자의 붕괴를 발견했던 이유도 쪼개진 물질과 처음물질의 질량이 달랐기 때문이고, 이러한 질량의 차이는 방출되어 흩어진 중성자에 의한것으로 확인되었던 것입니다.

탈퇴한 사용자 · Answer

안녕하세요. 박정철 과학전문가입니다.우라늄이 핵분열을 통해 에너지를 방출할 때, 분열 전후의 질량 사이에는 약간의 차이가 있습니다. 이것은 아인슈타인의 유명한 공식, E=mc^2에서 설명할 수 있습니다. 여기서 E는 에너지, m은 질량, c는 빛의 속도입니다.핵분열 과정에서 일어나는 질량의 손실은 실제로 에너지로 변환되어 방출됩니다. 분열 전후에 나타나는 질량 차이를 '결손질량' 또는 '질량 결손'이라고 부르며, 이 결손질량을 아인슈타인의 공식에 대입하면 분열 과정에서 방출되는 에너지 양을 계산할 수 있습니다.따라서 핵분열과 같은 반응에서 "질량보존 법칙"이 적용되지 않아 보일 수도 있지만, 실제로는 "에너지와 질량 보존 법칙"에 따르면 에너지와 질량 모두가 보존된다고 볼 수 있습니다. 즉, 핵분열 과정에서 소비된 직접적인 '물리적' 질량은 그에 상응하는 양의 에너다로 변환되어 방출됩니다.

고혹적인가마우지34 · Answer

원자폭탄은 핵분열을 이용한 핵무기로서, 매우 강력한 폭발력을 가지고 있습니다. 이러한 원자폭탄의 작동 원리는 핵분열과 연결되어 있습니다. 아래는 원자폭탄의 작동 원리에 대한 간단한 설명입니다.

핵분열: 핵분열은 원자핵이 분열하여 두 개의 작은 원자핵으로 분해되는 과정을 말합니다. 이 과정에서 에너지와 중성자가 방출됩니다. 원자폭탄은 주로 우라늄-235 (U-235) 또는 플루토늄-239 (Pu-239)와 같은 핵분열성 동위원소를 사용합니다.
급속 중성자 반응: 원자폭탄이 작동하기 위해서는 핵분열이 시작되어 중성자가 방출되어야 합니다. 이 때 중성자의 조절이 중요한데, 반응을 시작하기 위해 추가적인 중성자가 필요합니다. 일반적으로 원자폭탄에서는 이런 중성자를 생성하기 위해 커다란 양의 일반적인 폭발물이나 가속기를 사용합니다.
크리티컬 매스와 초과 중성자: 핵분열 반응이 지속되기 위해서는 원자핵이 일정한 양보다 많아야 하는데, 이를 크리티컬 매스라고 합니다. 중성자가 충분하지 않으면 반응이 멈추게 되지만, 초과 중성자가 존재한다면 추가적인 핵분열이 일어나 큰 양의 에너지가 방출됩니다.
연쇄 반응과 에너지 방출: 핵분열이 시작되면 분열된 핵들이 추가적인 중성자를 방출하면서 연쇄 반응이 일어나게 됩니다. 이 과정에서 엄청난 양의 에너지가 방출되며, 이 에너지가 주변 환경과 물질을 폭발시키는 원자폭탄의 폭발력이 됩니다.

요약하면, 원자폭탄은 핵분열 반응을 이용하여 엄청난 양의 에너지를 방출하는 무기입니다. 핵분열은 원자핵의 분열로 인해 중성자와 에너지가 방출되며, 이를 조절하여 연쇄 반응을 일으켜 폭발력을 생성합니다. 이러한 원리로 인해 원자폭탄은 상당히 강력한 파괴력을 가지게 됩니다.