우라늄235에 대한 궁금증입니다.

Question

핵발전이나 핵폭탄에 쓰이는 우라늄235에 대한 궁금증입니다.

핵분열은 어떻게 유도하는 것인가요?

플루토늄은 핵발전에 안 쓰이나요?

Answer 1

안녕하세요. 이상현 과학전문가입니다.

우라늄 235는 불안정한 상태이기에 외부에서 중성자같은 것들의 충격이 일어나면 스스로분열하면서 막대한 에너지와 중성자3개를 내보냅니다.

이와같은 반응이 연쇄적으로 빠르게일어나면 폭탄이되고 느리게일어나면 핵발전에 사용되는 연료봉이될 수 있습니다.

플루토늄도 비슷한원리에의해 작용되고 용도도 구분됩니다.

Answer 2

안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.

핵분열은 불안정한 원자(우라늄, 플루토늄, 라듐 등)에 중성자를 충돌시켜 불안정한 원자가 다른 원자로 변하며 결손되는 질량이 발생하는데, 이 결손된 질량이 에너지로 전환됨에 따라 에너지를 얻어지는 것입니다. 불안정한 원자에 중성자를 충돌 시킴으로써 붕괴를 시키는데 붕괴시 중성자와 에너지가 발산됩니다. 그리고 충돌한 중성자는 다른 불안정한 원자를 충돌시키고, 붕괴되며 나온 중성자 또한 다른 불안정한 원자를 충돌시킵니다. 그리고 다시 붕괴되어 방출된 중성자와 충돌 후의 중성자가 다른 원자에 충돌하게 되죠. 이 반응(1->2->4->8->16...)이 연쇄적으로 일어나 많은 양에 에너지를 얻을 수 있습니다. 이 때 질량 손실에 의해 얻어지는 에너지는 E=mc^2에 의해 계산할 수 있습니다. 만약에 1g의 질량 결손만으로 9000만 줄(J)의 에너지가 생성될 수 있어 굉장한 효율을 낼 수 있죠. 우라늄(235)과 플루토늄(239)은 둘다 불안정한 상태의 원자핵으로 존재하며 중상자 충돌로 쉽게 핵분열이 일어날 수 있습니다. 이 둘의 차이는 우라늄은 자연에서 얻을 수 있는 반면 플루토늄은 우라늄(238)을 중성자와 반응시켜 얻어낼 수 있습니다. 즉, 우라늄을 원료로 넣은 원자로에서 플루토늄을 얻어낼 수 있죠. 이 플루토늄 또한 핵분열 반응을 일으킬 수 있으므로 핵무기나 핵발전에 사용될 수 있습니다.

Answer 3

우라늄-235(U-235)는 핵발전과 핵폭탄을 위한 연료로 사용되는 핵종 중 하나입니다. 핵분열은 원자핵이 불안정한 상태에서 중성자의 충돌로 핵이 분열되는 과정을 의미합니다. 이 과정은 제어된 방식으로 핵발전에 활용될 수도 있고, 불제어 상태에서 폭발하는 핵폭탄의 원리로도 작용할 수 있습니다.

핵분열 과정:

1. 핵반응물 제공: 핵반응을 유발하려면 핵분열 가능한 핵종(U-235 등)을 준비합니다.

2. 중성자 충돌: 중성자를 이용하여 핵종의 핵을 총돌시킵니다. 중성자는 전하를 가지지 않는 입자로, 핵종의 양성자와 전자를 무시하고 핵을 통과할 수 있습니다.

3. 핵분열: 중성자의 충돌로 핵종의 핵이 분열하면서 두 개의 작은 핵으로 분해됩니다. 이 과정에서 에너지와 더 많은 중성자가 방출될 수 있습니다.

4. 중성자 산란: 분열과정에서 추가적인 중성자가 방출되는데, 이 중성자가 다른 핵종을 충돌시켜 추가적인 분열을 일으킬 수 있습니다. 이것이 연쇄 반응이며, 이를 통해 많은 핵발전 에너지가 생성됩니다.

플루토늄도 핵발전에 사용될 수 있습니다. 플루토늄-239(Pu-239)는 중성자를 흡수하여 플루토늄-240로 변화시키는 과정을 거친 후 핵분열이 일어나는데, 이것을 "Pu-239 연쇄분열"이라고 합니다. 플루토늄은 우라늄-235보다 더 높은 중성자 흡수 효율을 가지며, 이로 인해 보다 효율적인 핵분열과 연쇄 반응이 가능합니다.

결론적으로, 핵분열은 핵종의 분열로 인해 방출되는 에너지를 활용하는 과정으로 핵발전에 활용되며, 우라늄-235와 플루토늄-239 모두 이러한 프로세스에서 중요한 역할을 합니다.

Answer 4

안녕하세요. 홍성택 과학전문가입니다.

핵분열은 핵자원인 원자핵을 인위적으로 분열시키는 과정입니다. 일반적으로 핵분열은 중성자를 이용하여 원자핵을 충돌시키는 방식으로 유도됩니다. 중성자가 원자핵과 충돌하면 원자핵이 분열하여 두 개의 작은 원자핵으로 분해되고, 동시에 중성자와 에너지가 방출됩니다. 이 과정에서 방출된 중성자는 다른 원자핵과 충돌하여 추가적인 분열을 유발할 수 있습니다. 이렇게 연쇄적으로 일어나는 핵분열 반응을 제어하여 원자력 발전이 이루어집니다.

플루토늄은 핵분열 연료로 사용되는 중요한 원소입니다. 플루토늄-239는 핵분열 반응에서 중요한 역할을 하는 핵종으로, 핵분열 연료로 사용됩니다. 플루토늄-239는 우라늄-238을 중성자로 충돌시켜 생산할 수 있습니다. 그러나 플루토늄은 핵무기 생산에도 사용될 수 있는 위험한 물질로 간주되어 국제적으로 규제되고 있습니다.