원자폭탄의 폭발은 어떤 과학적인 원리가 있는지 궁금합니다.

Question

안녕하세요

원자폭탄의 폭발은 어마오마한 위력으로 폭발을 하는데요,

문득 궁금한데 이 원자폭탄은 어떤 과학적인 원리로 폭발하는 것인지 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.

원자폭탄은 핵분열에서 생성된 에너지를 이용한 폭탄입니다.

핵분열은 불안정한 원자(우라늄-235과 같은)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, 이 반응이 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 발산됩니다.

원자 폭탄의 경우 폭발 에너지가 막대합니다. 그래서 폭발 순간의 충격파로 인해 주변의 공기를 밀어내 순간적으로 진공상태가 될 수 있죠. 그리고 폭발이 끝나면 진공상태(저기압 상태)에 있는 공간으로 다시 외부에 있는 공기(상대적으로 고기압 상태)들이 빠른 속도로 연기와 함께 흘러 들어와 위로 솟구치게 됩니다. 그러면서 버섯구름 모양이 생성되는 원리이죠.

Answer 2

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

원자폭탄의 폭발은 핵분열이라는 과학적인 원리에 기반합니다. 이 과정은 알버트 아인슈타인의 E=mc² 이론과 관련이 있습니다. 원자폭탄은 일반적으로 우라늄-235나 플루토늄-239와 같은 핵연료를 사용합니다.

원자폭탄의 폭발은 제어된 핵분열 연쇄 반응을 이용합니다. 먼저, 충분한 양의 핵연료를 한 곳에 모아서 크리티컬 매스라고 하는 양보다 많은 우라늄-235나 플루토늄-239 원자핵을 가지고 있는 상태를 만듭니다. 그런 다음, 적절한 조건에서 원자핵을 분열시키는 반응을 유발합니다.

이 분열 반응은 하나의 핵연료 원자핵이 중성자와 함께 분열되면서 엄청난 에너지와 추가 중성자를 방출합니다. 이 추가 중성자들은 다시 다른 핵연료 원자핵과 충돌하여 분열을 유발하는 연쇄 반응을 일으킵니다. 이 과정에서 방출되는 엄청난 에너지는 폭발로 이어지며, 폭발에 따른 열, 압력, 방사능 등이 발생합니다.