우라늄 238과 235는 어떤 차이가 있고, 왜 무기용으로 쓰이는 것은 235만 가능한가요?
최근 핵폭탄과 관련된 영화가 개봉하면서 궁금한 게 생겼는데요.
우라늄 238과 235는 어떤 차이가 있고, 왜 무기용으로 쓰이는 것은 235만 가능한가요?
안녕하세요. 이종민 과학전문가입니다.
우라늄 238은 핵분열 가능성이 낮은 동위원소입니다. 그러나 핵분열이 가능하긴 하지만 자연방사로 느리게 붕괴되어 방사능을 방출합니다. 이런 속성 때문에 핵연료로 사용되기보다는 방사능 발생 원소로 주로 이용됩니다.
우라늄 235는 자연적으로 핵분열 가능성이 높아 원자핵 붕괴를 일으킬 수 있습니다. 우라늄 235의 특성 중 하나는 핵분열이 일어날 때 중성자가 방출되고, 이 중성자가 주변의 다른 원자핵을 분열시키는 연쇄반응이 일어난다는 것입니다.
우라늄 238은 붕괴가 더 어렵고 중성자의 방출이 적어 핵분열 연쇄반응을 촉진시키기에는 부적합합니다. 그래서 원자력 발전소나 핵무기에 사용되는 것은 주로 우라늄 235입니다.
만족스러운 답변이었나요?간단한 별점을 통해 의견을 알려주세요.안녕하세요. 이상현 과학전문가입니다.
우리늄 235는 중성자수가 모자라 가만히 있지 못하고 스스로 분열하는 불안정한 특성을 가지고 있습니다.
특히, 외부에서 중성자가 날아와 부딪히는 에너지가 주어지면 이 특성이 크게 활성화 됩니다.
또한, 분열하는 과정에서 많은 에너지와 중성자 3개를 방출하기 때문에 주변 우라늄235를 다시 자극하는 연쇄반응도 가능한 물질입니다.
즉, 강한 에너지를 순간적으로 연쇄반응을 일으키기 때문에 고농도로 농축했다가 터트리게 되면 폭탄이 되고, 적은농도로 농축하게 되면 핵 연료봉으로써 발전용도로 사용이 가능합니다.
우라늄 238은 반대로 안정적인 상태이기 때문에 위와같은 반응을 하지 못합니다.만족스러운 답변이었나요?간단한 별점을 통해 의견을 알려주세요.안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.
우라늄 238은 92개의 양성자와 146개의 중성자로 이루어진 원자핵을 가지고 있습니다. 반면, 우라늄 235는 92개의 양성자와 143개의 중성자로 이루어진 원자핵을 가지고 있습니다. 이 차이는 중성자의 수로 인해 발생합니다.
무기용으로 사용되는 것은 주로 우라늄 235입니다. 이것은 핵분열 반응에 더 적합하며, 핵무기나 핵발전소에서 사용됩니다. 우라늄 235이 다른 동위원소보다 더 우수한 핵분열 특성을 가지기 때문입니다. 우라늄 235는 상대적으로 불안정하며, 핵분열을 통해 에너지를 방출할 수 있습니다.
우라늄 238은 핵분열 반응에는 적합하지 않지만, 핵연료로서의 활용이 가능합니다. 우라늄 238은 비교적 안정적이고 자연에서 풍부하게 존재하는 동위원소입니다. 따라서, 우라늄 238은 주로 우라늄-플루토늄 연료 주기에서 중간 단계로 사용되며, 핵분열 반응을 통해 플루토늄 239를 생산하는 과정에서 활용됩니다.
만족스러운 답변이었나요?간단한 별점을 통해 의견을 알려주세요.안녕하세요. 류경범 과학전문가입니다.
우라늄-235와 우라늄-238은 물리적 특성과 핵 반응성이 다르기 때문입니다.
우선 물리적으로 보면 우라늄-235는 지구 우라늄 함량의 약 0.7%를 차지하는 두 번째로 풍부한 동위 원소이며, 92개의 양성자와 143개의 중성자를 포함합니다. 반면, 우라늄-238은 지구 우라늄 함량의 약 99.3%를 차지하는 가장 풍부한 동위 원소로, 핵이 92개의 양성자와 146개의 중성자를 포함하여 총 238개의 질량을 생성합니다.
그래서 우라늄-235는 쉽게 핵분열이 가능합니다. 하지만, 우라늄-238에서는 핵분열 반응이 느립니다.
앞선 설명에서도 알 수 있듯 핵무기용으로 우라늄-235만 사용 가능한 이유는 쉽게 핵분열이 가능하기 때문입니다.
만족스러운 답변이었나요?간단한 별점을 통해 의견을 알려주세요.안녕하세요. 손호현 과학전문가입니다.
우라늄235가 핵분열을 일으키면 같은 무게의 석탄이 탈 때보다 300만배, 석유보다는 220만배의 에너지가 발생해요.
우라늄 1g는 석탄 3톤, 석유 9드럼과 비견되는거죠.
우라늄235는 중성자를 흡수하면 원자핵이 둘로 쪼개지면서 중성자 2~3개를 내놓는 핵분열 반응을 보입니다.
자연상태의 우라늄-235는 0.7%만 존재하는데, 실제로 원자력발전소 연료로 사용할 때는 2~5%만 농축해서 사용합니다.
이러한 농축과정을 반복하면 우라늄-235의 비율이 90% 이상까지 높아지는데,
이는 원자폭탄의 재료로 사용될 수 있습니다.
만족스러운 답변이었나요?간단한 별점을 통해 의견을 알려주세요.안녕하세요. 김태헌 과학전문가입니다.
천연우라늄은 질량수 234(존재 백분율 0.0058%, 반감기 24만 8000년), 235(존재백분율 0.715%, 반감기 7억 1300만 년), 238(존재백분율 99.2%, 반감기 45억 1000만년) 등 3종의 동위원소로 이루어집니다.
우라늄 235(U-234)는 같은 우라늄인데 질량수가 235라는 겁니다.
우라늄 광석에 따라 그 비율이 모두 다릅니다
주로 의미하는게 우라늄 235의 천연 존재비를 의미하는 것으로 우라늄235의 천연존재비는 0.711%라고 되어있습니다
우라늄235의 반감기가 매우 길기 때문에 천연존재비는 그다지 변동이 없을 겁니다
참고로 우라늄광석에 포함된 동위원소의 천연존재비는 U-234 0.0058%, U-235 0.711%, U-238 99.238% 입니다.
우리나라에서는 옥천계 흑색 셰일층에 품위가 낮은 우라늄이 매장되어 있으며, 1970년에 실시한 탐사로 충주에서 금산에 걸쳐 있는 옥천계 지역에 U3O8 평균 함유율이 0.04%(현재 채광하는 품위는 0.13% 이상)인 우라늄광석이 약 6800만톤 정도 매장되어있는 것으로 확인되고 있습니다
원자력발전소에서 사용하는 원전연료는 농축공장을 통하여 우라늄235의 비율을 약2-4%로 높혀 담배필터모양으로 만들어서 고온처리하면 핵연료 소자(펠렛)가 되는데 이것을 특수 파이프관에 수백개를 하나의 다발로 만들어 원자로 넣어 사용합니다
그러나 폭탄의 원료는 천연 우라늄 광석 속에 우라늄235이 약 0.7%가 함유되어 있으며, 나머지 99.3 %는 비분열성인 우라늄 238로 되어 있는 것을 우라늄 238에서 우라늄 235를 추출해 내고, 순도 90 % 이상으로 농축한 것이 원자폭탄의 에너지원(源)이 된다.
만족스러운 답변이었나요?간단한 별점을 통해 의견을 알려주세요.우라늄 238과 235는 원자핵을 구성하는 원자의 개수(중성자와 양성자의 수)에 차이가 있는 동위원소입니다. 여기서 동위원소란 원자 번호(원자핵 내의 양성자 수)는 같지만 중성자의 수가 다른 원소를 의미합니다.
우라늄 238 (U-238):
중성자 수: 146
양성자 수: 92
이 동위원소는 자연적으로 더 많이 존재하며, 핵분열 시간이 상대적으로 길다. 즉, 자연적으로 핵분열이 느리게 일어난다.
우라늄 235 (U-235):
중성자 수: 143
양성자 수: 92
이 동위원소는 핵분열이 더 빠르게 일어나며, 분열 과정에서 중성자가 방출되면서 연쇄 핵분열 연쇄 반응이 가능하다.
무기용으로 사용되는 것은 주로 우라늄 235입니다. 그 이유는 우라늄 235가 더 빠른 핵분열을 일으키며, 충분한 양의 중성자를 방출하여 연쇄 반응을 유발할 수 있기 때문입니다. 이러한 연쇄 반응은 핵폭탄이나 원자력 발전소에서의 원자로 운전에 사용됩니다.
반면 우라늄 238은 핵분열 속도가 느리기 때문에 평소에는 연쇄 반응이 일어나지 않지만, 플루토늄-239와 같은 원소를 생성하는 원자로 내에서도 핵분열이 발생하며, 이것은 핵연료로 활용될 수 있습니다.
만족스러운 답변이었나요?간단한 별점을 통해 의견을 알려주세요.안녕하세요. 홍성택 과학전문가입니다.
이 두 동위원소의 차이는 중성자의 수에 있습니다. 우라늄 235은 중성자의 수가 적기 때문에 핵분열이 더 쉽게 일어나고, 이로 인해 더 많은 에너지가 방출됩니다.
따라서, 우라늄 235은 핵분열에 적합한 동위원소로 여겨지며, 핵무기나 핵발전소에서 사용됩니다. 반면에 우라늄 238은 핵분열이 어렵기 때문에 핵무기로 사용되지 않지만, 우라늄 238은 플루토늄 239로 변환되어 핵무기에 사용될 수 있습니다.
만족스러운 답변이었나요?간단한 별점을 통해 의견을 알려주세요.안녕하세요. 박정철 과학전문가입니다.
무기용으로 U-235가 사용되는 이유는 슬로우 중성자 중심의 체인 반응능력 때문입니다. U-235는 중성자를 쉽게 포착하여 이로 인해 핵분열이 발생하고 대량의 에너지를 생성할 수 있는 특성을 가지고 있습니다. 인위적으로 실험 또는 핵반응을 이용하여 U-235의 함량을 20% 이상으로 높여놓으면 고농축 우라늄이 되며, 무기화 가능한 핵연료가 됩니다.
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