문서의 임의 삭제는 제재 대상으로, 문서를 삭제하려면 삭제 토론을 진행해야 합니다. 문서 보기문서 삭제토론 원자폭탄 (문단 편집) == 기본 방식 == [[파일:핵폭탄구조.jpg|width=400]] [[파일:핵폭탄폭발.gif|width=250]] '''<압축식 [[플루토늄]] 핵폭탄의 기본 방식>''' 1. 기폭장치(중성자 점화기)가 점화되면 플루토늄 원통의 중심으로 대량의 [[중성자]]를 방출한다. 1. [[폭축렌즈|동시에 플루토늄 원통 주변에 있는 폭발물이 폭발하면서 플루토늄 원통을 찌그러뜨려서 강하게 압축시킨다.]] 1. 내부로 공급된 대량의 중성자와 압축된 플루토늄의 결과로 내부의 [[핵분열]] 반응은 빠르게 [[임계질량]]에 도달한다. 1. 플루토늄 원통이 파괴되면서 1억도가 넘는 에너지가 사방으로 방출되고 핵폭발이 일어난다. 대체로 [[우라늄]](원자번호 92)과 [[플루토늄]](원자번호 94)을 사용해 만든다. 아무거나 되는 건 아니고 핵분열이 쉽게 일어날 수 있는 우라늄-235나 플루토늄-239 같은 [[방사성 동위원소]]를 쓴다. 우라늄의 경우 천연 우라늄의 극히 일부인 우라늄-235를 따로 추출해 사용하며[* 천연 상태에서는 전체 우라늄의 1% 미만][* 이거 빼내고 남은 것이 [[열화우라늄]] 또는 감손우라늄이라고 부르는, 미군이 날탄이나 전차 장갑으로 사용하는 물건이다.--방사능물질을 총알과 장갑으로 써먹는 [[미국|천조국의]] 위엄--] 플루토늄의 경우 원자로 안에서 우라늄-238에 중성자맞은 물건이 변신[* 중성자 맞고 넵투늄(원자번호 93)으로 바뀐 다음 베타 붕괴해서 플루토늄으로 간다. 핵반응식은 아래와 같다.[br]\displaystyle _{92}^{238}\text{U} + \displaystyle _{0}^{1}n → \displaystyle _{ 92}^{239}\text{U} → \displaystyle _{ 93}^{239}\text{Np} + e^{-}[br]\displaystyle _{ 93}^{239}\text{Np}→\displaystyle _{ 94}^{239}\text{Pu} + e^{-}]한 것을 따로 모아 사용한다. 이런 핵물질들의 방사성 감쇠는 기본적으로 알파 붕괴를 따르지만(우라늄은 45억년이 지나면 절반으로 줄어든다), 중성자선을 흡수한 경우에는 붕괴하지 않고 핵분열을 통해 감쇠가 일어나며, 이 때 다시 중성자선이 발생한다. 물론 이 새롭게 발생한 중성자선은 또 다시 다른 원자의 핵분열을 일으킬 수 있고, 따라서 중성자가 어떤 이유에서든 발생했다면, 연쇄적으로 핵분열이 일어날 수 있다. 그런데, 아주 낮은 빈도로 중성자선을 흡수하지 않고도 핵분열이 자발적으로 일어나는 경우도 있는데, 이 자발적 핵분열로 발생한 중성자선은 핵분열의 연쇄반응을 일으키는 트리거로 작동할 수 있다. 다만, 일반적인 경우 자발적 핵분열로 발생한 중성자선은 거의 대부분은 허공으로 흩어지게 되어 유의미한 수준의 핵분열 연쇄반응을 일으키지는 못한다. 그러나, 적당한 덩어리로 모아두면 나오는 중성자의 수가 중성자를 맞고 분열하는 원자 수보다 많아지게 되므로, 1-2-4-8-...식으로 매우 폭발적인 반응을 일으키게 되는데, 이 질량 한계를 [[임계질량]]이라고 부른다. 자발적 핵분열의 빈도는 정말로 극히 낮긴 하지만 반드시 일어나게 되어 있으므로 임계질량 이상으로 뭉쳐놓기만 하면 오래지 않아(사실, 즉각적으로 일어난다) 중성자 연쇄반응이 일어난다. 결과는 대폭발.[* 핵무기는 사실 근본적으로 커다란 모순을 안고 있는데, 폭발의 목적과 폭발의 조건이 서로 상충되기 때문이다. 폭발의 조건은 한 점에 뭉쳐놓는 것이고, 폭발의 목적은 물론 빠르게 흩뜨리는 것이다. 결국 임계질량으로 뭉쳐놓는 행위 자체가 임계질량 이상으로 뭉쳐지는 것을 막는 장해로 작용한다. 이런 모순을 극복하기 위해 찰나의 순간보다도 훨씬 더 짧은 시간 내에 최대한 많은 핵분열 연쇄가 일어나도록 해야 한다. 따라서, 어떻게 중성자 연쇄 반응의 단계를 높일 것인가가 핵무기 개발의 성패를 좌우하며, 원자폭탄이 폭발하는 원리 자체는 무척이나 간단하지만 단순히 임계질량 이상으로 뭉쳐놓는다고 해서 핵무기에 상응하는 대폭발이 일어나길 기대하는 것은 힘들고 실제로 개발에 성공하는 게 말처럼 쉽지만은 않은 것이 이 때문이다. 또한, 위와 같은 이유로 핵무기를 만들때는 단순히 핵연료 자체의 자발적 핵분열에 맡겨 놓는 것이 아니라, 이 이외의 추가적인 다량의 중성자를 획득하기 위해 이른바 중성자 점화 장치를 설치하는 것이 일반적이며, 보통 캘리포늄이 활용된다. 이를 통해 1-2-4-8-...이 아니라 1억-2억-4억-8억-...으로 연쇄 단계(generation)의 초반부를 상당히 절약할 수 있으며 연쇄 단계의 절약으로 인한 폭발의 위력은 기하급수적으로 증가한다. 이후의 주석에서 설명하겠지만 사실 핵연료 자체의 자발적 핵분열로 발생한 중성자는 핵무기 개발에 난관으로 작용할 수 있으며, 이 뿐만 아니라 우주선(線) 등에 의해 발생한 중성자 등에 의한 반응도 통제하기 위해 차폐가 필요하다.] 그리고 이 반응은 화학반응을 이용하는 화약류와 달리 [[알베르트 아인슈타인]]의 E=[[MC²]] 공식을 따르기 때문에 나오는 에너지량이 무지막지하다. 우라늄 폭탄과 플루토늄 폭탄은 구조가 완전히 다르다. 우라늄 폭탄은 주로 작은 두 덩어리들을 합쳐 큰 덩어리(>임계 질량)를 만드는 이른바 포신형 방식으로 폭발을 일으킨다. 히로시마에 떨어진 리틀 보이는 우라늄 폭탄이기 때문에 이 방식을 사용했다. 플루토늄 폭탄의 경우 이러한 방법으로 제대로 된 폭탄을 만들 수 없기에 훨씬 더 복잡한 구조가 필요하다.[* 플루토늄에는 플루토늄-240이 낮은 비율로 포함되어 있는데, 플루토늄-240은 엄청난 빈도로 자발적 핵분열을 일으킨다. 앞의 주석에서 설명한 바와 같이 핵무기가 제대로 된 위력을 내기 위해선 한 순간에 최대한 많은 연쇄반응이 일어나야 하는데, 플루토늄 폭탄에 우라늄 폭탄과 같은 포신형 방식을 쓸 경우 플루토늄-240의 자발적 핵분열로 인해 임계질량에 도달하기 전에 미리 연쇄반응이 시작되어, 연쇄반응이 일순간에 폭발적으로 일어나지 않고 장시간 늘어져서 일어나게 된다. 이를 흔히 이르게 폭발한다고 조폭(早暴) 현상이라고 부르는데, 이 조폭이 후에 있어야 할 폭발적인 연쇄 반응을 막아버린다. 즉, 제대로 된 폭탄이 만들어지지 않는다. 따라서 플루토늄의 경우 이 조폭 현상을 극복할 만한 다른 방안이 필요하다. 참고로 플루토늄-240은 플루토늄-239와 질량차이가 거의 없기 때문에 플루토늄-239로부터 분리해 낼 수 없다.] 내파를 이용해 임계 이하의 덩어리를 순간적으로 압축해 이 과정에서의 내파압을 이용해 핵분열 반응이 최대한 지속될 수 있도록 덩어리를 유지하는 방식을 쓴다. 나가사키에 떨어진 팻맨이 이 방식을 따랐다. 우라늄-235를 99%[* 우라늄을 핵연료로 하여 유일하게 실전에서 사용된 원자폭탄인 리틀보이의 경우 사실 농축률은 90%정도밖에 되지 않았다. 하지만, 이 정도의 농축률로써는 현대전에서 쓸 수 있을만한 제대로 된 핵무기는 만들 수 없다. 맨해튼 계획 당시 낮은 농축률을 극복하기 위해 많은 양의 우라늄을 연료로 사용했는데 핵연료의 양이 늘어나는 만큼 폭탄의 전체적인 구조가 커지고 무거워진다. 즉, 농축률이 낮은 경우 탄두의 소형화와 경량화가 불가능하다. 이래서는 ICBM이나 SLBM의 탄두에 싣는 것은 고사하고 스텔스 폭격기에 싣기도 어려워진다. 즉, 현대전에선 쓸 수 없다. 문제는 여기서 그치지 않는다. 핵연료에 포함된 우라늄-238은 중성자를 포획하면 분열하지 않고 그대로 흡수해 버린다. 따라서 중성자 연쇄반응을 도중에 끊어버린다. 이렇게 연쇄반응이 끊어지게 되면 핵폭탄의 위력은 기하급수적으로 줄어들게 된다. 실제로 리틀보이의 경우 엄청난 양의 핵연료가 사용되었지만 이 중 극히 일부만 연쇄반응을 일으켜서 폭발을 일으키고 거의 대부분이 그냥 공중에 그대로 흩뿌려졌다. 따라서 이러한 위력저하를 막기 위해서는 연쇄반응을 억제하는 우라늄-238을 가능한 한 제거해야 한다.] 이상으로 농축하는 일은 엄청난 시간과 비용이 들어가기 때문에, 최초에 만들어진 극소수를 제외하면 모든 핵폭탄은 플루토늄을 쓰며 따라서 사실상 후자의 방법만 쓰인다. 과거에 이 두 폭탄이 길이가 3m가 넘는 초대형폭탄이였던 것에 비해, 지금은 기술의 발달로 작은 건 30cm 정도의 크기이다. 따라서, 이걸 만들기 위해서는 다음 단계를 거친다. 1. 핵분열 물질을 모은다. 우라늄의 경우 원광이 '''많이''' 필요하고 그거 분류 정제하는데 꽤 공이 많이 들지만, 플루토늄의 경우는 그냥 원자로 하나하고 차폐된 소규모 재처리 시설로도 가능하다. 영변에 있다는 것이 이거다. 영변에는 폭탄 만들기 딱 좋은 RBMK와 더불어 마그녹스도 있었다. 2. 폭탄을 설계하고 제작한다. 이건 내파가 가능한 형태의 소형 폭탄을 만드는 것과 동일하다. 나가사키에 떨어진 [[팻 맨]]이 이 물건. 단, 내파가 됐는지 안됐는지는 제대로 된 데이터를 가지고 있는 경우 컴퓨터 시뮬레이션만 갖고도 된다지만 ([[미국]]) 그게 없는 나라는 그냥 터뜨려보기 전엔 모른다.[* 제대로 폭발하지 않는다고 해서 이른바 더러운 폭탄이 되지는 않는다. 그냥 불발탄이 될 뿐이다. 플루토늄-239는 반감기가 수만년에 이르고 우라늄-235는 이 보다도 훨씬 길며 기본적으로 알파 붕괴한다. 플루토늄-239를 흩뿌린다고 해서 위험한 방사능 지대가 만들어 지지는 않는다. 물론 제대로 폭발하지 않았으므로 흩뿌려지기도 힘들다. 핵폭탄이 설계된 대로 폭발하면 반감기가 수 일에서 수십 년 수준인 매우 골때리는 방사성 원소가 대량 생성되므로, 불발할수록 기본적으로 더 깨끗한 폭탄이 된다.] 문제는, 이 내파를 극도로 고르고 정확하게 생성해야 하는데, 이것이 매우 힘들다. 정밀한 내파반사용 렌즈를 만들어야 한다. 중성자 반사재가 있으면 더 쉽다. 3. 그걸 나를 준비를 한다. [[전략 폭격기]]-[[대륙간 탄도 미사일|ICBM]]-[[잠수함 발사 탄도 미사일|SLBM]] 세가지를 다 갖고 있는 나라는 몇 안된다. 그리고 제대로 경량화가 안된 초기형 원자폭탄은 [[미사일]]에 싣기엔 너무 무겁다. 폭격기에 싣기도 사실 벅차다. 4. 여기까지가 기술적인 문제고, 이걸 다 할 자신이 있으면 '''도전하기 전에''' 핵비확산을 외치면서 자신들의 패권에 대한 도전을 용납하지 않는 기존 핵보유국([[미국]], [[러시아]], [[중국]], [[영국]], [[프랑스]])들, 그 중에서 특히 미국을 말이나 돈이나 무력 중에 하나 이상을 동원해 뚫어야 한다. 미국 입장에서는 지금 핵 있는 나라도 부담되는 판에 '''더 생기는 것을 용납할 리가 없다.''' 따라서 핵무기 확산 방지에 편집증적인 집착을 가진 미국의 생각을 돌리는건 전혀 쉬운 일이 아니다.[* 미국같은 패권국이 핵무기를 통제하기 때문에 그나마 평상시에 핵 위협 걱정에서 자유로운 것이다. 핵무기 개발을 전세계적으로 방치하고 아무도 통제하지 않는다면 어떻게 될지 상상해 보면 답이 나온다.] 사실, 1~3은 어떻게든 되는 나라가 그럭저럭 있으나,[* 여기엔 [[대한민국]]도 포함된다.] 대부분이 4에서 막혀서 관두고 있기에 핵무기 보유 국가가 얼마 없는 것이다. 구 [[소련]]도 [[영국]]도 [[프랑스]]도 [[이스라엘]]도 전부 미국을 뚫어서 만들었다. [[중국]]은 미국과 소련에서 기본 정보를 빼왔고, 인도와 파키스탄은 알려진 정보와 적절한 스파이 행위와 암시장 구매물품과 '''[[근성]]'''으로 만든 것으로 알려져[* 그러나 당연히 미국과의 정치적 거래는 했다. 그리고 인도와 파키스탄이 핵무기를 가질 수 있었던 것도 따지고 보면 중국 때문이다.] 있다. 남아공은 만들었다가 아파르트헤이트와 함께 포기했다. 그리고 [[북한]]은 [[중국]], [[러시아]]가 몰래 지원해준 기술과 구소련 출신 핵무기 개발 과학자들로 만들었다. 개발속도가 그래서 더딘 것. 그마저도 당연히 미국의 승인을 받지 않았기 때문에 현재까지도 미국으로부터 강력한 정치적, 경제적 압박을 받고 있다. 참고로 [[대한민국]]의 경우에는 박정희가 만들려고 했던 것은 사실이지만 [[이휘소]] 박사가 연관되었다는 것은 소설가 [[김진명]]의 [[소설]] [[무궁화 꽃이 피었습니다(소설)|무궁화 꽃이 피었습니다]]의 내용으로, 이휘소 박사는 애초에 핵물리학자가 아닌 입자물리학자이다. 아무튼 [[10.26 사건]] 이후 [[전두환 정권]]이 들어서면서 중단되었다. 사실 21세기의 한국이면 3번 조건까지는 쉽게 달성할 수 있다.[* 그래서 대한민국은 사실상 [[준핵보유국]] 취급을 받는다. 핵무기가 '''아직은''' 없고 NPT도 위반하지 않았지만 마음만 먹으면 제조 가능하다고 평가되기 때문이다.][* 물론 같은 준핵보유국이어도 수준 차이가 상당하다. 멀리 갈 필요도 없이 당장 핵연료 재처리 허가까지 받은 일본을 생각해보자.]저장 버튼을 클릭하면 당신이 기여한 내용을 CC-BY-NC-SA 2.0 KR으로 배포하고,기여한 문서에 대한 하이퍼링크나 URL을 이용하여 저작자 표시를 하는 것으로 충분하다는 데 동의하는 것입니다.이 동의는 철회할 수 없습니다.캡챠저장미리보기