원자폭탄은 우라늄이나 플루토늄의 핵분열 연쇄반응에서 나온 에너지를 짧은 시간에 방출하는 무기이다. 핵이 분열할 때 나온 중성자가 다른 원자핵을 분열시키며 반응이 이어진다.[2][3]
1. 개요
2. 핵분열과 에너지 방출
우라늄-235 원자핵은 느린 중성자를 흡수하면 보통 두 개의 핵으로 나뉘며, 이 과정에서 평균 2.47개의 중성자를 방출한다. 분열로 생긴 중성자는 다른 우라늄-235 원자핵과 충돌해 추가 분열을 일으킬 수 있다.[3]
분열 전 원자핵의 질량과 생성된 핵들의 질량 사이에는 차이가 있으며, 이 질량결손이 에너지로 바뀐다. 한 우라늄-235 분열 반응의 계산 예에서는 방출 에너지가 200.6 MeV로 제시된다.[3][8]
분열이 이어지면 중성자가 다시 생겨 연쇄반응을 유지한다. 이 반응을 짧은 시간에 진행시키면 원자폭탄에 이용할 수 있고, 상대적으로 서서히 진행시키면 원자력 발전 등에 이용할 수 있다.[2]
3. 우라늄 방식과 플루토늄 방식
4. 개발과 핵실험
맨해튼 프로젝트에서 개발된 플루토늄 폭탄은 재래식 폭약으로 플루토늄을 압축해 핵분열 반응을 빠르게 진행시키는 원리를 이용했다. 플루토늄을 둘러싼 폭약이 폭발하면서 밀도와 핵분열 속도를 높이는 방식이었다.[4]
페르미와 실라르드는 1942년 12월 시카고에서 핵연쇄반응 실험을 수행했다. 플루토늄을 폭약으로 압축하는 방식의 폭발은 트리니티라는 이름으로 실험되었다.[4]
트리니티 실험은 1945년 7월 16일 뉴멕시코주 앨라모고도 인근 사막에서 진행되었다. 이 실험은 원자폭탄 개발 과정에서 플루토늄을 이용한 폭발 방식을 시험한 사례이다.[4][5]
5. 히로시마와 나가사키 투하
미국은 1945년 8월 6일 히로시마에 리틀 보이를, 8월 9일 나가사키에 팻 맨을 투하했다. 히로시마에서는 현지 시각 오전 8시 15분에 폭발이 일어났고, 리틀 보이는 지상 약 580미터 상공에서 폭발했다.[9]
두 폭탄은 각각 우라늄과 플루토늄을 핵분열 물질로 사용했다. 히로시마에 투하된 리틀 보이와 나가사키에 투하된 팻 맨은 전시 핵무기 사용 사례로 기록되어 있다.[5][9]
한 자료는 투하 후 초기 2~4개월을 기준으로 사망자를 히로시마 9만~16만 6천 명, 나가사키 6만~8만 명으로 추산한다. 이 수치는 해당 기간을 기준으로 한 추정치이다.[9]
6. 관련 문서
- 핵분열
- 연쇄반응
- 리틀 보이
- 팻 맨
- 수소폭탄