만약 핵폭탄이 실제로 떨어진다면
너무 쉽게 이해하는 핵무기의 원리
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1. 핵폭탄이 실제로 떨어진다면
만약 서울에 핵이 떨어지게 된다면 어떻게 될까요? 영화에서 본 것처럼 정말로 서울 전체가 다 날아가 버릴까요? 아니면 서울뿐만 아니라 우리나라 전체가 다 폭발해 버리는 건 아닐까 걱정이 되기도 하는데요. 이 핵무기라는 녀석은 북한 때문에 우리에게는 너무나도 익숙한 이름입니다.
하지만 대체 어떤 원리로 핵무기가 만들어지고, 이 핵무기 안에 있는 방사선은 무엇이고, 만약 진짜로 폭발하게 되면 어떻게 되는지에 대해 자세히 알고 계신 분들은 아마 많지 않을 거라 생각되는데요. 그래서 준비했습니다. 오늘은 핵무기에 대한 모든 지식을 제가 총정리해서 누구나 알기 쉽게 한 번 설명드리겠습니다.
- 한 줄 요약 : 핵무기의 원리에 대해 누구나 알기 쉽게 알아보자.
2. 핵무기란 무엇인가
우선 가장 먼저 핵무기가 뭔지, 그리고 어떤 원리로 작동되는지에 대해 알아보려고 하는데요. 핵무기는 쉽게 말해 핵이 분열할 때 방출되는 엄청난 양의 에너지로 작동되는 무기입니다. 여기서 핵이 무엇인지를 알기 위해서는 우리는 원자가 뭔지를 한 번 알아봐야 하는데요. 세상 모든 물질은 이 원자로 구성되어 있습니다. 그리고 이 원자는 원자핵과 전자로 구성되어 있는데, 여기서 이 원자핵이 바로 핵무기의 핵입니다. 다시 말해 원자핵이 분열하게 되면 엄청난 양의 에너지가 방출되게 되고, 그 힘을 이용해서 만든 무기가 바로 핵무기인 것이죠.
원자핵이 분열하게 되면 엄청난 에너지가 생기게 되고, 그 힘을 이용해서 만든 무기가 핵무기다.
이 핵무기를 만들 때는 우라늄 235 원자핵을 사용한다고 하는데요. 이 우라늄 235 원자핵이 뭐냐면, 원자도 다양한 종류의 원자가 있는데, 그중에서 우라늄이라는 광석에서 나온 우라늄 235 원자핵을 사용하는 것입니다. 우라늄 235 같은 경우에는 그 에너지가 엄청나다고 하는데요. 이 에너지가 얼마나 크냐면, 우라늄 235 핵 한 개가 분열하면 약 2억 전자볼트의 에너지가 발생한다고 합니다.
이는 같은 무게의 석유나 석탄이 탈 때보다 약 200에서 300만 배나 더 많은 에너지라고 하는데요. 따라서 원자력 발전소가 효율이 좋다고 하는 것입니다. 왜냐하면 이 핵분열에서 나오는 에너지가 다른 곳에서 얻는 에너지에 비해 적은 양으로도 엄청난 에너지를 만들어낼 수 있기 때문인데요.
핵분열에서 나오는 에너지는 다른 에너지원에 비해 엄청나게 많은 에너지를 만들어낸다.
그래서 지금까지의 내용을 정리하자면, 핵이 분열할 때 생기는 엄청난 에너지를 활용해 만들어진 무기가 바로 핵무기입니다. 그렇다면 이 핵분열은 어떻게 일어나게 되는 걸까요? 핵분열을 이해하기 위해서는 원자핵을 또 쪼개봐야 하는데, 원자핵 같은 경우에는 양성자와 중성자의 결합으로 이루어져 있습니다.
이 양성자와 중성자로 이루어진 원자핵에 중성자를 쏴서 충돌시키게 되면, 적절한 비율의 양성자와 중성자로 구성되어 있던 원자핵의 중성자 비율이 달라지게 되면서, 결국 이 원자핵은 둘로 쪼개지게 되는데요. 이렇게 쪼개지는 과정에서 많은 에너지가 발생하게 되는 것입니다. 이때 원자핵이 쪼개지면서 또 중성자가 튀어나오게 되고, 여기서 분해된 중성자는 옆에 있는 또 다른 핵을 분열시키고, 이런 식으로 이 과정이 반복되면서 핵분열 연쇄반응이 일어나게 되는데, 따라서 그 폭발력이 엄청나게 큰 것입니다.
원자핵에 중성자를 쏴서 충돌시키는 방식으로 핵분열을 발생시킨다.
여기서 잠깐 중간 정리를 한 번 해보겠습니다. 핵무기는 핵분열 과정에서 나오는 엄청난 에너지를 가지고 만들어지는 무기이고, 이 핵분열은 원자핵에 중성자를 쏴서 핵을 분열시키는 방식으로 핵분열이 일어나게 되는 것인데, 여기서 한 가지 더 알아봐야 할 게 있습니다.
- 한 줄 요약 : 핵무기는 핵분열을 통해 만들어지고, 핵분열은 중성자를 쏴서 발생시킨다.
3. 방사능이란 무엇인가
핵 하면 빼놓을 수 없는 게 방사능이잖아요. 이제 이 방사능에 대해 알아보려고 하는데요. 일단 방사능을 설명하기 전에 짚고 넘어가야 할 게 한 가지 있습니다. 방사능, 방사선, 방사성물질은 각각 어떻게 다른 걸까요?
이걸 쉽게 설명하자면 방사능은 방사선을 방출하는 능력이고, 방사선을 가진 물질을 방사성 물질이라고 합니다. 즉 방사능과 방사성 물질은 방사선을 중심으로 만들어진 단어인데요. 다시 말해 우리가 자세하게 알아봐야 할 건 바로 이 방사선입니다.
방사능과 방사성 물질은 모두 방사선을 중심으로 탄생한 단어다.
방사선은 한 마디로 공간을 지나가는 에너지를 뜻하는데, 우리가 일반적으로 알고 있는 위험한 방사선뿐만 아니라, 빛이나 열 그리고 전자파 역시도 방사선이라고 볼 수 있습니다. 쉽게 말해 지금 이 순간에도 모든 물질에는 방사선이 나오고 있는데요. 핸드폰에서도 방사선이 나오고 있고, 컴퓨터에서도 나오고 있고, 지금 우리 몸에서도 나오고 있습니다.
근데 이런 방사선 같은 경우에는 상대적으로 에너지가 적기 때문에, 다른 원자들과 만나게 되면 보통 흡수되거나 반사되는데요. 따라서 우리 몸에 그렇게 위험한 방사선을 아니라고 합니다. 이렇게 몸에 해롭지 않은 방사선을 우리는 비이온화 방사선이라고 부르는데요. 우리가 보통 생각하는 위험한 방사선은 바로 이온화 방사선입니다. 이온화 방사선을 방출하는 물질은 대표적으로 라듐, 우라늄, 플루토늄 등이 있고, 이온화 방사선의 종류는 가장 약한 단계인 엑스레이부터, 감마선, 알파선, 베타선, 그리고 중성자선이 있는데요.
방사선은 위험하지 않은 비이온화 방사선과 위험한 이온화 방사선으로 나뉜다.
이온화 방사선 같은 경우에는 에너지가 강하기 때문에, 다른 원자와 충돌했을 때 그 원자를 강하게 때려버린다고 합니다. 이때 방사선은 원자 속에 있는 전자를 떼어내기도 하고, 원자핵 자체를 부숴버리기도 할 정도로 엄청난 에너지를 갖고 있는데, 이렇게 강한 방사선을 맞게 되면 생명체의 정보를 가지고 있는 DNA나 RNA마저도 파괴되어 버릴 수도 있다고 합니다. 따라서 방사능에 피폭되면 엄청나게 위험한 것이죠.
방사능의 가장 무서운 점이 뭐냐면, 생물을 내부에서부터 서서히 파괴시켜 버린다는 점인데, 아까 말씀드렸듯이 방사선 자체가 DNA를 파괴하기 때문에 세포 재생이 안 되는 건 물론, 유전자 변형이 일어날 수도 있고, 암이나 백혈병 같은 증상이 나타나기도 합니다. 그리고 심하게 피폭된 경우에는 방사선이 피부세포를 분해해서 피부가 벗겨져 나가기도 하고, 내부 장기 세포들이 파괴되면서 우리 몸에 있는 모든 구멍에서 피가 나오고, 이로 인해 사망하게 될 수도 있다고 하는데요.
여기서 이 방사선을 방출하는 물질인 우라늄으로 핵무기를 만들기 때문에, 핵이 폭발하게 되면 방사선이 나오게 되는 것이고, 핵의 영향을 받게 되면 방사능에 피폭되는 것입니다.
- 한 줄 요약 : 이온화 방사선을 방출하는 물질인 우라늄으로 핵을 만들기 때문에 위험하다.
4. 핵무기의 위력
그렇다면 핵무기가 실제로 떨어지면 어떻게 될까요? 이걸 알아보기 위해, 미 육군의 가장 큰 폭탄인 B83호를 기준으로 우리가 살아가는 도시에 핵무기가 떨어지게 되는 상황을 한 번 가정해보겠습니다.
그렇게 되면, 1000분의 1초 만에 태양보다 더 뜨거운 플라즈마 구가 형성이 되고, 직경 2km 이상의 크기로 이 플라즈마 구가 커지게 될 텐데요. 이때 이 범위 안에 있는 모든 물체는 정말로 눈 깜빡할 사이에 사라져버리게 된다고 합니다.
핵폭탄이 터지면 주면 모든 물체는 순식간에 사라지게 된다.
또한 잠깐 사이에 나온 섬광이 도시 전체를 뒤덮게 될 텐데, 만약 이 빛을 보고 있었다면 몇 시간 동안이나 눈이 멀게 된다고 하는데요. 핵무기는 그 정도로 강력한 빛을 뿜어낸다고 합니다. 이게 얼마나 강력하냐면, 이 빛에서 나온 열이 반경 13km이내, 다시 말해 500제곱킬로미터 이내의 모든 것들을 전부 다 태워버릴 수도 있다고 하는데요.
여기서 500제곱킬로미터가 어느 정도인지 가늠이 안 되실 수도 있는데요. 서울시의 전체 면적이 605.2제곱킬로미터라고 합니다. 즉 500제곱킬로미터면 서울의 가장자리를 제외한 모든 지역이 순식간에 타버린다는 것이나 마찬가지인데요.
서울에 핵이 떨어진다면 서울 대부분의 지역이 모두 타버릴 수도 있다.
여기서 만약 운 좋게 살아남았다면, 사실 그건 오히려 비극이라고도 볼 수 있습니다. 왜냐하면 핵이 폭발한 이후에는 방사능이 온 도시를 뒤덮게 될 텐데, 이렇게 공기 중에 방사능이 퍼지게 되면 사람들은 방사능에 피폭되어 버릴 것이고, 결국 방사능에 노출된 사람들은 빠르면 몇 분, 길면 며칠 안에 사망하게 된다고 합니다. 오히려 살아남은 사람들이 더 고통스럽게 서서히 죽게 될 수도 있는 것이죠. 이처럼 핵무기의 위력은 정말 어마어마합니다.
- 한 줄 요약 : 핵무기의 위력은 정말 어마무시하다.
* 참고자료
(1) What if We Nuke a City? - Kurzgesagt
(2) 에너지원과 핵폭탄 사이, 핵분열 - 과학동아
(3) 대체 방사선이란 무엇일까? 방사선을 내뿜는 방사성 폐기물은 어떻게 처리해야 할까? - 과학쿠키
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