핵분열 문서 원본 보기

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'''핵분열'''(核分裂, {{llang|en|nuclear fission}}, {{문화어|핵분렬}})은 보통 [[우라늄]], [[플루토늄]]같이 질량수가 큰 원자의 [[원자핵]]이 [[중성자]]와 충돌해 가벼운 원자핵 2개([[핵분열 생성물]])로 쪼개지는 [[핵반응]]의 한 유형이다. 1938년 독일 과학자 [[프리츠 슈트라스만]]과 [[오토 한]]의 실험으로 확인되었다. 이 실험에서 [[에너지dd|에너지]]가 낮은 중성자(열중성자)를 [[우라늄-235]](<chem>^{235}_{92}U</chem>에 충돌시키자 우라늄은 [[바륨]]과 [[크립톤]]으로 분열되며 그 과정에서 2~3개의 중성자와 함께 막대한 양의 에너지가 방출되는 현상이 관측되었다.

일반적으로 핵분열 가능성은 물질의 특성 중 하나인 [[반응단면적]](입자가 물질 속을 진행 시 화학 반응을 수반하는 충돌이 일어나는 확률을 표적의 면적으로 나타낸 양)에 따라 결정되는데, [[우라늄-233]](<chem>^{233}_{92}U</chem>), [[우라늄-235]](<chem>^{235}_{92}U</chem>), [[플루토늄-239]](<chem>^{239}_{94}Pu</chem>) 등이 핵분열 반응단면적 값이 커서 주로 핵분열 물질로 분류된다.

핵분열 물질이 핵분열을 통해 가벼운 원자핵들로 쪼개지는 방법은 40가지 이상으로, 주로 질량수 90~100과 130~140에 속한 원자들에 집중된다. 이때 핵분열 전과 후에 에너지가 보존되지 않아, 막대한 양의 에너지가 방출된다. 즉, 질량이 감소하며, 그 감소한 질량만큼의 에너지가 방출되는 것이다.

예를 들어, 우라늄이 [[스트론튬]]과 [[제논]]으로 쪼개지는 것을

<chem>^{235}_{92}U {+} n -> ^{94}_{38}Sr {+} ^{140}_{54}Xe {+} 2n {+} Q(200MeV)</chem>

로 표현하게 되는데, 이때 발생하는 에너지 Q가 바로 핵분열 반응 전후의 질량결손에서 전환된 것으로, [[아인슈타인]]의 질량-에너지 등가원리의 의한 식 <math>E=mc^2</math>로 계산할 수 있다. 다른 원자핵들로 쪼개지는 경우에도 대부분 200 MeV정도의 [[에너지]]를 방출하므로 핵분열 시 방출되는 에너지는 일반적으로 200 MeV로 표현한다.

한편, 핵분열 시 평균 2 MeV의 운동에너지를 가진 고속중성자 2~3개가 방출되는데, 이 고속중성자들은 주변 핵분열물질에 대해 연속적으로 핵분열을 유발할 수 있다. 이러한 현상을 '[[연쇄반응]]'이라고 한다.

[[원자력발전]]의 원리는 이러한 핵분열의 연쇄반응을 [[원자로]] 내부에서 지속되도록 한 것이다. 하지만 우라늄-235를 핵연료로 이용할 경우 우라늄의 핵분열 반응단면적은 충돌하는 중성자의 에너지가 낮을수록 커지므로 핵분열 시 발생되는 고속중성자의 속도를 반드시 감소시켜 주어야 한다.

핵분열 생성물은 주로 질량수 90~100과 130~140일 경우에 집중적으로 생성되는데, 핵분열 생성물의 원자핵은 아직 불안정한 상태이므로, 더 안정한 상태로 가기 위해 계속 [[방사성 붕괴]]가 이루어진다. 이러한 연속적인 방사성 붕괴로 핵분열 생성물에서는 끊임없이 에너지가 방출되는데, 이를 '붕괴열'이라고 한다. 원자로에서 사용하고 난 핵연료를 물속에 담가 냉각시키는 이유가 바로 이 붕괴열 때문이다.

[[파일:Kernspaltung.gif|섬네일|핵분열 (빨강:원자핵, 파랑:중성자)]]

== 역사 ==
독일의 화학자 [[오토 한]](O. Hahn, 1879∼1968)과 [[프리츠 슈트라스만]](F. Strassmann 1902∼ 1980 )은 우라늄의 원자핵에, 양자와 함께 원자핵을 구성하며 원자핵과 질량이 거의 같은 소립자인 [[중성자]]를 충격시켰을 때 원자량이 거의 반인 바륨(Ba)이 되는 것을 발견하였다(그 전 생각으로는 [[원자 번호|원자번호]] 93 이상인 초우라늄 원소가 되리라고 생각하고 있었다).

그들과 함께 실험을 하다가 이 발표 직전에 나치스 독일에서 망명한 오스트리아의 물리학자 [[리제 마이트너|마이트너]](L. Meitner, 1878∼1968)와 그 조카 [[오토 로베르트 프리슈|프리슈]](O. R. Frisch, 1904∼ ? )는 이것을 우라늄 원자핵이 반쪽으로 분열되었기 때문이라고 설명했다.

== 핵분열의 연쇄반응 ==
분열 직후의 원자핵 파편은 대단히 불안정하여, 안정된 보다 다른 원자핵으로 변하는데, 이 때 대개 2∼3개의 [[중성자]]를 방출한다. 이것이 핵분열의 또 하나의 특징이다. 이 중성자가 분열성 물질의 원자핵에 충돌하여 재차 핵분열을 일으키면 또 중성자가 나온다. 이와 같이 계속적인 핵분열이 가능하도록 연구하면 단시간 내에 차례차례 핵분열이 진행된다. 이것이 [[연쇄반응]]이다.

[[우라늄-235]]나 [[우라늄-238]]로 만든 [[인공원소]] [[플루토늄]](Pu)의 원자핵 1개의 분열로 생기는 중성자의 수는 평균 2.5개이다. 그 중에는 다음 핵분열을 일으키지 않고 다른 원자핵 안에 흡수되어 버리는 것도 있다. [[우라늄-238]]은 핵분열을 일으키는 일도 있으나, 이러한 흡수가 많기 때문에 연쇄반응을 일으키지는 않는다. 흡수되지 않고 재차 핵분열을 일으키는 데에 쓰이는 중성자가 평균 1개 이상이면 중성자의 수는 점점 늘어나서 연쇄반응을 일으키게 된다.
== 같이 보기 ==
* [[핵분열 물질]]
* [[핵융합]]
* [[원자력 추진]]

{{위키공용분류}}
{{핵 기술}}
{{글로벌|제목=핵분열에너지|주소=https://ko.wikisource.org/wiki/%EA%B8%80%EB%A1%9C%EB%B2%8C_%EC%84%B8%EA%B3%84_%EB%8C%80%EB%B0%B1%EA%B3%BC%EC%82%AC%EC%A0%84/%EA%B8%B0%EC%88%A0%C2%B7%ED%86%B5%EC%8B%A0/%EB%8F%99%EB%A0%A5%EA%B8%B0%EC%88%A0/%EB%8F%99_%EB%A0%A5_%EA%B8%B0_%EC%88%A0/%EC%9B%90%EC%9E%90%EB%A0%A5_%EC%97%B0%EB%A3%8C#%ED%95%B5%EB%B6%84%EC%97%B4_%EC%97%90%EB%84%88%EC%A7%80}}

{{전거 통제}}

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