核爆發 (核爆發)은 核反應 이 빠르게 일어나 급작스럽게 에너지 가 터져버리는 것을 뜻한다. 種類는 核分裂 과 核融合 으로 나눌 수 있고, 大氣圈에서의 核爆發은 버섯구름 을 만들고, 周邊을 廣範圍하게 放射線 과 放射能 粒子로 오염시킨다. 核爆發市의 엄청난 에너지를 利用한 原子爆彈 , 水素爆彈 等의 核武器 가 만들어져 있다.

歷史 [ 編輯 ]

1905年 獨逸 大學에서 物理學 을 講義하던 알베르트 아인슈타인 은 物質이란 結束된 에너지에 不過하다고 主張하면서, 이 關係를 ${\displaystyle E=mc^{2}\;}$이라는 에너지 法則으로 表現하는 特殊 相對性 理論 을 發表하고, 어떤 物質 1g를 모두 에너지로 바꿀 수 있다면 TNT 100萬 ton 이 爆發할 때와 같은 威力의 에너지를 얻을 수 있을 것이라고 說明하였다. ^[1]

2次大戰 이 한창이던 1938年 가을 獨逸 에서 스트라우스 萬 과 오토 한 等의 物理學者들이 우라늄 原子에 中性子 를 衝突시키면 原子核 이 둘로 갈라지면서 2~3個의 中性子가 放出되는 現象 을 發見하였다. ^[1] 이 物理學者 中 오스트리아 의 女性科學者 마이트너 가 덴마크 로 亡命한 後 核分裂 이라는 이름을 붙였으며 西歐에 알려지게 되었다.

1934年 나치 를 避해 美國으로 移住한 아인슈타인은 1939年 7月 루스벨트 大統領에게 原子彈 의 出現을 警告하였으며, 1941年 日本 의 眞珠灣 攻擊 事件으로 獨逸에서 亡命한 오펜하이머 가 班長으로 任命되어 맨해튼 計劃 이라는 이름으로 本格的인 原子彈 開發이 始作되었다. 亦是 獨逸에서 亡命한 엔리코 페르미 賈 最初의 核分裂 連鎖反應을 일으키는데 成功했다.

그러나 1945年 봄에는 獨逸이 核武器를 生産할 수 없다는 것이 確實視 되었으며, 이때부터 反核運動 도 始作되었으나, 트리니티라는 이름의 最初의 原子彈이 1945年 7月 16日 뉴멕시코주 알라마 高올드에서 實驗 核爆發하게 되었다.

1945年 8月 6日 日本 히로시마 와 8月 9日 나가사키 에 人類 最初로 核武器 로 因한 核爆發이 實戰 에 쓰였다.

核爆發 原理 [ 編輯 ]

모든 物質은 그 物質 固有 特性을 그대로 가진 最小單位인 原子 集合體이며, 元子는 各各 다른 特性을 가진 103種의 元素 들 中 몇 個로 結合된 粒子이다. 核爆發의 原料로 쓰이는 우라늄 , 플루토늄 , 코발트 는 元素의 한 種類이다. 核爆發은 在來式 爆發과 달리 原子核 內의 反應에 따라 다른 原子核이 生成되면서 發生하는 現象이다. 우라늄(U ₂₃₅ )의 原子核에 가속된 中性子를 衝突시키면 分裂하면서 높은 에너지와 더불어 감마선 等의 放射線과 平均 2個의 中性子가 放出된다. 이 2個의 中性子가 다시 다른 原子核에 衝突하는 連鎖反應이 核分裂 反應이다. 히로시마에 使用된 核燃料는 우라늄(U ₂₃₅ )이고, 나가사키에서는 플루토늄(PU ₂₃₉ )이 使用되었으며 둘 다 모두 純粹한 核分裂彈으로 原子爆彈 이다. 反面에 三重水素 와 重水素 의 두 個의 原子核이 모여 하나의 무거운 헬륨 原子核을 만드는 核融合 을 利用한 것은 水素爆彈 이다.

影響 [ 編輯 ]

核爆發이 미치는 影響은 在來 爆發物에 依한 影響보다 훨씬 더 破壞的이고 多面的이다. 一般的인 境遇 大氣圈 下層에서 暴發한 核武器에서 放出되는 에너지는 크게 4가지 基本 範疇로 나눌 수 있다.

• 爆發 (blast)과 衝擊波 (shockwave): 全體 에너지의 50%
• 熱輻射 : 全體 에너지의 35%
• 이온化 放射線 : 總 에너지의 5% (中性子 爆彈의 境遇 더 많음)
• 殘留 放射線( 落塵 ) : 爆發 質量을 包含한 總 에너지의 5~10%.

武器의 設計와 爆發 位置에 따라 이러한 範疇 中 하나에 分配되는 에너지는 더 높아지거나 낮아질 수 있다. 物理的 爆發(blast)의 效果는 電磁氣 스펙트럼에 걸친 엄청난 量의 에너지가 周邊 環境과 結合하여 生成된다. 爆發 環境(예: 水中, 地上, 空中, 外氣圈)에 따라서도 爆發과 放射線에 얼마나 많은 量의 에너지가 分配될지 決定된다. 一般的으로 물과 같이 密度가 높은 媒體로 爆彈을 둘러싸면 더 많은 에너지가 吸收되어 더 强力한 衝擊波를 生成하는 同時에 效力 範圍는 制限된다. 核武器가 空氣로만 둘러싸여 있을 때, 爆發과 熱意 效果는 爆發 收率( 核出力 )이 增加함에 比例하여 放射線 效果보다 훨씬 더 빠르게 擴張하며 이것이 形成하는 거품은 音速보다 빠르다. 核武器가 物理的인 損傷을 일으키는 메커니즘(爆發 및 熱輻射)은 在來式 爆發物과 同一하지만, 그 에너지는 一般的으로 單位 質量當 數百萬 倍 더 强力하고 熱은 瞬間的으로 數千만도에 到達할 수 있다.

核爆發로 인한 에너지는 初期에 여러 形態의 貫通 放射線으로 放出된다. 周邊에 空氣, 巖石, 물과 같은 物質이 있는 境遇 이 放射線은 物質과 相互 作用하여 物質을 坪型 溫度까지 빠르게 加熱하며, 이로 인해 周邊 物質이 氣化되어 急速한 膨脹이 發生합니다. 이러한 膨脹에 依해 生成된 運動 에너지는 中心에서 球形으로 擴張되는 衝擊波 形成에 寄與한다. 幅心지의 强烈한 熱 複寫는 核 火口(nuclear fireball)를 形成하며, 爆發 高度가 充分히 낮을 境遇 흔히 버섯구름 을 일으킨다. 大氣 密度가 낮은 高高度 爆發에서는 大氣를 밀어내는 衝擊波보다 이온化 감마선과 X線으로 더 많은 에너지가 放出된다.

直接的 影響 [ 編輯 ]

衝擊波와 突風 [ 編輯 ]

爆發 瞬間 높은 溫度와 放射線으로 因해 가스가 "流體力學的 電線"이라고 불리는 얇고 稠密한 껍질에서 放射狀 바깥쪽으로 移動하게 된다. 戰線은 周邊 物質을 밀고 壓縮하여 球形으로 擴張되는 衝擊波를 만든다. 처음에 이 衝擊波는 불덩어리의 表面 內部에 있는데, 이 불덩어리는 爆發의 "延性"(soft) X線에 依해 加熱된 空氣 덩어리에서 生成된 것이다. 1秒도 지나지 않아 稠密한 衝擊波가 불덩어리를 가리고 繼續해서 지나가며, 불덩어리에서 벗어나 바깥쪽으로 擴張되어 核爆發에서 나오는 빛을 감소시킨다. 結果的으로 衝擊波가 사라지면서 이 相互作用으로 發生된 特有의 二重 閃光이 보이게 된다.

核爆發로 인한 破壞 被害는 大部分 物理的 爆發 效果에 依한 것이다. 强化된 構造物이나 防爆 構造物을 除外한 大部分의 建物은 35.5 킬로파스칼(kPa) (5.15 psi)의 過壓으로 "普通 程度의 損傷"을 입는다. 日本 核爆發 調査에서 얻은 데이터에 따르면 8psi (55kPa)의 壓力이면 모든 木造 및 甓돌 住居建物이 破壞되는데, 이를 "深刻한 損傷"을 일으키는 水準의 壓力으로 定義하는 것은 合理的이다.

爆發이 일으키는 突風은 海水面高度에서 1,000km/h (300m/s)를 超過하여 空氣 中의 音速과 비슷할 수 있다. 爆發 效果의 範圍는 武器의 爆發力에 따라 增加하며 爆發 高度에 따라 달라진다. 幾何學的으로 豫想되는 바와 달리 爆發 範圍는 表面 또는 低高度 暴發에서 最大가 아니며 "最適 爆發 高度"까지 高度에 따라 增加하다가 더 높은 高度에서는 急激히 減少하는데, 이는 衝擊波의 非線形的 擧動 때문이다. 空氣 爆發로 인한 爆發波는 紙面에 到達하면 反射되며 特定 反射角 以下에서는 反射波와 直接波가 합쳐져 强化된 水平派를 形成한다. 이는 補强干涉 의 一種으로 Mach stem이라고도 불린다. 이로 인해 各 目標 過壓에 對해 地上 目標에 對한 爆發 範圍가 최대화되는 特定 最適 爆發 높이가 있다.

核爆發로 인한 大部分의 物質的 被害는 높은 靜壓(static overpressure)과 爆發 突風(blast wind)의 組合으로 發生한다. 爆發波의 긴 壓縮이 構造物을 약화시키고, 爆發風에 依해 構造物이 찢어진다. 壓縮, 眞空, 抗力(drag) 段階는 합쳐서 몇 秒 以上 持續될 수 있으며 가장 强力한 허리케인보다 몇 倍 더 큰 힘을 發揮한다.

衝擊波는 人體에도 作用하여 身體組織에서 壓力波를 發生시킨다. 이러한 波動은 主로 密度가 다른 組織(뼈와 筋肉) 사이의 接合符나 組織과 空氣 사이의 境界面을 損傷시키는데, 特히 空氣가 들어 있는 肺 와 腹腔 이 損傷된다. 損傷은 深刻한 出血 이나 空氣 塞栓症 을 誘發하며 둘 中 하나로 빠르게 死亡을 일으킬 수 있다. 肺를 損傷시키는데 必要할 것으로 推定되는 過押은 約 70kPa이다. 22kPa(0.2atm) 附近에서 間或 鼓膜 破裂이 일어날 수 있고 90~130kPa(0.9~1.2atm) 사이에서는 半修(半數)의 鼓膜 破裂이 일어난다.

熱輻射 [ 編輯 ]

核武器는 可視光線, 赤外線, 紫外線 形態로 多量의 熱輻射 를 放出하는데 이를 閃光(flash)이라고 한다. 熱 複寫는 武器의 出力에 따라 爆發 時 放出되는 에너지의 35~45%를 차지한다. 이로 인한 가장 큰 危險은 火傷과 눈 浮上이다. 大部分 大氣를 透過하므로 맑은 날에는 爆發 範圍를 훨씬 넘어서 被害가 發生할 수 있다.

熱輻射가 初期에 火災를 일으킬 수도 있으나 爆發波에 따른 다음 突風이 이러한 火災를 大部分 鎭壓한다. (核出力이 매우 높아 熱 效果의 範圍가 爆發 範圍를 훨씬 凌駕하는 境遇는 例外이다. 爆發 效果의 强度는 距離의 3勝에 比例하여 減少하고, 放射線 效果의 强度는 距離의 2勝에 比例하여 減少하기 때문이다.) 아침食事 時間에 奇襲的으로 일어난 히로시마 暴發에서 確認된 바와 같이 都市 地域에서는 爆發로 인한 電氣 合線, 가스 點火, 顚覆된 스토브 等 여러 點火源에 依해 火災가 始作될 수 있으므로 熱輻射에 依해 點火된 火災가 鎭壓되는 效果는 意味가 없다. 그러나 現代 都市의 不燃性 甓돌 및 콘크리트로 이루어진 建物에서 崩壞 效果로 이러한 2次 火災가 스스로 꺼질지는 確實하지 않다. 特히 現代 都市 景觀의 隱蔽 效果로 인해 熱 및 爆發의 傳達은 持續的으로 妨害받는다. 火災 專門家들은 히로시마와 달리 (美國 基準) 現代 都市 設計 및 建設의 特性으로 인해 現代에는 核爆發 以後 火災 暴風이 發生하지 않을 것이라고 推定한다.

形態 [ 編輯 ]

高空爆發 [ 編輯 ]

地表面에서 33 km 以上 空中에서 暴發하는 것으로 열복사선의 形態로 轉換되는 에너지 比率이 低高度爆發보다 크다. 1958年 부터 1962年 사이에 美國 에서는 太平洋 과 南極 에서, 蘇聯 은 宇宙基地國이 있는 카푸스틴 야르에서 實驗했다.

空中爆發 [ 編輯 ]

地表面에서 33 km 아래이나 畫具가 地表面과 接觸하지 않을 程度의 高度에서 暴發하는 것으로 衝擊에너지는 거의 暴風 의 形態로 나타난다. 發生되는 열복사선은 相當한 距離를 移動하게 된다.

表面爆發 [ 編輯 ]

畫具가 지면 또는 水面과 接觸하는 方法이다. 放射線 구름에 地上의 汚物과 破片들이 많이 吸收되어 放射能 落塵의 毒性으로 넓은 範圍까지 汚染을 發生시킨다.

表面下爆發 [ 編輯 ]

地表面이나 水面 아래에서 일어나는 核爆發이다. 열복사선은 大部分 周邊의 土壤이나 물에 依해 吸收되나, 核放射線은 氣化된 爆彈 殘滓物과 巖石 等을 含有하는 極高溫, 劇高壓 句體가 形成되어 그 中 相當量이 落塵 化 한다.

같이 보기 [ 編輯 ]

• 核武器
• 核實驗
• 核分裂
• 우라늄

各州 [ 編輯 ]