쉽게 써본 핵폭탄의 원리 생명체와 물질체(物質體), 그리고 核폭발 펀드빌더(회원)
우주만물을 분류하는 기준은 여러 가지(例, 태양계 vs. 여타계)가 있을 수 있지만, '생명체 vs. 물질체'로 분류
하는 것이 가장 근원적이다. 생명체는, 온갖 동물과 식물 등 헤아릴 수 없이 많다.
같은 사람(인간)이라도 황인종, 백인종, 흑인종 등으로 다양하고, 같은 개(犬)라도 치와와, 푸들, 셔퍼트 등으로 다양하다. 생명체로서 식물에 속하는 소나무의 경우도, 적송(赤松), 해송(海松), 금송(金松) 등으로 다양하고, 여타 모든 식물 또한 각각 그 속에서 종류가 다양하다. 그런데, 모든 생명체(동물, 식물)에게는 이러한 공통점이 있다. <네 가지 물질(염기)의 연속배열(=DNA) 덩어리(=염색체)가, 모든 생명체를 구성하는 모든 세포들에 빠짐
없이 들어가 있다>
쉽게 말해, 모든 식물, 동물의 몸체는 무수한 세포로 이루어져 있는데, 그 각각의 모든 세포 안에는, 염색체라
는 것이 들어가 있다는 것이다. 사람은 모든 세포마다 그 안에 염색체(DNA 덩어리)가 23쌍 들어가 있고, 초
파리의 모든 세포 안에는 염색체가 4쌍, 닭(鷄)은 39쌍, 옥수수의 모든 세포 안에는 10쌍, 벼(稻)는 12쌍 등으
로 모든 생명체의 세포 안에는 예외없이 염색체가 들어있다. 염색체는 다시 말해, DNA의 덩어리이고, DNA
는 네 가지 물질(=염기:아데닌, 티민, 구아닌, 시토신)의 연속배열이다.
한 마디로, 네 가지 염기(A,T,G,C)의 무수한 배열특성에 따라, 사람, 개(犬), 소나무, 벼(稻) 등으로 구분도
지어지고, 나아가 황인종, 백인종, 흑인종, 치와와, 푸들, 셰퍼트, 적송, 해송, 금송 등으로 무수히 특징지어
진다는 이야기다.
이제, 물질체(物質體)를 보자. 세상에는 무수히 많은 물질들이 존재한다. 그런데, 모든 물질은 공통적으로
그 최소 단위가 '원자(原子)'다. 원자는, 수소, 산소, 금(Gold) 등 120여 가지가 존재한다. 서로 다른 원자가
합쳐져, 제3의 물질을 구성하기도 한다. 예를 들어, 물(Water, H2O)은, 수소 원자(H) 두 개와, 산소 원자(O)
한 개가 결합되어 생기는 또다른 물질이다. 물질의 최소 단위인 원자는 공통적으로 이런 구조를 하고 있다. <양성자(陽性子)와 중성자(中性子)라는 것이 가운데에 뭉쳐있고(원자핵), 그 주위를, 전자(電子)라는 것
이 빙빙 돌고 있다>
쉽게 말해, 모든 원자는, 원자핵(陽性子+中性子) 주위를, 마치 행성들이 태양을 중심으로 빙빙 돌듯 電子라
는 것이 빙빙 돌고 있는 구조를 하고 있다. 여기서, 물질의 종류는, 원자 內에 있는 陽性子의 갯수로 결정된
다. 陽性子 갯수가 하나면 수소, 둘이면 헬륨, 여덟 개면 산소, 79개면 금(Gold) 등으로 陽性子의 갯수가 곧
물질의 종류를 결정한다.
電子의 갯수는 양성자와 동일하지만, 中性子의 갯수는 양성자와 같을 수도 있고, 다를 수도 있다. 예를 들어,
금(Gold)은, 陽性子 갯수가 79개로서, 電子 갯수 또한 79개이지만, 中性子 갯수는 79개가 아닌 118개다. 100% 순금(Gold)으로 된 반지를 고성능 현미경으로 확대하고 확대했을 때, 최종적으로 볼 수 있는 것은, 중앙
에 79개의 陽性子와, 118개의 中性子가 뭉쳐있고(원자핵), 그 주위를 79개의 電子들이 빙빙 돌고 있는 모습이 된다.
'동위원소'(同位元素)라는 것이 있다('원소'는 원자의 집합체). 서로 동일한 물질로 분류되지만, 원자 內의
中性子 갯수가 차이 나는 경우를 말한다. 예를 들어 탄소(C) 원자의 경우, 그 안에 있는 陽性子 갯수는 6
개다. 電子 갯수 또한 6개다. 그런데, 中性子 갯수는 6개인 경우(탄소12=양성자6+중성자6)와, 7개(탄소13)인 경우, 8개(탄소14)인 경우 등으로 다양하다. 그렇지만 모두가 탄소로 부류된다. 그러면서, 탄소12, 탄소13,
탄소14 등 세 가지 모두는, 탄소라는 물질의 '동위원소'로 불리는 것이다.
우라늄(U)의 경우, 陽性子 갯수는 92개다. 電子 갯수 또한 92개다. 그런데, 中性子 갯수는 142개(우라늄234=陽性子92+中性子142)인 경우도 있고, 143개(우라늄235)인경우도 있고, 146개(우라늄238)인 경우도 있다. 물론 모두가 우라늄이다. 결국, 우라늄234, 우라늄235, 우라늄238 등 세 가지 모두는, 우라늄이라는 물질의 '동위원소'가 된다는 이야기다.
'방사성 동위원소'라는 것이 또 있다. 동위원소 중에서, 특별히 원자핵(陽性子+中性子) 상태가 평소 불안정하여
스스로 방사선을 방출하면서 서서히 붕괴되어 가는 성질의 것을 말한다. 예를 들어, 탄소의 동위원소, 탄소12,
탄소13, 탄소14 중에, 탄소 14는 방사성 동위원소에 해당한다. 탄소 14는, 가만 놔둬도 저절로 붕괴되어 5700년(반감기)이 지나면 최초의 분량 중 50%는 질소(N)라는 다른 물질로 변한다. 이후 5700년이 또 경과하면 남
은 50%의 절반(25%)이 또 질소로 변한다.
우라늄234, 우라늄235, 우라늄238은 모두 방사성 동위원소로서, 각각 스스로 붕괴하여 최종적으로는 납(L)
으로 변한다. 최초 분량 중 50%가 납으로 변하는 데 걸리는 시간(반감기)은. 각각 25만 년, 7억 년, 45억 년으
로 알려져 있다. 천연 우라늄의 거의 전부(99.27%)는 우라늄238이며, 우라늄235는 극소량(0.72%)이고, 우
라늄234는 거의 없는 상태(0.01%)라고 볼 수 있다. 그리고 이 중, 원자핵의 구조(陽性子92+中性子143)상,
핵분열 연쇄반응 특성을 갖는 우라늄235가, 원자폭탄(우라늄式)에 이용된다(우라늄238은, 정상적인 상황
에서는 핵분열특성無).이러한 우라늄235 원자들이 빽빽하게 밀집해있는 상태에서 최초에 中性子 한개를 인위적으로 침투시켜서, 특정(아무 것이나) 우라늄235 원자 內의 원자핵(陽性子92개+中性子143개 상태)과 충돌하게 만들면, 충격을 받은 원자핵은 완전 박살이 나면서 이 우라늄235의 중심부(원자핵)는 둘로 쪼개지는 핵분열을 하게 된다.
이러한 핵분열 과정에서 이 우라늄235는, 자기가 원래 갖고있던 中性子 143개 중에서 2~3개(평균 2.5개)를 외부로 급히 방출한다. 이렇게 방출된 中性子는 또 옆에 있는 멀쩡한 우라늄235 원자를 향해 돌진하여 또
파괴적 핵분열을 발생시킨다. 이러한 연쇄 핵분열은 눈깜짝할 사이(사실상 동시)에 발생하고, 이 과정에서
많은 양의 방사선과 가공할 파괴적 에너지가 발생하게 된다. 이것이 바로, 원자탄의 폭발(핵분열) 현상이
다. 부가적으로, 최초 분열에 필요한 임계질량 계산이나, 기폭장치, 천연상태 우라늄235의 고순도化(93%
이상 高농축) 작업 등이 필요하게 된다.
플루토늄은 천연물질이 아니다. 플루토늄은, 원자로 內에 있는 우라늄238에 중성자를 충돌시켜 인위적으
로 추출(폐연로봉 再처리 등)해낸 물질이다. 특히 플루토늄239(陽性子94개+中性子145개)는 핵분열 특성
이 강해, 원자탄에 이용된다. 플루토늄 핵폭탄은, 우라늄 핵폭탄보다 파괴력이 크다. 히로시마에는 우라
늄 핵폭탄이, 나가사키에는 플루토늄 핵폭탄이 투하되었다.
원자폭탄이 우라늄 혹은 플루토늄의 연쇄 핵분열 반응을 이용한 것이라면, 수소폭탄은 수소의 융합반응
(분열반응의 반대)을 이용해 파괴력을 훨씬 키운 폭탄이다. 수소 융합을 위해서는 고열을 필요로 하기
때문에 기폭제 역할을 해줄 원자 핵폭탄의 핵분열 반응이 우선 필요하므로, 수소폭탄 한발은 사실상
그 자체로서, '원자탄 폭발(핵분열) ⇒ 수소탄 폭발(핵융합)'이라는 두 번의 폭발이 순차적으로 일어나
는 셈이다. 다만, 눈 깜짝할 사이인 만큼, 동시에 발생하는 것으로 느낄 뿐이다.
한 마디로, 세상 모든 물질들의 최소 단위는 공통적으로 原子이며, 그 原子는 모든 물질 예외 없이, 陽
性子, 中性子, 電子로 구성되며, 물질의 종류는 陽性子의 갯수에 따라 정해진다는 결론이다. 최종 요약하자면, 모든 生命體(사람, 동식물...)는, 예외 없이, '네 가지 물질(염기)의 의도적 배열'에 따라
존재하는 것이고, 모든 物質體 역시 예외 없이, '세 가지(양성자, 중성자, 전자)의 의도적 세팅'에 따라 존재
한다는 이야기가 된다. 이러한 '노골적 흔적'(의도적 배열/세팅) 앞에, '우연'이라는 것은 비집고 들어갈
틈이 전혀 없어 보인다. 남는 것은 다만, 그 어떤 전능한 디자이너의 '존재'에 대한 확신뿐이다.
|