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천연 핵분열 연쇄반응 : 고대아프리카 핵분열 반응(Oklo: Ancient African Nuclear Reactors) 목록

조회 : 1608 | 2005-12-26


핵분열 반응이란 원자핵이 둘 이상의 비교적 큰 부분으로 분열되는 현상을 말하는데 원자핵 내에서의 핵자(核子) 1개당의 결합에너지는 가벼운 핵으로부터 중위(中位:철·코발트 등)로 향하여 완만하게 감소한다. 따라서 중위의 핵이 가장 안정되어 있으며, 가벼운 핵의 융합반응과 함께, 무거운 핵분열반응에 의해 에너지가 해방되어 안정화된다는 것을 알 수 있다. 이 종류의 과정은 어떤 종류의 원자핵이 중성자·입자·선 등의 방사선으로 외부로부터 들뜨게 되었을 때 일어나며, 또 어떤 원자핵에서는 외부로부터 자극을 받지 않아도 자발적으로 일어난다. 또한 핵분열 때 비교적 큰 분열파편 외에 낮은 에너지의 중성자가 방출되는 경우가 많으며, 이들 중성자는 더욱 핵분열을 촉진시킴으로써 연쇄적인 분열반응의 가능성이 생기게 된다. 이것은 막대한 핵에너지의 해방·이용의 가능성을 여는 것으로서 핵반응의 한 형식인 핵분열과정에 중대한 역사적 의미를 부여하게 되었다. 핵분열반응은 1938년 O.한과 F.슈트라스만에 의하여 우라늄 238 238U을 중성자로 조사(照射)했을 때에 발견한 것이 최초의 일이었다





. 이 경우 우라늄 238 238U은 바륨 139 139Ba 및 크립톤 97 97Kr 등으로 분열하여 분열파편은 170 MeV의 평균에너지를 가지고 비산하였다. 자발적(自發的) 핵분열은 1940년 발견되었다.핵분열반응은 몇 가지 중요성이 있으나 특히 중요한 것은 다음과 같다. ① 핵분열반응에 수반되어 해방되는 에너지:반응당 에너지 해방량은 평균 약 200MeV이다. 1kg의 보통 우라늄의 발열효과는 250만 kg의 석탄과 같으며 연료의 가격은 약 400:1로서 우라늄이 유리하다. ② 분열파편 원자핵에는 비교적 중성자가 많은 것:분열파편 속에 비교적 중성자가 많은 이유는 주로 어미핵[母核]과 생성핵과는 쿨롱힘의 효과의 크기가 각각 다르기 때문인데, 그 결과 생성핵은 직접 중성자를 방출하든가, 관련되는 β붕괴과정에 의해 중성자수의 비를 줄인다. 이 중성자방출 과정은 생성핵이 만들어졌을 때의 상당히 높은 들뜸에너지를 감소시키는 역할도 한다. 또한 중성자가 β붕괴 후에 방출되는 경우도 있다. 이런 종류의 중성자를 지발중성자(遲發中性子)라고 한다. 평균적으로 2,3개의 중성자가 방출되는데, 그래도 남아 있는 과잉중성자는 β붕괴에 의해 조절된다. 분열성 물질의 연쇄반응(連鎖反應)을 가능하게 하는 것은 바로 이 중성자의 방출이다. ③ 연쇄반응:지발중성자의 방출은 분열성 물질의 연쇄반응을 가능하게 한다. 연쇄반응을 실현하고, 그 진행을 제어하면서 이용하는 장치가 원자로이다. 연쇄반응은 연쇄개시로 시작하여, 연쇄성장을 거쳐, 연쇄운반체(連鎖運搬體:chain carrier)가 소멸함으로써 종결된다.






1970년 아프리카에서 20억년에 걸친 핵반응 흔적이 발견되었다. 이 반응은 자연적으로 일어났다. 현재에는 자연적인 반응은 일어나지 않는다 자연붕괴가 일어나기 위해서는 우라늄의 충분한 비중이 필요하다. 이 사진은 가봉의 Oklo에서 찍은 Fossil Reactor 15이다. 노락색을 띈 바위가 우라늄이 산화된것이다. 이러한 자연적인 핵분열반응은 거대한 우주의 시간과 인간이 만들어낸 원자력의 낭비에 대해 중요한 의미들을 시사해준다.





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