원자폭탄

3. 원자폭탄의 이론과 구조

핵분열을 이용한 원자력의 가장 초보적인 응용은 핵폭발(核爆發)이다. 그것은 핵분열의 연쇄반응을 광범위하게 순간적으로 일어나게 하는 것이다. 핵분열과 그로 인한 중성자의 방출은 극히 단시간(100만분의 1초 정도)에 끝나므로 결과로서 폭발이 생기는 것이다. 예를 들면 1kg의 우라늄-235가 완전히 폭발하면 현재 가장 강력한 화약인 TNT(트리니트로톨루엔) 2만t에 필적하는 에너지가 발생한다. 원자폭탄은 이와 같은 강력함과 그에 따라 발생되는 고온도가스(화구중심의 온도는 10억도라 한다), 방사열과 폭풍(爆風), 그리고 그 뒤에 남는 방사선(放射線)에 따라 처참(妻慘))하고 위력 있는 병기(兵器)가 되어서 제2차 세계대전에서 실제로 쓰였다. 원자폭탄에는 원자연료의 종류에 따라 우라늄폭탄(일본 히로시마에 떨어진 것과 같은 형)과 플로토늄폭탄(일본 나가사키에 떨어진 것과 같은 형)의 두가지가 있다. ^[23]

원자폭탄의 에너지는 원자가 핵분열 반응을 할 때 방출하는 에너지이며, 원자핵을 구성하는 양성자·중성자 간의 핵에너지로서 얻는 것이다. 일반적인 무기가 트리니트로톨루엔 화약 등의 화학 반응에 의해 원자의 결합 에너지(원자를 구성하는 전자궤도의 위치 에너지)를 얻는 것과는 원리적으로 다르다.

그 에너지의 크기는, 보통 같은 양의 에너지를 발생시키는 TNT 화약의 무게로 환산(TNT 환산)하여 평가한다. 그러나 이것으로 평가할 수 있는 것은 폭발 시의 파괴력뿐이며, 핵무기 사용에 따른 방사선 장애나 방사성 물질에 의한 오염은 고려되지 않는다.

핵분열이 일어날 때는 일반적으로 몇 개의 중성자가 외부로 방출된다. 따라서 핵분열을 일으키는 물질이 인접하여 다량으로 존재하는 경우, 핵분열로 방출된 중성자를 다른 원자핵이 흡수하여 다시 분열하는 반응이 연쇄적으로 일어날 수 있다. 이러한 반응을 핵분열의 "연쇄 반응"이라고 부른다. 핵분열성 물질의 양이 적을 경우에는 연쇄 반응이 짧은 시간에 종식되지만, 어느 일정량을 초과하면 중성자의 흡수수와 방출수가 균형을 이루어 연쇄 반응이 지속된다. 이 상태를 "임계 상태(혹은 단순히 임계)"라고 하며, 임계 상태가 되는 핵분열성 물질의 양을 임계량이라고 부른다. 발전 등에 사용되는 원자로에서는 이 임계 상태를 유지하도록 제어하여 일정한 에너지 출력을 얻고 있다. 원자폭탄에 사용되는 경우에는 핵분열성 물질을 제어된 짧은 시간 내에 임계 상태로 만들 필요가 있다.

핵분열성 물질이 임계량을 크게 초과하여 존재하는 경우에는 분열 반응을 반복할 때마다 중성자의 수가 지수 함수적으로 증가하여 반응이 폭주적으로 진행된다. 이 상태를 "초임계 상태"(물성 물리학에서의 초임계와는 의미가 다르다는 점에 유의), 또는 임계 초과라고 부른다. 아주 미세한 초임계 상태라면 제어 가능한 영역도 존재하지만(그렇지 않으면 원자로의 기동도 불가능하다), 일정 이상의 초임계 상태는 제어가 불가능하며 무기로서도 실용적이지 않다.

핵분열 반응을 일으키는 물질은 여러 가지가 있지만, 원자폭탄에는 우라늄-235(Uranium-235) 또는 플루토늄-239(Plutonium-239)가 사용된다.

핵폭발을 평화목적에 이용하려는 연구도 점차 추진되고 있다. 현재 운하(運河)의 굴착이나 석탄·석유·천연가스 등의 지하자원 개발이 유력한 용도(用途)로 지목되고 있다. 또 원자로(原子爐)에서 얻어지는, 훨씬 강한 중성자속(中性子束)을 얻을 수 있어 초우라늄 원소(플루토늄은 그 한가지이다)의 제조 등의 과학 연구에 쓰이고 있다. 그러나 핵폭발에 뒤따르는 잔존(殘存) 방사능에 대한 대책 등 큰 문제가 미해결로 남아있다.^[23]

3. 1. 핵분열 이론

3. 1. 1. 핵분열 물질

3. 2. 원자폭탄의 구조

• 건배럴(Gun barrel)형

• 폭축(Implosion)형

• 개량형 원자폭탄

3. 2. 1. 건배럴(Gun barrel)형

3. 2. 2. 폭축(Implosion)형

3. 2. 3. 개량형 원자폭탄

4. 일본에 대한 원자폭탄 투하

핵분열을 이용한 원자력의 가장 초보적인 응용은 핵폭발(核爆發)이다. 그것은 핵분열의 연쇄반응을 광범위하게 순간적으로 일어나게 하는 것이다. 핵분열과 그로 인한 중성자의 방출은 극히 단시간(100만분의 1초 정도)에 끝나므로 결과로서 폭발이 생기는 것이다. 예를 들면 1kg의 우라늄-235가 완전히 폭발하면 현재 가장 강력한 화약인 TNT(트리니트로톨루엔) 2만t에 필적하는 에너지가 발생한다. 원자폭탄은 이와 같은 강력함과 그에 따라 발생되는 고온도가스(화구중심의 온도는 10억도라 한다), 방사열과 폭풍(爆風), 그리고 그 뒤에 남는 방사선(放射線)에 따라 처참(妻慘))하고 위력 있는 병기(兵器)가 되어서 제2차 세계 대전에서 실제로 쓰였다. 원자폭탄에는 원자연료의 종류에 따라 우라늄폭탄(히로시마에 떨어진 것과 같은 형)과 플로토늄폭탄(나가사키에 떨어진 것과 같은 형)의 두가지가 있다.^[23] 핵폭발을 평화목적에 이용하려는 연구도 점차 추진되고 있다. 현재 운하(運河)의 굴착이나 석탄·석유·천연가스 등의 지하자원 개발이 유력한 용도(用途)로 지목되고 있다. 또 원자로(原子爐)에서 얻어지는, 훨씬 강한 중성자속(中性子束)을 얻을 수 있어 초우라늄 원소(플루토늄은 그 한가지이다)의 제조 등의 과학 연구에 쓰이고 있다. 그러나 핵폭발에 뒤따르는 잔존(殘存) 방사능에 대한 대책 등 큰 문제가 미해결로 남아 있다.^[23]

1945년 8월, 일본의 두 도시에 원자폭탄이 투하되었다.

'''히로시마 원폭 투하'''

1945년 8월 6일 오전 8시 15분, 일본 히로시마시에 원자폭탄(리틀 보이)이 투하되었다. 맨해튼 계획 책임자인 레스리 그로브스의 명령에 따라, B-29 (에놀라 게이)가 투하했다. 일반적으로 해리 S. 트루먼 대통령이 투하를 허가한 것으로 알려져 있지만, 최근 연구에서는 트루먼이 명확한 결단을 내리지 않았다는 주장도 제기되고 있다.

시내 중앙에 위치한 T자형 아이아이바시를 목표로 투하된 원자폭탄은 상공 600m에서 폭발했다. 폭발과 함께 발생한 열선, 방사선, 강렬한 폭풍과 충격파는 막대한 피해를 일으켰다. 폭발의 섬광과 충격파로 인해 히로시마 등에서는 원자폭탄을 「피카돈」이라고 부른다.

폭심지 부근은 철과 유리조차 증발할 정도의 고열에 노출되었고, 강렬한 열선으로 인해 야외에 있던 사람들은 온몸이 탄화되고 내장 조직까지 고열로 수분이 증발했다. 3.5km 떨어진 곳에서도 피부에 직접 열선을 쬔 사람들은 화상을 입었다. 폭풍과 충격파로 인해 폭심지로부터 2km 범위 내 건물 대부분이 파괴되었다.

폭발에 의한 직접적인 방사선 피폭 외에도, 히로시마시 북서부에 내린 「검은 비」 등의 방사성 낙진에 의한 피폭 피해도 발생했다. 구조 및 수색 활동을 위해 시내에 들어간 사람들에게도 급성 장애가 다발했다(2차 피해). 당시 히로시마시 인구는 약 34만 명이었지만, 폭심지로부터 1.2km 범위 내에서 당일 50%가 사망했고, 같은 해 12월 말까지 14만 명이 추가로 사망한 것으로 추정된다. 총 사상자는 20만 명에 달한다.

그 후에도 화상 후유증(켈로이드), 태내 피폭된 출생아의 사망률 상승, 백혈병이나 갑상선암 증가 등이 나타났다.

'''나가사키 원폭 투하'''

히로시마 원폭 투하 3일 후인 1945년 8월 9일 오전 11시 2분, B-29(박스카)가 나가사키시에 원자폭탄 팻맨을 투하했다. 투하 지점은 당일 기상 상황으로 인해 목표였던 시가지 중심부에서 벗어나 나가사키시 북부의 마쓰야마정 171번지(현, 마쓰야마정 5번지) 테니스 코트 상공이었다.

당시 나가사키시의 인구는 추정 24만 명이었으며, 나가사키시의 같은 해 12월 말 집계에 따르면 사망자는 7만 3884명, 부상자는 7만 4909명, 피재 인원은 12만 820명, 피재 가구는 1만 8409호에 달했다.

'''일본의 항복과 본토 상륙 작전 중지'''

원폭 투하 후인 8월 14일에 일본은 포츠담 선언 수락을 결정하고 통고했다.^[21] 이로 인해 특히 유럽과 미국에서는 원폭 투하가 일본의 항복을 재촉했다는 주장이 기정사실로 받아들여지고 있다.^[21] 그러나 중립 조약을 맺었던 소련의 대일 참전이라는 요인이 겹치는 등 원폭 투하와 일본의 항복과의 관련성은 아직도 논쟁의 여지가 있다.^[21] 옥음방송에서는 원폭 투하를 포츠담 선언 수락의 이유 중 하나로 들고 있다.^[21]

일본의 항복으로 1945년 11월에 예정되어 있던 큐슈 남부 상륙 작전과, 이듬해 3월에 예정되어 있던 간토 지방에 대한 대규모 상륙 작전이 중지되었다.^[21] 이 작전이 실행되었다면 총 107만 명에 달하는 미국군이 도쿄에 상륙하여, 양측 합쳐 히로시마와 나가사키 원폭에 의한 사상자를 훨씬 능가하는 전사자를 냈을 것이라고 전후 미군 당국은 언급하고 있다.^[21] 이러한 언급이 후년 미국에서 원폭 투하 정당화의 근거가 되었다.^[21] 본토 작전에 대한 자세한 내용은 미군: 다운폴 작전, 일본군: 본토 결전·결호 작전 참조.^[21]

4. 1. 히로시마 원폭 투하

4. 2. 나가사키 원폭 투하

4. 3. 일본의 항복과 본토 상륙 작전 중지

5. 원자폭탄을 둘러싼 논쟁

핵분열을 이용한 원자력의 초보적인 응용은 핵폭발이다. 핵분열 연쇄반응을 광범위하게 순간적으로 일으켜 핵분열과 중성자 방출이 극히 짧은 시간에 완료되어 폭발이 발생한다. 1kg의 우라늄235가 완전히 폭발하면 현재 가장 강력한 화약인 TNT 2만t에 필적하는 에너지가 발생한다.^[23] 원자폭탄은 이러한 강력함과 고온도 가스, 방사열과 폭풍, 그리고 방사선 때문에 위력적인 병기가 되어 제2차 세계 대전에서 실제로 쓰였다.^[23] 원자폭탄에는 원자연료 종류에 따라 우라늄폭탄(일본 히로시마에 투하된 것)과 플루토늄폭탄(일본 나가사키에 투하된 것) 두 가지가 있다.^[23] 핵폭발을 평화적 목적에 이용하려는 연구도 추진되고 있다.^[23] 운하 굴착이나 석탄·석유·천연가스 등 지하자원 개발, 초우라늄 원소 제조 등의 과학 연구에 쓰이고 있지만, 잔존 방사능 대책 등 큰 문제가 미해결로 남아 있다.^[23]

5. 1. 원자폭탄 투하 이유에 대한 논쟁

5. 1. 1. 미국의 공식 입장

5. 1. 2. 다른 관점들

5. 2. 역사 인식

5. 2. 1. 일본

5. 2. 2. 미국

5. 2. 3. 한국

6. 원자폭탄의 건강 피해와 영향

원자폭탄은 고온의 열선과 강력한 폭풍뿐만 아니라 강한 방사선을 방출하고, 방사화된 먼지 등을 다량으로 배출했기 때문에, 피해는 TNT 환산으로 추정할 수 있는 폭발의 열과 폭풍에만 그치지 않는다.^[23] 원폭병이라고 불리는 방사선 장애나 백혈병, 암 등의 질병을 피폭자에게 일으켰으며, 그 영향은 현재도 계속되고 있다.^[23]

핵분열을 이용한 원자력의 가장 초보적인 응용은 핵폭발(核爆發)이다.^[23] 핵분열의 연쇄반응을 광범위하게 순간적으로 일어나게 하는 것이다.^[23] 핵분열과 그로 인한 중성자의 방출은 극히 단시간(100만분의 1초 정도)에 끝나므로 결과로서 폭발이 생기는 것이다.^[23] 예를 들면 1kg의 우라늄235가 완전히 폭발하면 현재 가장 강력한 화약인 TNT(트리니트로톨루엔) 2만t에 필적하는 에너지가 발생한다.^[23]

원자폭탄은 이와 같은 강력함과 그에 따라 발생되는 고온도가스(화구중심의 온도는 10억도라 한다), 방사열과 폭풍(爆風), 그리고 그 뒤에 남는 방사선(放射線)에 따라 처참(妻慘))하고 위력 있는 병기(兵器)가 되어서 제2차 세계대전에서 실제로 쓰였다.^[23] 원자폭탄에는 원자연료의 종류에 따라 우라늄폭탄(일본 히로시마에 떨어진 것과 같은 형)과 플로토늄폭탄(일본 나가사키에 떨어진 것과 같은 형)의 두가지가 있다.^[23]

참조

_[1] 웹사이트 全世界を破壊する危險　原子爆彈の完成近し？　◇……佛國テイボー博士が發表 https://hojishinbun.[...] Burajiru Jihō 2024-12-15
_[2] 웹사이트 原爆を造る經濟能力　どの國にもある　（オ博士の發表） https://hojishinbun.[...] Hawaii Times 2024-12-15
_[3] 웹사이트 核爆発装置 - ATOMICA - https://atomica.jaea[...] 2020-06-29
_[4] 웹사이트 知恵蔵の解説＿フィズル https://kotobank.jp/[...] コトバンク＿(株)朝日新聞出版発行「知恵蔵」 2018-02-24
_[5] 간행물 同盟時事月報第8巻第12号(通号223号)昭和20年1月14日、同盟通信社(防衛省防衛研究所) 同盟通信社
_[6] 웹사이트 最強力な原子爆彈　米、廣島爆撃に初投下　超性能　火薬二萬噸分の莫大な爆碎力 https://hojishinbun.[...] Hawaii Times 2024-12-15
_[7] 웹사이트 原子爆彈投下により長崎市は抹殺さる　超要機員は結果"良好"報告 https://hojishinbun.[...] Hawaii Times 2024-12-15
_[8] 웹 원자포에 의해 발사되는 핵포탄의 예
_[9] 웹 전술핵용 무반동포의 예
_[10] 서적 近代日本総合年表 第四版 岩波書店
_[11] 웹사이트 イランの原子力開発と原子力施設 https://atomica.jaea[...] 2022-08-03
_[12] 서적 『原子力のすべて』−地球と共存する知恵− 内閣府「原子力のすべて」編集委員会
_[13] 웹사이트 原爆用と産業用プルトニウムとの組成の比較 https://atomica.jaea[...] 2022-08-03
_[14] 웹사이트 (解説)核兵器と原子炉について http://www.clearing.[...] 防衛省 2024-12-29
_[15] 웹사이트 NRDC Profile: Thomas B. Cochran https://web.archive.[...]
_[16] 웹 플루토늄은 건배럴형에서는 선택되지 않는다.
_[17] 웹 D-T강화 방식에서는 핵분열에 의한 열로 코어가 팽창하기 전에 핵반응이 진행되기 때문에, 코어부를 관성력으로 억제하기 위한 우라늄238제의 두꺼운 탬퍼 대신 베릴륨제의 얇은 반사체로서의 탬퍼로 바꿀 수 있다.
_[18] 웹 D-T 강화 방식의 원폭의 예로서, 1956년에 미국이 개발한 "스완"이 있다.
_[19] 서적 日本は原子爆弾を作れるのか PHP研究所 2009-01-30
_[20] 웹사이트 広島電鉄公式サイト＞電車情報＞車両の紹介：単車 - 650形 https://www.hiroden.[...] 2022-03-19
_[21] 서적 相模湾上陸作戦―第二次大戦終結への道
_[22] 웹 핵분열탄(핵분열탄)이라고도 한다.
_[23] 웹사이트 원자폭탄