핵출력

3. 핵출력의 정의 및 단위

핵출력은 핵무기가 폭발할 때 방출되는 에너지의 양을 의미하며, 일반적으로 TNT 폭약의 질량으로 환산하여 킬로톤(kt, TNT 1,000t) 또는 메가톤(Mt, TNT 1,000,000t) 단위로 표시한다.^[4] 때때로 테라줄(TJ) 단위도 사용되는데, TNT 1kt은 4.184TJ에 해당한다.^[4]

TNT 1g이 발하는 에너지량은 980~1,100cal로 폭이 있었기 때문에, 1kt의 핵출력은 1g의 TNT가 발하는 에너지량을 1,012 cal(= 4.184kJ)에 해당한다고 단순하게 환산하여, 대략 1,000t의 TNT 출력 에너지량으로 규정하고 있다.

핵출력은 핵무기의 파괴력을 나타내는 중요한 지표이며, 핵무기의 종류와 목적에 따라 다양한 핵출력을 가진 핵무기가 개발되어 왔다. 다음은 핵출력에 따른 핵무기 예시이다.

이에 비해, GBU-43 대형 탄두 공중 폭탄의 폭발 위력은 0.011ktTNT이고, 오클라호마 시티 폭탄 테러는 0.002ktTNT, 베이루트 항구 폭발의 추정 위력은 0.3ktTNT ~ 0.5ktTNT이다.^[8]

히로시마·나가사키 원자 폭탄 투하에 사용된 핵무기는 매우 특이한 설계였기 때문에, 정확한 위력을 측정하기 어려웠다. "리틀 보이"는 12ktTNT ~ 18ktTNT, "팻 맨"은 18ktTNT ~ 23ktTNT 사이로 추정된다.

한편, 일본어의 '핵출력'이라는 말은 원자력 발전소 등의 원자로의 출력 에너지량의 의미로도 사용되기 때문에, 핵무기의 폭발력을 나타낼 경우에는 '''핵 위력'''(かく いりょく)이라는 단어가 사용될 때가 있다.

4. 핵출력 제한

핵무기의 핵출력 대 질량 비율(핵무기 질량에 대한 핵출력의 비율)에는 이론적 한계와 현실적인 한계가 있다. 핵분열 무기와 핵융합 무기는 각각 다른 요인에 의해 핵출력이 제한된다. 특히 핵융합 무기는 이론적으로 핵출력에 제한이 없다. 핵무기 운반 수단(예: 항공기, 미사일)의 탑재 능력은 핵무기의 실제 핵출력에 영향을 미친다.

• 이론적 최대치: 수소 폭탄의 경우, 이론상 최대 핵출력 대 질량 비율은 1톤당 6Mt이다.
• 현실적 최대치: 실제로는 1톤당 약 5.2Mt 정도가 한계이다.
• 미국 핵무기: 현재 미국의 핵무기 핵출력 대 질량 비율은 1톤당 600kt에서 2.2Mt 사이이다.
• 예시:
• 데이비 크로켓: 1톤당 0.4kt ~ 40kt
• 리틀 보이: 1톤당 4kt
• 차르 봄바: 1톤당 2Mt (설계상으로는 1톤당 4Mt까지 가능)
• Mk-41: 1톤당 5.2Mt^[27]

5. 핵출력 계산 방법 및 논쟁

핵출력은 핵무기가 폭발할 때 방출되는 에너지의 양을 나타내는 지표로, 킬로톤(kt, TNT 1,000톤) 또는 메가톤(Mt, TNT 1,000,000톤) 단위로 측정된다. 때로는 테라줄(TNT 1kt = 4.184TJ) 단위가 사용되기도 한다.

핵출력을 정확하게 계산하는 것은 매우 어렵다. 잘 통제된 실험 조건에서도 오차가 발생할 수 있으며, 실제 핵폭발 상황에서는 오차 범위가 훨씬 커진다. 핵출력 계산에는 다음과 같은 여러 방법이 사용된다.

• 방사화학 분석: 핵분열 생성물의 양을 측정하여 핵출력을 계산하는 방법이다. 화학 반응 생성물에서 화학 수율을 측정하는 것과 유사한 방식으로, 생성된 핵분열 생성물의 양을 측정한다. 허버트 L. 앤더슨이 이 방법을 개척했다.
• 낙진 분석: 핵폭발 후 발생하는 낙진을 분석하여 핵출력을 추정한다.
• 중성자 활성화 분석: 중성자에 노출된 물질의 방사능 변화를 측정하여 핵출력을 계산한다. 리틀 보이^[14][15]와 열핵 아이비 마이크^[16]의 위력을 결정하는 데 사용되었다.
• 원격 감지: 폭발의 크기, 초음파, 화구 밝기(Bhangmeter), 지진계 데이터(CTBTO)^[17], 충격파 강도 등을 측정하여 핵출력을 추정한다.

참조

_[1] 웹사이트 The B-41 Bomb http://nuclearweapon[...]
_[2] 간행물 Last Nuclear 'Monster Weapon' Gets Dismantled https://www.wired.co[...] 2011-10-23
_[3] 웹사이트 Castle Bravo: The Largest U.S. Nuclear Explosion Brookings Institution 2014-02-27
_[4] 논문 Known Nuclear Tests Worldwide, 1945-1995 https://www.osti.gov[...] 1996-05
_[5] 웹사이트 Nuclear Bomb Effects Computer http://www.fourmilab[...] Fourmilab 2009-11-22
_[6] 웹사이트 Nuclear Bomb Effects Computer Revised Edition 1962, Based on Data from The Effects of Nuclear Weapons, Revised Edition http://www.fourmilab[...] Fourmilab 2009-11-22
_[7] 웹사이트 Nuclear Bomb Effects Computer http://www.fourmilab[...] Fourmilab 2009-11-22
_[8] 웹사이트 Beirut's Devastating Explosion Equivalent to Several Hundred Tons of TNT, Experts Say https://www.sciencea[...] 2020-08-06
_[9] 서적 Fission, Fusion and Staging: A bird's view at the core concepts of nuclear weapon design and the curious ideas about it http://www.ieri.be/f[...] IERI 2017-02-03
_[10] 웹사이트 Operation Dominic http://nuclearweapon[...]
_[11] 웹사이트 Complete List of All U.S. Nuclear Weapons http://nuclearweapon[...] 2014-08-29
_[12] 웹사이트 Nuclear Weapons Primer https://www.wisconsi[...] 2023-04-28
_[13] 웹사이트 Pakistan Nuclear Weapons: A Brief History of Pakistan's Nuclear Program http://www.fas.org/n[...] Federation of American Scientists 2019-10-30
_[14] 서적 Reassessment of the Atomic Bomb Radiation Dosimetry for Hiroshima and Nagasaki – Dosimetry System 2002 The Radiation Effects Research Foundation
_[15] 웹사이트 The Yields of the Hiroshima and Nagasaki Explosions http://www.osti.gov/[...] Los Alamos National Laboratory 2014-03-09
_[16] 서적 Operation Ivy Final Report Joint Task Force 132 http://apps.dtic.mil[...]
_[17] PDF Estimating the yields of nuclear explosions. chapter 7. Seismic verification of nuclear testing treaties. https://www.princeto[...]
_[18] 웹사이트 Chapter 3 Effects of Nuclear Explosions, Section I – General https://fas.org/nuke[...]
_[19] 웹사이트 Nuclear Events and their Consequences https://ke.army.mil/[...] The Borden Institute
_[20] 웹사이트 Nuclear Engineering Overview http://www.oektg.at/[...] Technical University Vienna
_[21] Article Article featuring Jack Aeby talking about his photograph http://www.abqjourna[...]
_[22] Report My Observations During the Explosion at Trinity on July 16, 1945 https://web.archive.[...]
_[23] 웹사이트 Trinity Test, July 16, 1945, Eyewitness Accounts – Enrico Fermi http://www.dannen.co[...] 2014-11-04
_[24] 웹사이트 Eyewitnesses to Trinity http://www.lanl.gov/[...] Los Alamos National Laboratory 2014-02-18
_[25] 웹사이트 Analytical mathematics for physical understanding, versus abstract numerical computation http://glasstone.blo[...] 2006-03-29
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_[28] 웹사이트 SS-18 Satan / (RS-20A/B/R-36M/15A14/15A18) http://warfare.ru/?l[...] 2008-04-12
_[29] 논문 Proc. R. Soc. London A http://www.journals.[...]
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_[31] 웹사이트 Pakistan Nuclear Weapons http://www.fas.org/n[...] Federation of American Scientists 2002-12-11
_[32] 뉴스 北, 정권수립일에 5.0 규모 5차 핵실험…軍 "10kt 위력 추정"(종합) http://www.yonhapnew[...] 2016-09-09
_[33] 뉴스 North Korea conducts fifth and largest nuclear test – South Korea and Japan http://uk.reuters.co[...] 2016-09-09