핵폭탄과 수소폭탄이란?

요즘 북한에서 핵실험을 하여 한반도의 안전에 커다란 위협을 주고 있다.

그래서 과연 핵폭탄이 무엇인지 위력은 어느정도 인지 알아보고자 한다.

 

 

 

 

1. 핵폭탄이란?

 

핵분열을 이용한 원자폭탄과 이를 이용한 부분적 핵융합을 유발하는 수소폭탄, 그리고 수소폭탄을 소형화하고 중성자 방사를 통한 인명살상기능을 특화시킨 중성자탄이 있다. 핵폭탄에 유해물질이 없고 그냥 강력한 폭탄 같았으면 오히려 무기로서 퍼졌으리라 볼 수 있으니, 이거 개발했을 당시에도 그냥 센폭탄 정도로만 인식했다.

일반적으로 용도에 따라 '야전에서 쓰는' 수준인 '전술' 핵무기와 '국가간의 전략적 교전' 단계로 활용하는 '전략' 핵무기로 나뉜다. 약한 게 한번만 터져도 도시 하나 둘쯤은 마비시키고, 강한 폭탄이 터지면 아예 도시 하나를 통째로 소멸시킬 정도로 화력이 세서 단독 병기로도 '전략적 교전'이 가능할 지경이라 이런 개념이 생겼다.

핵무기는 통상적인 재래식 병기로 상대할 수가 없다. 핵무기를 보유한 국가와 그렇지 못한 국가는 힘의 균형이 크게 무너지기 때문에, 흔히 강대국의 조건 중의 하나로 불리기도 한다. 실제로 UN의 상임이사국은 모두 핵무기와 핵무기의 장거리 투발수단을 다수 보유한 핵 강국이다. 

 

(수소 핵융합 반응을 이용한 핵무기. 인류가 발명한 가장 위력적인 무기다. 미국에서는 열핵폭탄(Thermo-Nuclear Bomb)이라고 부른다.현재 미국 러시아 중국 등 핵보유 강국의 실전 배치된 핵폭탄은 모두 열핵폭탄 즉 수소폭탄이며 순수한 원자폭탄은 1950년대 이후에는 (인도 북한 등 후발 핵개발국의 실험용을 제외하면) 모두 퇴출되었다. 그래서 현대에서는 핵폭탄이라고 하면 원자폭탄이 아니라 바로 수소폭탄을 의미한다.
참고로, 미국이 1952년 11월 1일, 태평양의 에니위탁이란 섬에서 실험했는데 폭발때 섬이 완전히 사라졌다고 한다)

 

 

 

 

 

 

 

2. 수소폭탄과 원자폭탄과의 차이.

 

 

 

 

 

수소폭탄은 원자폭탄과 혼동되는 경우가 많다. 하지만 수소폭탄은 원자폭탄과는 확실하게 구분되는 물건이다.

물론 수소폭탄에서 처음 핵융합을 일으키게 하는 게 원자폭탄이지만, 핵융합 자체는 핵분열과 달리 그 결과물로 수명이 긴 방사성 동위원소가 나오지 않는다. 따라서 같은 위력을 가졌다면 수소폭탄은 핵분열 원자폭탄에 비해 잔류 방사능 낙진은 적게 발생한다. 하지만 그렇다고 이게 통념처럼 '방사능이 없는 깨끗한 폭탄' 따위는 아니며, 기폭제가 원자폭탄이 아니더라도 방사능은 상대적으로 적을 뿐이지 여전히 발생한다.

중수소나 삼중수소를 사용하는 핵융합 반응은 고에너지 중성자가 잔뜩 튀어나와 주변템퍼에 반응한다. 템퍼는 보통 천연우라늄으로 이루어져 있다. 예전에는 납이나 텅스텐과 같은 비방사성 물질을 썼지만 중성자 반사제로는 좋았지만 안정 동위체라 핵분열이 불가능하고 중성자 흡수율도 극히 낮기 때문에 무기의 효율을 약화시키고 잉여 중성자는 대기의 질소와 반응하여 탄소-14를 형성하는데 그치기 때문.. 천연우라늄에 14.1 MeV의 강한 중성자가 맞으니 우라늄-238도 핵분열 하게 된다. 사실 수소폭탄은 템퍼의 우라늄-238이 핵분열하여 내는 에너지가 전체의 70~80%까지 차지한다. 비율은 매우 낮으나 핵반응에서 반드시 튀어나오는 고에너지 감마선도 어느 정도 오염을 촉발시킬 수 있다. 

일반 원자폭탄에서 우라늄-235나 플루토늄-239가 핵분열하여 내뿜는 중성자는 에너지가 평균 1 MeV에 이르기 때문에 우라늄-238을 핵분열 시키는 것이 불가능하므로 핵분열성 물질을 농축시켜야 한다. 하지만 수소폭탄에서 중수소와 삼중수소가 핵융합하여 내뿜는 중성자의 에너지는 14.1 MeV에 이르기 때문에 우라늄-238을 핵분열 시킬 수 있다.

우라늄-238은 6.6 MeV의 중성자를 맞으면 핵분열 비율이 35%를 넘어가고 10 MeV를 넘으면 45%를 넘어간다. 하지만 1 MeV의 중성자를 맞으면 핵분열 비율이 0.5%밖에 되지 않으므로 사실상 비핵분열성 동위체지만 초고속 중성자를 맞으면 238U도 핵분열 한다. 따라서 수소폭탄에는 위력을 강화시키기 위해 우라늄-238 케이스가 필요하다.

중수소-삼중수소 핵융합에서 얼마나 많은 중성자가 나오는가 하면. 우라늄-238의 질량만큼의 중수소-삼중수소를 핵융합을 시키면 47개가 넘는 중성자가 튀어나오기 때문에 핵융합 부스팅은 완전 중성자 덩어리를 내뿜는 거라 할 수 있다. 즉 이론상으로 1kg의 중수소-삼중수소를 핵융합 하면 47kg의 우라늄-238을 핵분열 시킬 수 있다. 하지만 우라늄-238의 초고속 중성자의 핵분열 효율이 45%에 이르므로 실제로는 21.2kg이며, 우라늄-238의 핵분열로 인해 튀어나온 중성자가 추가로 핵분열 하는 것까지 합치면 23kg이 핵분열을 하게 된다. 하지만 14.1 MeV의 중성자가 주위의 우라늄-238에 팅겨져 에너지를 잃을 수도 있고 핵융합을 못한 리튬과 충돌하여 에너지를 잃을 수 있으므로 실제로 효율이 약간 낮아져 40%인 19kg이 실제로는 핵분열을 하게 된다. 고로 20Mt급의 수소폭탄이 터질려면 복합적으로 계산시 플루토늄-239와 우라늄-235의 핵분열을 통해 핵융합을 유도하므로 핵분열성 물질의 핵에너지까지 포함한다면 47kg의 중수소화 리튬만으로도 20Mt급의 수소폭탄이 가능하게 된다.

천연 우라늄인 우라늄-238 탬퍼에 우라늄-235를 어느정도 농축한 상태로 집어넣어주면 더 효율적인 폭탄이 가능한데 효율을 50%까지 끌어올릴 수 있다. 이렇다면 37kg의 중수소화 리튬만으로도 20Mt급의 수소폭탄이 가능하다. 하지만 농축 우라늄은 비싸고 우라늄-238만으로도 충분히 파괴력이 쎈데 굳이 25% 더 효율 증대 목적으로 비싼 우라늄-235를 쓰진 않는다. 일반적인 수소폭탄 탬퍼에는 우라늄-235가 0.7% 함유되어 있는 천연우라늄을 써서 가격을 낮춘다.

템퍼를 제거한다면 중성자 폭탄으로 제조가 가능하다. 탬퍼가 없으면 중성자를 흡수하여 핵분열 하는 우라늄-238이 없으므로 고속 중성자가 그대로 폭탄 내부를 벗어나 대기로 튀어나온다. 결국 수소폭탄의 대부분의 에너지는 우라늄-238이 핵분열 해서 내는 에너지를 이용하는 것이므로 원자폭탄과 같이 핵분열 생성물인 방사성 낙진이 떨어져 생태계를 오염시킨다. 하지만 차르봄바처럼 의도적으로 위력을 조절하기 위해 탬퍼를 우라늄이 아닌 다른 비핵물질을 사용한 경우에는 상대적으로 위력 대비 낙진의 양이 적을 수 있다.

 

3. 위력과 만드는과정

 

 

 

 

4. 핵폭탄과 핵연료와의 차이

 

 

 

 

 

5. 관련 동영상.

 

 

 

 

 

 

 

 

출처: https://namu.wiki/w/%EC%88%98%EC%86%8C%ED%8F%AD%ED%83%84

         https://namu.wiki/w/%ED%95%B5%EB%AC%B4%EA%B8%B0

        https://www.youtube.com/watch?v=qJDz3tEpLxc

       https://www.youtube.com/watch?v=F4gRoDCVStA

       https://www.youtube.com/watch?v=p8yxCYBjKto