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원자폭탄보다 막강한 수소폭탄, 어떻게 작동하나

등록 2017-09-03 17:57수정 2017-09-03 22:22

수소 핵융합때 발생 에너지 이용
핵분열 원자폭탄보다 훨씬 막강
북한이 6차 핵실험을 했다고 주장하는 수소폭탄은 핵분열을 이용하는 원자폭탄과는 반대의 원리로 작동한다. 원자폭탄은 원자를 구성하는 핵을 쪼개어 생긴 에너지를 이용하는 반면 수소폭탄은 오히려 핵을 합쳐 발생시킨 에너지로 폭발력을 만든다.

자연의 모든 물질은 가장 가벼운 수소에서부터 가장 무거운 우라늄에 이르기까지 모두 92개의 원자로 구성돼 있다. 원자는 가운데 핵이 있고 주위에 하나 이상의 전자를 가지고 있다. 또 핵은 중성자와 양성자로 이뤄지는데, 양전기를 띤 양성자와 음전기를 띤 전자 수가 같아 안정적인 중성을 이룬다.

원자 자체는 안정적이어서 성질이 잘 변하지 않는데, 핵을 구성하는 중성자와 양성자가 핵력이라고 부르는 매우 강한 힘으로 묶여 있기 때문이다. 중력이 센 것 같지만, 사실 핵력에 비하면 태양 앞의 촛불에 불과하다. 핵력 덕분에 우리 몸이 지구의 중력장 속에서도 원자로 흩어지지 않고 유지되는 것이다.

그러나 우라늄처럼 무거운 원자는 중성자로 때린다든지 하는 특별한 상황이 되면 핵이 쪼개져 질량이 상이한 다른 원자들로 바뀔 수 있다. 이때 아인슈타인의 질량-에너지 등가 공식(E=mc²)에 따라, 원자 하나당 2억여전자볼트의 에너지가 발생한다. 이를 핵분열이라 하고 급속하게 진행하도록 한 것이 원자폭탄, 서서히 분열하도록 한 것이 원자력발전소의 원자로이다. 원자폭탄이나 원자력은 원자의 구조가 명확하게 밝혀지기 전에 만들어진 용어로, 핵폭탄이나 핵발전소가 정확한 표현이다.

수소폭탄은 반대로 가벼운 수소 핵들이 서로 합쳐지면서 감소하는 질량만큼 에너지가 나오는 현상을 이용한다. 핵분열 때보다 훨씬 큰 에너지가 발생한다. 태양은 이 수소 핵융합에서 에너지를 공급받아 유지되고 있다. 수소폭탄을 작동시키려면 강한 에너지를 가해야 해 핵폭탄을 먼저 터뜨려야 한다.

이근영 선임기자 kylee@hani.co.kr

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