본문 바로가기
  1. >
  2. 고등>
  3. 공통>
  4. 연간>
  5. 물리1>
  6. 에너지>
  7. 에너지의 발생
고등셀파

핵분열과 핵융합

목차

원자핵


1. 원자핵

  • 원자 질량의 대부분을 차지하며, 양성자와 중성자로 이루어져 있음


원자핵의 구조


  • 양성자: ()전하를 띤 입자로, 전하량은 e
  • 중성자: 전기적으로 중성이고, 질량은 양성자와 거의 같음


2. 원자핵의 표기

  • 원소기호 X, 원자 번호 Z, 질량수 A로 표기함


원자핵의 표기


  • 원자 번호(Z) : 원자핵에 들어 있는 양성자수 →원자 번호 = 양성자수
  • 질량수(A) : 양성자수와 중성자수를 합한 수→질량수 = 양성자수 + 중성자수


핵반응


1. 핵반응

  • 핵이 분열하거나 합쳐지는 반응


2. 질량 결손

  • 핵반응 후 질량의 합이 핵반응 전 질량의 합보다 줄어들게 되는 것


3. 질량 결손과 에너지

  • 핵반응에서 발생하는 에너지 E는 핵반응에서 감소한 질량 Δm이 질량·에너지 동등성에 따라 에너지로 전환된 것임


질량 결손과 에너지


4. 핵반응식

  • 핵반응 전후의 보존 관계를 나타낸 식으로, 핵반응 전후에 전하량 보존 법칙과 질량수 보존 법칙이 적용됨


핵반응식


  • 전하량 보존 법칙 : 핵반응 전 전하량의 합과 핵반응 후 전하량의 합은 같음
  • 질량수 보존 법칙 : 핵반응 전 질량수의 합과 핵반응 후 질량수의 합은 같음


핵분열


1. 핵분열

  • 한 원자핵에 중성자가 충돌할 때 2개 이상의 작은 원자핵으로 나누어지는 반응으로, 질량 결손에 의해 많은 에너지가 방출됨


2. 우라늄의 핵분열

  • 우라늄 235가 저속 중성자와 충돌하면 크립톤 92와 바륨 141 등과 같이 2개의 작은 원자핵으로 분열하면서 2~3개의 고속 중성자를 방출함


우라늄의 핵분열


3. 연쇄 반응

  • 우라늄 235가 핵분열할 때 방출된 고속 중성자들을 느리게 하면 다른 우라늄 235들과 계속 충돌하여 핵분열이 연속적으로 일어나 확대되는 반응
  • 감속재 : 핵분열로 생긴 고속 중성자를 감속하여 저속 중성자로 만드는 물질로, 물이나 흑연 등이 사용됨
  • 제어봉 : 중성자를 흡수하여 연쇄 반응을 억제하는 물질로, 카드뮴, 붕소 등이 사용됨


핵융합


1. 핵융합

  • 가벼운 원자핵들이 융합하여 더 무거운 원자핵으로 변하는 반응으로, 질량 결손이 생겨 많은 에너지가 방출됨


2. 태양 중심부에서의 핵융합

  • 태양 중심부에서 수소 원자핵들이 융합하여 헬륨 원자핵으로 변환됨 →이때 질량 결손에 의한 에너지가 태양 에너지의 근원임


3. 토카막에서의 핵융합

  • 초고온 상태에서 중수소와 삼중수소가 융합하여 헬륨이 생성되는 반응이지만 아직 실용화되지 않았음


관련문제

문제

01

그림 (가), (나), (다)는 각각,,의 원자핵의 구조를 간략하게 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

<보기>

원자핵 구조


<보기>

ㄱ. (가)의 원자 번호는 1이다.

ㄴ. (다)의 전하량 크기는 (나)의 2배이다.

ㄷ. 중성자수는 (나)가 가장 많다.

선택지

① ㄱ

② ㄴ

③ ㄱ, ㄴ

④ ㄱ, ㄷ

⑤ ㄴ, ㄷ

정답 :

해설 :

(가), (나), (다) 모두 양성자가 1개이므로 원자 번호가 1이고 화학적 성질이 같음. 중성자수 = 질량수 - 원자 번호(양성자수)이므로 중성자수는 (가)가 0, (나)가 1, (다)가 2임

문제

01

다음은 우라늄이 핵분열할 때 일어나는 핵반응 중의 하나를 나타낸 것이다. 한 번의 핵분열에서 생긴 질량 결손은 몇 kg인가? (단, 빛의 속력이 3 108 m/s이고, 1 eV = 1.6 10-19J이다.)

<보기>

우라늄 핵분열

선택지

① 0.7×10-28 kg

② 1.4×10-28 kg

③ 2.1×10-28 kg

④ 2.8×10-28 kg

⑤ 3.6×10-28 kg

정답 :

해설 :

해설

참고서 연관목차

첫 페이지 보기
  1. 1.시공간과 우주

    1. 1 . 시간, 공간, 운동

    2. 2 . 시공간의 새로운 이해

  2. 2.물질과 전자기장

    1. 1 . 전자기장

    2. 2 . 물질의 구조와 성질

  3. 3.정보와 통신

    1. 1 . 소리와 빛

    2. 2 . 정보의 전달과 저장

  4. 4.에너지

    1. 1 . 에너지의 발생

    2. 2 . 힘과 에너지의 이용

TOP