210414 [알기 쉬운 원자력 에너지 이야기] Week1 현대 물리의 역사와 핵 에너지의 기본 개념에 대한 이해

■ 1차시 신화와 과학 그리고 원자력

ㅇ 크로노스

- 우라노스(천상의 신), 가이아(대지의 신)의 아들

 

ㅇ 크로노스의 아들들 12주신
- 제우스, 하데스, 포세이돈은 형제

 

ㅇ 그리스식 이름

- 우라노스, 가이아, 크로노스, 하데스, 제우스, 포세이돈

 

ㅇ 로마식 이름

- 세턴(크로노스), 플루토(하데스), 쥬피터(제우스), 넵튠(포세이돈)

ㅇ행성의 이름
- 우라노스(천왕성)만 그리스식 이름 사용, 나머지는 로마식 이름 사용

 

ㅇ 우라늄 이름
- 우라노스(천왕성)을 발견한 시기와 비슷하여 우라늄이라고 지음

ㅇ 원소 토륨의 이름
- 북구의 신 토르에서 따옴

ㅇ 노틸러스호
- 최초의 원자력 잠수함
- 소설 '해저2만리'에 나오는 잠수함

ㅇ 하이만 릭코버
- 원자력 공학, 잠수함의 아버지
- 노틸러스호 건조 총 책임자

---

■ 2차시 현대 물리와 핵에너지 1

ㅇ 막스플랑크

- 양자가설 : 현대물리의 출발점

가. 흑체복사이론을 정립하는 과장에서 양자가설 제시

나. 에너지는 불연속적일 수 있을것이라는 추측

다. 양자역학을 성립하는데 중요한 역할

라. 양자가설을 이용해 아이슈타인의 광전효과 발견

 

ㅇ 광전효과

- 광전현상 : 금속에 빛을 쬐었을 때, 금속에서 전류가 흐름

- 아이슈타인이 양자가설을 이용하여 광전 효과 설명 및 질량 에너지 등가이론 정립

 

ㅇ 양자역학의 확률

- 입자의 위치와 운동량을 동시에 측정 불가. 확률로만 설명가능

 

ㅇ 동위원소

- 입자의 화학적 특성은 같으나 무게가 다른 원소

- 화학적 특성을 보여주는 입자는 같으나, 무게를 주는 입자들의 개수가 다를 때 발생

 

ㅇ 플럼푸딩 모델

- 최초의 원자 모델

- 푸딩의 건포도처럼 전자가 원자에 박혀있는 모델

- 톰슨교수 발견

 

ㅇ 러더퍼드의 원자구조

- 톰슨교수의 제자

- 고밀도로 구성된 원자핵 주위로 전자가 도는 모델을 제시

- 양성자 발견에 기여

 

ㅇ 중성자

- 원자의 무게만 다르게 만드는 입자

- 항상 불안정해서 스스로 사라지는 물질

- 자연계에 혼자 존재하지 않음

- 제임스 채드윅 발견 (알파입자의 베릴률 충돌실험)

 

ㅇ 닐스보어

- 덴마크 물리학자

- 양자 가설을 최초로 원자 모형에 적용

- 전자, 양성자, 중성자간의 관계를 정리

- 러더퍼드의 제자

 

ㅇ 다시 시대적 배경

- 러일전쟁, 러시아혁명, 발칸반도 전쟁, 1차 세계 대전

---

■ 3차시 현대 물리와 핵에너지 2

ㅇ Otto Hahn의 발견

- 중성자를 우라늄에 충돌시켰을때 우라늄이 가벼운 원자들로 쪼개짐

 

ㅇ neclear fission (핵분열)

- fission(분열)은 생물학에 가져온 어원

- 세포분열하듯이 핵분열이 이루어지짐

 

ㅇ Heisenberg 하이젠베르그

- 독일 원자폭탄 개발 총책임자

- 불확정성원리

- 양자역학을 태동시킨 인물

- 하이젠베르그가 두려워 유럽에 거주하던 유대인 과학자들이 미국으로 이주하며 맨해튼 프로젝트가 출발

 

ㅇ 맨해튼 프로젝트

- 프랭클린 루즈벨트 대통령 추진하에 우라늄 위원회를 설립

- 대부분 시카고 대학 출신들

- 시카고 대학 풋볼 운동장 아래 원자로 실험(Chicago Pile-1)

 

ㅇ Chicago Pile-1

- 인공적인 핵분열 연쇄반응 증명

- 흑연과 우라늄 덩어리에 중성자를 쐈을 때 중성자가 원자로에 계속 존재할 수 있다를 증명

 

ㅇ 핵분열 반응 연쇄반응

- 중성자 개수가 유지가 되어야 지속적인 핵분열 가능

- 핵분열 실험에서 추가적인 중성자를 이끌어냄

- 레오 질라드(Leo Szilard)가 발견

 

ㅇ 우라늄

- 자연계에서 0.7%만 존재

- 자연게에 존재하는 가장 무거운 원소, 현재 상용 원자로의 연료

- 핵분열 반응에서 우라늄을 최대한 아껴 활용해야함

- 중성자를 매우 느리게 감속시켜서 반응을 제어함

- Chicago Pile-1에서 사용한 흑연이 중성자를 느리게 하여 우라늄 반응을 활발하게 하고 중성자의 지속적 생성이 가능하게함

- 핵분열때 나온 고속 중성자를 탄소와 부딪혀 저속 중성자로 바꾼뒤 우라늄과 반응해서 지속적인 저속 중성자를 생성

---

www.kmooc.kr/courses/course-v1:KAISTk+NQE625+2021_K7_01/course/

강좌 | NQE625 | K-MOOC