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원자력기초/핵물리

1.2.4 핵력의 특성 [원자력기사] 1.2.4 핵력의 특성 핵은 양성자와 중성자로 구성되어 있다. 원자핵에서 양성자들 간의 반발력을 극복하고 안정한 핵을 구성하기 위해서는 상당한 에너지가 필요하다. 이러한 원자핵의 양성자들을 결합시켜 주는 에너지를 결합에너지라고 부른다. (1.4절 참조) 결합에너지에 의해 원자핵 속에서 강한 힘으로 양성자간 반발력을 극복하는 힘을 핵력이라고도 부르며, 핵력의 특성은 다음과 같다. ▶ 핵력은 척력과 반대되는 인력이다. ▶ 핵력은 양성자간의 반발력보다 큰 힘이다. ▶ 양성자-양성자, 양성자-중성자, 중성자-중성자 간의 힘이므로 전하와 관례 없다. ▶ 극히 짧은 거리(10-15m)에서 작용하는 힘이다. 예제 1 (2012년 원자력기사 기출)다음 중 원자핵을 구성하고 있는 핵자들 간에 작용하는 핵력에 대한 설명으.. 더보기
1.2.3 핵의 크기 및 전하 [원자력기사] 1.2.3 핵의 크기 및 전하 1.2.3.1 원자모형의 변화 현재의 현미경을 이용하면 물질 내 원자의 배열을 볼 수 있다. 그러나 현미경으로도 양성자와 전자로 구성되어 있는 원자 모형은 볼 수 없다. 따라서 원자의 내부 구조를 연구하기 위해서는 원자모형을 이용해야 한다. 실험을 통해 발견된 여러 가지 성질을 설명할 수 있는 원자모형을 바탕으로 원자의 새로운 성질을 예측한다. 1800년대 이후 많은 실험과 가설들에 의해 원자의 구조와 모양은 변화되었다. 물론 그 이전에도 여러 철학적인 가설을 통한 원자에 대한 고민을 했지만, 현재 우리가 알고 있는 원자 모형과 유사한 개념은 1800년대 말부터 본격적으로 시작되었다. 그림 2-2 아인슈타인의 물리학자 컨퍼런스 (1927) 원자력기사에서 원자모형의 발견 과정.. 더보기
1.2.2 동위원소, 동중원소, 핵이성체 [원자력기사] 1.2.2 동위원소, 동중원소, 핵이성체 1.2.2.1 동위원소 동위원소의 정의는 핵을 이루는 중성자의 수는 다르지만 양성자의 수는 같아서 원자 번호가 같고 화학적 성질도 같은 원소이다. 예를 들면, , , 를 들 수 있다. 동위원소(isotope) 용어는 1913년 스코틀랜드 의사이자 작가인 토드(M. Todd)가 영국의 물리화학자인 소디(F. Soddy)에게 제안했던 이름으로써 그리스어로 ‘같음(equal)’을 의미하는 ‘isos’와 ‘장소(place)’를 의미하는 ‘topos’가 합쳐져 "같은 장소"를 의미하는 말로, 단일 원소의 서로 다른 동위원소가 주기율표에서 같은 위치를 차지한다는 것을 의미한다. 동위원소는 물질이나 제품의 지리적 기원, 위조 및 불순물 함유 여부 등을 판단하는 데 사용되며, .. 더보기
1.2.1 안정핵의 법칙 [원자력기사] 1.2.1 안정핵의 법칙(Magic Number) 1장에서는 원소를 이해하는데 기초가 되는 핵자의 기본에 대해서 설명하고 있다. 2장에서는 구체적으로 원자 및 핵의 구조에 대해서 설명한다. 그림 2-1 핵자당 결합에너지 그림 2-1은 1장에서 설명한 핵자당 결합에너지를 나타내고 있다. 이중 He-4와 Li-6을 비교해 보면, He-4가 Li-6 보다 질량수가 작음에도 불구하고 핵자당 결합에너지는 매우 크다. 이는 다른 원소들의 에너지 변화 추세와는 다른 모습이다. 이러한 현상은 마법수 또는 안정핵의 법칙(Magic Number) 이라는 원소를 안정하게 구성하는 독특한 법칙에 의해 유발된다. 원자핵을 안정하게 하는 법칙은 다음과 같다. ▶ 양성자 또는 중성자가 짝수인 핵종은 홀수인 핵종보다 안정한 핵종이 .. 더보기
1.1.5 질량-에너지 보존 원리 [원자력기사] 1.1.5 질량-에너지 보존 원리 고전 물리에서는 에너지 보존과 질량 보존을 분리하여 다루었다. 독립적으로 격리된 시스템에서는 전체 에너지가 항상 일정하다는 것이 에너지보존법칙이다. 즉, 에너지는 갑자기 생기거나 사라지지 않으며, 항상 보존된다는 의미이다. 대신에 에너지는 다른 형태의 에너지로 변환이 가능하다. 예를 들어 줄어드는 운동에너지만큼 열에너지가 생기게 되면 전체 에너지는 일정하게 보존될 수 있다. 그리고 질량보존법칙은 이와 별도로 반응 전후에 전체 질량이 보존됨을 의미한다. 과거에는 에너지 보존법칙과 질량 보존법칙이 서로 다른 개념으로 여겨졌으므로, 1.3절에서 설명한 질량결손을 설명할 수 없었다. 이후 아인슈타인의 특수상대성이론을 기반으로 한 에너지와 질량의 관계식이 알려진 이후에는 에너지와.. 더보기
1.1.4 결합에너지 (2) [원자력기사] 1.1.4.2 핵자당 결합에너지 핵자당 결합에너지의 정의는 원자핵의 결합에너지를 질량수로 나누는 것이다. 기본적으로 결합에너지가 클수록 원자핵의 안정성은 증가한다. 그러나 원자 번호가 다른 각 원소들의 원자핵의 안정성은 결합에너지로 단순하고 직접적으로 비교할 수 없으므로, 핵자 각각이 가지고 있는 핵자당 결합에너지를 비교하여 안정성을 상대적으로 비교할 수 있다. 즉, 핵자당 결합에너지가 클수록 핵자들은 더 강한 힘으로 결합되어 있다. 그림 1-4의 핵자당 결합에너지 그래프를 보면 질량수 56번인 Fe가 최대치의 핵자당 결합에너지(약 8.7Mev)를 가지고 있다. 그림 1-4 핵자당 결합에너지 그림 1-4를 보면 몇몇 사실을 알 수 있다. 원소들은 안정된 상태를 가지려 하므로 원소들의 분열 또는 융합으로 .. 더보기
1.1.4 결합에너지 (1) [원자력기사] 1.1.4 결합에너지 (Nuclear Binding Energy) 결합에너지를 이해하기 위하여 헬륨 원자를 살펴보자. 헬륨의 원자핵은 양성자 2개와 중성자 2개로 총 4개의 핵자로 구성되어 있다. 이때 양성자의 질량이 1, 중성자의 질량을 1.1로 가정하면, 이들 4개의 핵자의 질량을 4.2가 되어야 하지만 헬륨은 4 질량을 가지고 안정된 상태를 가진다. 이때 사라진 0.2 만큼의 차이를 질량 결손이라고 부른다. 사라진 0.2 만큼의 에너지는 원자 밖으로 사라졌다는 의미 보다 원자핵을 단단히 묶는데 사용되었다고 이해해야 한다. 0.2 만큼의 에너지가 원자핵을 단단히 묶는데 사용되었으므로 결합에너지 (binding energy) 의미를 가진다. 원자핵은 (+) 전하로 대전된 양전하와 전하가 없는 중성자로 .. 더보기
1.1.3 질량결손 [원자력기사] 1.1.3 질량결손 1.1.3.1 질량결손(Mass Defect) 질량결손이란 핵분열, 핵융합, 알파붕괴, 베타붕괴 및 다양한 핵반응에서 반응 전과 반응 후의 원자질량에 차이가 생기는 것을 말하며, 원자 각 구성 입자들의 질량 총 합과 실제 측정된 원자 질량과의 차이를 질량 결손이라 정의한다. 즉, 핵자들의 질량합 = 반응 후 원자의 질량 + 질량결손 이다. 우리가 흔히 알고 있는 질량 보존의 법칙을 따르면 원자를 구성하고 있는 각 입자의 질량 총합은 원자의 질량과 같아야 한다. 그러나 원자 내의 양성자 질량과 중성자 질량 그리고 전자의 질량을 더하면 원자의 질량과 같지 않다. 산소는 양성자 8개와 중성자 8개 그리고 전자 8개로 구성되어 있다. 각 질량을 살펴보면 양성자 8개의 질량은 8.0582amu.. 더보기

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