[원자] 핵분열의 전자거동과 방사능

1. 핵분열의 원리

핵분열은 무거운 원자핵이 중성자를 흡수한 후 불안정한 상태가 되어 두 개 이상의 가벼운 원자핵으로 분열하는 과정이다. 이 과정은 주로 우라늄-235 같은 특정 핵종에서 일어나며, 핵분열이 발생하려면 우라늄-235의 농도가 3-5% 정도여야 한다. 핵분열이 일어나기 위해서는 먼저 우라늄 핵에 중성자가 충돌해야 하며, 이 충돌로 인해 핵이 에너지적으로 불안정해져 분열하게 된다. 핵이 분열하면, 두 개의 더 가벼운 핵이 생성되고, 동시에 수십 개의 중성자가 방출되며, 이 중성자들은 인접한 우라늄 핵에 충돌하여 연쇄반응을 일으킨다. 이러한 연쇄반응이 일정 조건 아래 계속되면 상당한 에너지가 방출되며, 이를 원자력 발전의 에너지원으로 활용한다. 핵분열은 방사능을 방출하는데, 핵이 분열되면서 여러 방사성 동위원소와 방사성 기체인 아르곤이나 크세논 같은 가스가 생성된다. 이 방사성 동위원소들은 자연 방사능을 가진 물질들로, 각각의 반감기는 수초에서 수년, 수십 년까지 다양하며, 방사성 폐기물 문제도 핵분열 기술의 중요한 부작용 중 하나다. 핵분열 과정은 에너지 방출이 매우 크기 때문에 원자력 발전에서는 1kg의 우라늄-23…