안녕하세요 원형석 전문가입니다. 최선을 다해 답변드리니
Q. 투명페트병과 무색페트병 어떤 차이 있나요?
안녕하세요. 원형석 과학전문가입니다.가능한 한 모두 분리해서 배출하면 그만큼 재활용률이 높아진다는 것이며 현재는 아파트 단지 등에서 시범으로 그렇게 철저하게 분리를 합니다.그러나 단독 배출의 경우는 아무리 홍보를 해도 맘대로 안되어서 결국 집하장에서 다시 분리 작업으로 정리를 하게 되며 그렇기 때문에 지금은 우선 라벨 정도만 뗄 수 있으면 그것을 분리하여 따로 배출하시고 페트병은 비운 다음 밟아서 찌그러뜨린 후 뚜껑은 다시 닫아야 취급하는 동안 불순물이 안 들어가고 페트병도 부풀지 않게 됩니다.그런 다음 재생공장에서 파쇄하여 세척할 때 뚜껑 재료는 페트와의 비중 차이 때문에 자동으로 분리됩니다. 따라서 님이 버리는 방법은 편한 대로 찌그러뜨린 다음 뚜껑을 다시 닫아 배출하면 됩니다. 너무 번거롭게 하지 않아도 됩니다.
Q. 아날로그와 디지털의 차이는 뭘까요?
안녕하세요. 원형석 과학전문가입니다.아날로그 와 디지털의 차이필름카메라= 아날로그디지털카메라= 디지털 기계식, 실체있는 물건을 위주로 정보를 보관,처리 하는건 아날로그소프트웨어즉 실체는 없지만 전자데이터를 위주로 정보를 보관 ,처리하는건 디지털
Q. 만약 액체 상태인 지구 내핵이 고체로 굳어간다면 우리 지구에는 어떤 일들이 발생할까요?
안녕하세요. 원형석 과학전문가입니다.한 연구에 따르면 약 5억 6500만년 전, 지구 자기장을 만드는 ‘지오다이너모’가 붕괴하면서 자기장 강도가 최저 상태에 도달했던 적이 있다고 합니다. 오늘날의 10% 수준까지 떨어진 지구 자기장 강도가 떨어졌는데, 절묘한 시기에 지구의 내핵이 고체로 굳어지기 시작하며 지구 자기장이 동력을 얻어 다시 안정을 찾았습니다. 이처럼 지구의 내핵은 고체화하면서 외핵에 에너지를 공급해 지구 자기장을 지키는 역할을 하고 있습니다.지구의 내핵이 자기장 형성에 직접적 영향은 미치지 않지만, 액체에서 고체로 굳으면서 잠열을 방출하여, 외핵에 동력원을 공급한 것입니다. 즉, 지구의 내핵은 굳어지면서 잠열을 방출하여 외핵에 동력원을 공급하고, 동력원을 바탕으로 외핵의 회전 패턴이 안정되면서 지구 자기장을 지키는 역할을 하고 있다고 볼 수 있습니다.따라서 지구 내핵이 완전히 굳어지고 차가워진다면, 더이상 외핵에 동력원을 공급하는 것이 어려워져서 지구 자기장이 감소하더라도 이를 다시 회복시키기 어렵지 않을까 생각합니다.
Q. 우라늄과 플라토늄이 어떤 과학적 원리를 통해 핵무기로 만들어지는지요?
안녕하세요. 원형석 과학전문가입니다.핵분열을 이용한 핵무기(원자탄)의 주요 구성요소는 핵물질(U-235 또는 Pu-239), 중성자 발생장치, 고폭장약, 격발장치 및 반사재로 이루어집니다.핵물질이 폭발시키기 위해서는 임계질량이 달성되어야 합니다. 임계질량은 핵폭발에 필요한 최소한의 핵물질 질량입니다. 그러므로 평소에는 임계질량 상태가 되지 않도록 핵물질을 2개 이상 여러 조각으로 분리시켜 두었다가 필요시에 순간적으로 임계질량에 도달하게 하여 여기에 중성자를 공급하면 핵폭발이 일어납니다. 핵무기는 이와 같이 “순간적으로 임계질량에 도달하게”하는 방법에 따라 포신형(Gun-Type)과 내폭형(Implosion-Type) 두 가지 형태로 나누어집니다. 'Fat Man': 1945. 8. 9. 나가사끼 투하 길이: 3.7 m, 직경: 1.5 m, 중량: 4.9 ton폭발력 : 21 킬로톤 (TNT 상당)핵물질 : 플루토늄 6.2 k Little Boy : 1945. 8. 6. 히로시마 투하길이 : 3 m, 직경 : 0.71 m, 중량 : 4 ton폭발력 : 15 킬로톤 (TNT 상당)핵물질 : 고농축우라늄(농축도 80%) 64 kg 사용 핵무기 설계최초의 핵 무기. 크지만 비효율적인 이 무기는 앞으로의 모든 핵 무기의 설계의 기본이 되었다.핵무기 설계란 핵무기가 폭발하도록 하는 물리, 화학, 공학의 집적 과정이다. 핵무기 설계는 일반적으로 무기의 에너지원에 따라 두 부류로 나눌 수 있다.핵분열 폭탄은 주요한 에너지를 핵분열에서 얻는다. 핵분열은 우라늄이나 플루토늄과 같은 무거운 원자핵이 중성자에 맞아서 보다 가벼운 원소로 쪼개어지면서 중성자 및 에너지를 생성하는 과정이다. 새로이 생성된 중성자는 또 다른 원자핵의 분열을 야기하며, 이러한 연속적인 과정은 핵 연쇄 반응으로 불리며, 엄청난 양의 에너지를 방출한다. 이 폭탄은 예전부터 원자 폭탄으로 불리어 왔다.핵융합 폭탄은 주요한 에너지를 핵융합에서 얻는다. 핵융합은 중수소나 리튬과 같은 가벼운 원자핵이 보다 무거운 원자핵으로 결합하면서 많은 양의 에너지를 방출하는 현상이다. 핵융합 폭탄은 사용되는 연료때문에 수소 폭탄으로도 불리며, 연쇄 반응이 일어나기 위해 필요한 높은 온도로 인해 열핵폭탄으로도 불린다.이 두 형태의 무기의 구분은 실제로는 불명확하며, 이는 거의 모든 현대 무기에는 두 가지의 특성이 산재해 있기 때문이다. 즉 작은 핵분열 폭탄이 핵융합 이전에 필요한 높은 온도 및 압력을 얻기 위해 사용된다는 것이다. 또한, 핵융합 물질 역시 핵분열 장치의 내부에 존재할 수 있으며, 이러한 물질은 추가적인 중성자를 생성해 핵분열 반응의 효율성을 높여주기도 한다. 대부분의 핵융합 무기는 에너지 생성분의 상당량(종종 총 생산량의 거의 반에 가깝기도 한 양)을 핵융합 반응으로 시작된 마지막 단계의 핵분열을 통해 얻기도 한다. 핵분열 및 핵융합 무기의 공통된 특징은 원자핵의 변형을 통해 에너지를 방출한다는 것이며, 이러한 특징을 가장 잘 나타내는 용어는 바로 핵폭탄이다.중성자 폭탄, 코발트 폭탄, salted bomb과 같은 특징적인 핵폭탄도 존재한다. 핵분열 무기가장 단순한 핵무기는 순수한 핵분열 폭탄이다. 이 종류는 맨해튼 계획이 설계한 최초의 핵무기이며, 앞으로 등장할 발전된 형태의 핵무기의 기본 구성요소이다. 임계 질량핵분열시의 핵 연쇄 반응은 핵분열성 물질의 크기, 모양, 순도, 및 주변의 물질에 좌우된다. 만약 핵분열성 물질의 질량이 연쇄 반응을 지속할 수 있을 정도가 되면, 이를 임계 질량이라고 한다. 질량이 임계 질량인지 아닌지를 나타내는 수치인 유효 중성자 곱인자 k는 다음과 같이 나타난다.k = f − l여기서 f는 매 핵분열 반응시 방출되는 중성자의 평균 개수이며, l은 전체 계를 떠나거나 혹은 핵분열 외의 물질에 사로잡혀 사라지는 중성자의 평균 개수이다. k가 1일 경우 임계(critical)라고 하며, 1보다 작으면 아임계(亞-, subcritical), 1보다 클 경우 초임계(超-, supercritical)이라고 한다. 핵분열 폭탄은 핵분열성 물질의 아임계 질량을 초임계 질량으로 급격하게 바꿈으로서 작동하게 되며, 이러한 변화는 급속도로 연쇄 반응을 촉진시켜, 엄청난 에너지를 방출한다.실제로는, 질량은 약간의 초임계로는 만들어지지 않는다. 대신, 약간의 아임계(k=0.9)로부터 높은 초임계(k=2 나 3)로 갑작스럽게 변하며, 각 중성자는 새로운 중성자를 만들어내며, 연쇄 반응은 더욱 급격하게 진행되게 된다. 핵분열을 이용하여 효율적인 폭탄을 만들 때 중요한 것은 충분한 양의 에너지가 방출되도록 오랫동안 폭탄을 흩어지지 않도록 하는 것이다.폭발 이전의 핵무기는 하나 혹은 두 개의 아임계 질량의 핵분열성 물질을 지니고 있다. 하나의 아임계 물질을 지니는 폭탄은 압축 과정을 통해 초임계 상태가 된다. 두 개의 아임계 물질을 지니는 폭탄도 한다. 두 개의 아임계 물질 중 하나는 질량이 적어서 아임계 상태이며, 다른 하나는 부적절한 모양이기 때문에 아임계 상태이다. 하지만 두 물질이 합쳐진다면, 예로 첫번째의 물질이 두번째의 물질의 구멍에 들어가서 완전한 형태의 초임계 상태가 된다면 폭발하게 되는 것이다. 간혹 낮은 출력의 핵무기의 경우 두번째의 물질 역시 질량이 부족해서 아임계 상태일 수도 있다.효율적인 폭발을 위해, 핵분열성 물질은 매우 빠른 속도로 최적의 초임계 상태에 놓여야 한다. 즉 너무 일찍 연쇄 반응이 시작해서는 안된다는 것이다. 이럴 경우 물질은 연쇄 반응에 의해 가열되며, 팽창하게 되어 최적상태에서 멀어지게 되는 것이다. 그러므로, 매우 적은 물질만이 핵분열을 하게 되고, 효율성 역시 극도로 떨어진다.연쇄 반응을 적절한 순간에 빠르게 시작하기 위해서 중성자 방아쇠가 사용된다.핵분열 무기를 설계하고 제조하는데 있어서의 기술적인 문제의 대부분은 초임계 질량을 만드는 시간을 최소한으로 하는 것이며, 폭발전에 발생하는 중성자의 수를 최소한으로 유지하는 것이다.핵분열 무기에 적절한 동위원소는 높은 확률로 핵분열을 일으키면서, 핵분열 과정에서 많은 수의 여분의 중성자를 생성하며, 또한 핵분열과 무관하게 중성자를 흡수하지 말아야 하고, 마지막으로 낮은 자발 핵분열 비율을 지니고 있어야 한다. 위의 조건을 만족하는 주요한 동위원소는 우라늄-235, 플루토늄-239, 우라늄-233이다. 농축 물질우라늄-235와 플루토늄-239는 이제까지의 핵폭탄에서 사용된 핵분열성 물질이었다. 대부분의 경우에, 이런 농축 물질을 생산하고 조달하는 일이 핵무기 개발에 있어 가장 어려운 부분이다. 예를 들어, 맨해튼 계획에서 90% 가량의 예산이 농축 물질을 생산하는 설비를 마련하는데 사용되었다. 현대의 피트(아래 참조)는 일반적으로 우라늄-235와 플루토늄-239이 혼합되어 구성된다.최근 미국이 우라늄-233을 이용한 시험용 폭탄을 시험하였으며, 이 폭탄은 인도의 핵무기 계획에 포함될 가능성이 있다.비록 어느 국가도 사용한 적은 없지만, 몇몇 다른 동위원소 역시 핵폭탄에 사용될 잠재적인 가능성이 있다. 1992년 미국 에너지부는 넵투늄-237이 핵폭탄에 사용될 수 있다는 사실을 비밀 해제하였다[1]. 우라늄-235자연적으로 생겨나는 우라늄은 99.29%의 대부분을 동위원소인 U-238이 차지하고 있으며, 핵분열성 동위원소인 U-235는 단지 0.71%만을 차지하고 있다. U-238은 높은 확률로 핵분열 없이 중성자를 흡수하며, 또한 높은 자발 핵분열 비율을 가지고 있다. 이러한 특징은 U-238이 핵폭탄 내부에 너무 많을 경우 핵 연쇄 반응이 성공적으로 일어나지 않을 것임을 의미한다. 무기로 사용하기 위한 우라늄은 여러 동위원소 분리 방식을 이용하여 농축되며, 대개의 분리 방식은 U-235가 U-238보다 아주 약간 가볍다는 것을 이용한다. 이 과정은 핵무기 생산 계획에서 가장 어려운 부분이며, 모든 형태의 동위원소 농축 방식은 첨단 기술이 필요하다.20% 이상의 U-235가 포함된 우라늄은 매우 농축된 우라늄이라고 하며, 무기로 사용할만한 우라늄은 적어도 93.5%의 U-235를 지녀야 한다. U-235의 자발 핵분열 비율은 1 kg당 매 초 0.16 핵분열이며, 이러한 낮은 핵분열 비율로 인해 초임계를 달성하기 위한 두 핵분열성 물질의 결합 과정은 상대적으로 쉽다. 중성자 반사재가 없는 U-235 구의 임계 질량은 약 50 kg으로, 직경 약 17 cm의 구이다. 만약 구를 둘러싼 중성자 반사재가 있다면, 임계 질량은 15 kg 정도로도 낮아질 수 있다.하지만, 내폭형 기폭장치를 이용하여 압축된다면, 임계 질량은 더욱 낮아질 수 있으며 위의 값은 무기를 제작하기 위한 필요량을 나타내지는 않는다. 플루토늄-239
Q. 양자역학이라는 개념이 참 흥미롭던데요. 이 양자역학은 언제 처음 누구에 의해서 세상에 나타나게 된것인가요??
안녕하세요. 원형석 과학전문가입니다.1924년 막스 보른이 양자역학(Quantenmechanik) 이라는 용어를 처음 사용했다. 여기서 쓰인 양자(quantum)라는 단어는 얼마나 많이(how much)라는 뜻의 라틴어 quantus에서 유래했다.미시 세계에서 나타나는 가장 큰 특징은 물리량들이 언덕처럼 연속적이지 않고 계단처럼 불연속적이라는 것이다. 물리량이 이러한 특성을 보일 때 물리량이 양자화되어 있다고 부른다. 양자화되어 있다는 것은 특정한 양의 양자를 통해서 기술된다는 의미이다. 미시세계에서 나타나는 물리량들은 양자화되어있기 때문에 이들을 다루는 역학에 양자역학이라는 표현을 사용한다. 양자는 특정한 원소나 아주 작은 알갱이의 명칭이 아니라 일정한 양을 가졌다는 표현이다. 양자라는 것은 쉽게 이야기하면 기본 단위와 비슷한 것이다. 물리량을 어떤 기본 단위의 정수배로 셀 수 있을 때, 그 기본 단위를 양자라고 부른다. 예컨대, 광자의 에너지는 E=hfE=hf로 나타낼 수 있고, 광자 여러 개는 E=nhfE=nhf로 나타낸다. 이렇게 수학적으로 나타낼 수 있는 물리량인 hfhf가 바로 양자(광자)이다.예를 들어 150의 질량을 가진 야구공들이 있을 때 전체 질량으로 300이나 450은 가능할지언정 150+75로 225는 불가능하다. 빛의 입자성이 밝혀지지 않았던 시절에는 빛 역시 일정한 파동의 일종이기 때문에 합계질량이 서서히 올라가거나 혹은 절반에 해당하는 75도 가능하다고 믿어왔으나 빛의 입자성이 밝혀지면서 과학의 역사가 뒤집히게 됐다. 빛이 마치 일정한 질량을 가진 물질처럼 계단형으로 온도를 높인다는 사실이 밝혀졌기 때문이다. 즉 빛은 물질과 같은 입자성을 가지면서도 파동성도 동시에 가진다.빛이 파동과 입자의 이중성을 가졌다는 사실이 밝혀진 것이다. 이것을 상보성이라고도 부른다.[2]더 고전적으로 들어가면 밀리컨의 기름 방울 실험도 있다. 밀리컨의 실험에서 기름 방울의 크기는 제각각이지만 전하량은 어떤 특정 최솟값의 자연수배이고 그 최솟값을 전자 1개의 전하량(양자)으로 특정지을 수 있다. 자연에서 전하량은 양자화되어 있기 때문에 전자 1.5개에 해당하는 1.5×e와 같은 전하량은 볼 수 없다.