학문
우라늄-235와 플루토늄-239가 원자로와 핵무기에서 주요하게 사용되는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 우라늄이나 플루토늄과 같은 무거운 원자핵들에서는 핵 붕괴 현상이 쉽게 일어난다고 알려져 있는데요, 우라늄-235와 플루토늄-239가 원자로와 핵무기에서 주요하게 사용되는 이유는 무엇인가요?
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안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 우라늄-235(²³⁵U)와 플루토늄-239(²³⁹Pu)가 원자로와 핵무기에서 중요한 핵연료로 쓰이는 이유는 한 번 흡수된 중성자로 핵분열을 유도할 수 있는 성질 때문입니다. ²³⁵U와 ²³⁹Pu는 열중성자, 즉 느린 중성자 또는 빠른 중성자와의 반응에서 쉽게 핵분열을 일으키는데요, 핵분열 한 회에서 여러 개의 중성자가 방출되어 연쇄반응을 이어갈 수 있으며 반면 ²³⁸U 같은 동위원소는 열중성자에 대해 쉽게 분열하지 않아 직접적으로 연쇄반응을 유지하기 어렵습니다. 또한 ²³⁵U와 ²³⁹Pu는 열중성자에 대한 유효단면적이 비교적 커서, 원자로처럼 느린 중성자를 이용하는 시스템에서 효율적으로 연쇄반응을 유지할 수 있는데요, 이것은 연료를 적은 양으로도 반응을 유지할 수 있게 해 주며, 원자로 설계와 제어에 유리하기 때문에 중요한 핵 연료로 사용되는 것이라고 보시면 되겠습니다. 감사합니다.