문서의 을 확인하세요.
|
원자력공학 Nuclear Engineering |
||
|
{{{#!wiki style="margin:0 -10px -5px; min-height:calc(1.5em + 5px)" {{{#!folding [ 펼치기 · 접기 ] {{{#!wiki style="margin:-5px -1px -11px; word-break: keep-all" |
기반 학문 | |
| 물리학( 핵물리학 · 상대성 이론 · 양자역학 · 열역학 · 물리화학 · 통계역학) · 수학( 수치해석학 · 미분방정식 · 통계학) | ||
| <colbgcolor=#ddd,#555><colcolor=#000,#fff> 기술 | ||
|
핵분열 및 핵분열 발전 |
사이클로트론 · 원자로 · 핵연료 · 감속재 · RBMK · 경수로 · 중수로 · PWR · PHWR · BWR · 증식로 · TBR · FBR · System 80 · CANDU · OPR1000 · APR1400 · APR+ · ECCS · Magnox · ACR · MCP · MCG · MELCOR · PUREX · VVER · 파이로프로세싱 · 원자폭탄 · 더티밤 · 폭축렌즈 | |
|
핵융합 및 핵융합 발전 |
사이클로트론 · Lawson Criterion · Flux Loop · NBI · Langmuir probe · 자기장 가둠 핵융합로 · Magnetic Mirror · 토카막(구형 토카막) · 스텔러레이터 · bumpy torus · Tandem Mirror · Spheromak · RFP · 관성 가둠식 핵융합로 · ICF · Fast Ignition · 레이저 빛 핵융합로 · 정전 핀치식 핵융합로 · Z-핀치 식 핵융합로 · θ-Pinch 식 핵융합로 · 스크류 핀치식 핵융합로 · 관성 &정전식 핵융합로 · Fusor · MTF · MIF · MagLIF · Levitated Dipole · 거품핵융합로 · 뮤온 촉매 핵융합로 · 상온 핵융합로 · 수소폭탄(열핵폭탄) · 폭축렌즈 · 텔러-울람 설계 | |
| 방사선 전달 전산 모사 | 몬테카를로 코드 · MCNP · MCNPX · Geant4 · Serpent · FLUKA · PENELOPE | |
| 방사선의과학 | 영상의학 · CT · X선 · PET · SPECT · MRI · 핵의학 · 양성자치료 | |
| 기타 | ||
| 국제원자력기구 · 한국수력원자력 · 한국원자력연구원 · 한국핵융합에너지연구원 ( KSTAR) · 원자력 사고 · 탈원전 ( 탈원전/대한민국) | ||
|
|
|
|
|
<colbgcolor=white,black> 원자폭탄 · 수소폭탄 · 중성자탄 |
|
|
마버그바이러스 · 보툴리누스균 · 에볼라바이러스 · 인플루엔자바이러스 · 두창바이러스 ( 천연두) · 탄저균 · 페스트균 · 디프테리아 |
|
|
겨자 가스 (질소 머스터드) · 루이사이트 · 사린 · 소만 · 청산 ( 치클론 B) · 타분 · 트리코테신 (황우) · CG · VX · 삼플루오르화염소 |
1. 개요
수소폭탄( 水 素 爆 彈, hydrogen bomb)은 핵무기의 일종으로, 1차 폭약(우라늄)을 기폭제로 이용하여 초고열, 초고압 환경을 형성함으로써 2차 폭약(수소)이 핵융합 반응을 일으키는 것을 원리로 삼아 만들어진 열핵폭탄(thermonuclear bomb)이다.기폭 단계가 여러 단계로 구성되어 있고 각각의 폭발이 그 전 단계의 폭발에 의존하기 때문에 다단계 열핵폭탄(multi-stage thermonuclear bomb)이라고도 한다.[1] 이 가운데 2차 폭약의 핵융합 반응의 재료가 수소이기 때문에 일반적으로 수소폭탄이라고 부른다.[2]
단순 원자폭탄에 비해 탄두 무게 대비 위력이 비교할 수 없을 정도로 강력하기 때문에 21세기 현재 상임이사국인 미국, 러시아, 영국, 프랑스, 중국 및 6차 핵실험으로 수소폭탄 실험에 성공한 북한 등 핵 보유 강국이 실전 배치한 핵무기는 사실상 전부 수소폭탄이다. 무거운 탄두를 쏠수록 로켓 제작 단가가 올라가기 때문에 기왕이면 같은 무게로 더 강력한 탄두를 쓰는 것이 효율적이기 때문이다.[3] 순수 원자폭탄은 1950년대 이후에는 파키스탄, 북한 등 후발 핵개발국의 실험용을 제외하면 모두 퇴출되었다.
미국이 1952년 11월 1일, 세계 최초 수폭 핵실험인 아이비 마이크를 필두로 하는 일련의 수소폭탄 실험을 에니위탁 환초에서 실행했다. 환초의 여러 섬 중 하나인 일루겔럽(Elugelab)은 핵폭발로 인해 섬이 완전히 사라졌다.
수소폭탄은 모든 핵무장 국가들에서 현역인 무기이기 때문에 아직까지도 거의 대부분의 정보가 기밀로 유지되고 있다. 따라서 수소폭탄의 정확한 작동 방식은 관계자 말고는 아무도 모른다. 다만, 상식적인 수준에서 추정되는 원리는 1차 폭약인 원자폭탄[4]을 기폭제로 활용하여 2차 폭약인 핵융합 물질(중수소)의 핵융합을 일으키는 방식이라는 것. 기밀로 꽁꽁 싸여 있는 부분은 바로 2차 폭약의 구성으로, 현역 수소폭탄들은 2차 폭약의 핵융합이 2차 폭약의 핵융합 물질을 감싸는 템퍼의 구성물질인 우라늄[5]의 핵분열을 유도해 3차 폭발을 일으키는 방식으로 동작한다는 설이 유력하게 알려저 있으나 진짜 원리는 당사자만 알 수 있을 것이다.
1.1. 용어 '수소폭탄'과 '열핵폭탄'
열핵폭탄은 열핵반응하는 폭탄이다.[6]|
|
수소폭탄으로 부르는 경우 그 이름 때문에 수소에 불이 붙을 때의( 산화) 폭발력을 이용한 것으로 오해되기도 한다.
수소폭탄은 중수소와 삼중수소를, 수소자동차는 경수소를 이용한 것이므로, 사용되는 연료까지 동일하지는 않다.
물론 수소차에 쓰는 경수소도 핵융합을 할 수 있다. 별이 활동하거나 폭발할때 수소와 수소가 핵융합하면서 에너지를 낸다. 태양에서 나오는 빛은 핵융합 때문이다. 이 핵융합 방식은 수소폭탄의 핵융합 방식과 다르다.[9]
2. 원리
핵융합 반응을 일으키기 위해 원자폭탄을 뇌관으로 사용한다. 핵분열 반응과 이어지는 핵융합 반응이 일으키는 초고온-고압을 사용하기 때문에 열핵병기라고도 한다. 요즘 대부분 쓰이는 방식은 1차 핵분열-2차 핵융합-3차 핵분열을 일으키는 3단계 구조. fission-fusion-fission bomb이라고도 한다. 50 메가톤 위력의 차르 봄바의 경우 3단계였다.[10] 차르 봄바는 가장 큰 수소폭탄이며, W76은 가장 작은 수소폭탄(핵탄두)이다.[11]이론상으로는 최대 6단계 폭발로 기가톤급 핵무기를 만드는 것도 가능하다. 물론 이 경우 폭탄의 구조설계가 까다롭기 때문에 현재 기술력으론 불가능한 수준이며, 그 외에도 폭탄을 만드는 데 엄청난 자본이 들어가는 데다가 현실적으로 구할 수 있는 고농축 우라늄/플루토늄의 양에도 한계가 존재하기 때문에 분명 위력의 한계는 있다. 즉 이론상으로 수소폭탄의 위력이 무한대느니 하는 말은 허구이며, 여느 핵무기의 범주에서 엄청나게 벗어나는 정도는 아니다.[12]
다만 수소폭탄은 설계 범위 안에서 폭발력을 조절하는 것은 가능하다. 이것이 가능한 이유는 수소 폭탄이라고 해서 담겨진 모든 수소를 폭발시키지는 못하기 때문이다. 일반 폭탄에서도 마찬가지지만 열압력 반응으로 반응 전에 날아가버리는 연료(=수소)가 상당히 많으며 이 수소를 어떻게 날아가기 전에 전부 폭발시키느냐가 핵무기 소형화의 핵심이다. 대개 중성자 증식재나 반사재를 이용하며 흡수재를 쓰면 위력이 반감된다. 아니면 아예 단계를 나누어 폭발력을 조절할 수도 있다. 일반적인 핵폭탄으로 얼마나 강하게 쥐어짜느냐가 핵융합을 촉발시키는 원인이므로 이 부분에서 조절이 들어갈 수도 있다.
핵융합이 일어나면 순간적으로 온도가 섭씨 2억 도를 넘으며, 에너지의 막대한 방출로 충격파가 발생하여 주변을 휩쓴다. 강렬한 열기로 부피가 커졌던 대기가 급속히 냉각/응축되면서 엄청난 기압차가 발생하게되고 주변 공기를 진공 청소기처럼 강하게 빨아들이는데[13], 이를 후폭풍이라고 한다. 이는 원자폭탄에서도 일어나는 현상이다.
수소폭탄은 원자폭탄보다 단계가 더 있어서, 제대로 된 핵융합 반응을 끌어내는 데는 기술적 난이도가 있다. 제대로 해낸 나라가 딱 5개. 그게 전부 유엔 안보리 상임이사국이다. 역사적으로 수소핵융합을 핵폭탄에 사용하려는 다양한 설계시도가 있었지만 그 위력은 제한적이었으며, 최초의 진정한 수소폭탄은 미국의 에드워드 텔러와 스타니스와프 울람이 구상한 방사내폭형 수소폭탄이다. 개발자들의 이름을 따서 텔러-울람 설계라고 부르는 형태로 Operation Ivy의 Mike 폭발시험에서 테스트되었다. 하지만 Ivy Mike 핵탄두는 액화중수소를 사용하여 병기로서의 실용성은 없는 습식 핵폭발장치였다. 반면에 소련은 텔러-울람 설계를 안드레이 사하로프가 독자적으로 재발견하면서 중수소화리튬을 사용하는 실용적인 수소폭탄을 최초로 개발하였다.
일단 원자폭탄이 발생하는 열복사선을 이용해서 핵융합용 연료를 압축하여 점화해야 하니까 기술적으로도 난이도가 상당하다. 그냥 원폭에다가 수소통 붙여놓는다고 되는 게 아니다. 현재 가장 효율적인 수소폭탄 설계이라고 평가받는 텔러-울람 설계[14]에서는 핵융합을 위해 방사내파(Radiation Implosion)[15]를 일으켜야 한다.
지중폭발의 경우, 지진파를 이용해 위력의 측정이 가능하다. 일반적인 지진파와 다른 특성을 가지기 때문인데, 일반적인 지진과 달리 핵폭발은 폭발방향으로 강력한 압력을 발생시키므로, 소밀파인 P파가 크게 나타난다. 단층에서 발생하는 지진파는 P파보다 S파가 더 강력하게 나타난다.
간단하게 설명하면, 원자폭탄이 터질 때 나오는 중성자[16]와 열복사선[17] 또는 플라스마를 사용해서 적절한 설계의 반사 구조를 활용해 핵융합 원료가 들어있는 다층 구조물을 내파(쉽게 말해 폭발적 압축)시킨다. 내파의 메커니즘은(실제 정확한 메커니즘은 당연히 비밀이고) 열기관의 원리와 비슷하다. 융합용 물질을 둘러싸고 있는 탬퍼(융합용기) 바깥쪽으로 고온의 핵분열 에너지를 유도하면, 탬퍼 바깥은 고온, 안쪽은 저온 상태가 된다. 이 온도차로 인해 압력차가 생기고 그 때문에 내부로 압축이 되는 것이다. 이 외에, X선으로 가열된 플라즈마의 팽창압력에 의한 압축, X선 광자가 부딪히면서 발생시키는 방사압에 의한 압축 등의 추측이 제안되고 있다. 이때의 내파 효율 및 다층 구조물의 크기에 따라서 위력이 정해지는데, 소련의 차르 봄바가 가장 강력하다. 다만 차르 봄바의 위력은 효율이 높은쪽이 아니라 구조물의 크기가 커서이다. 내파효율로 위력을 높인건 미국의 B41에 가깝다. 참고로 수소폭탄은 설계 한계 안에서 위력의 증감 폭이 매우 넓다.[18]
이 그림은 위에서 설명한 텔러-울람 설계로 만들어진 것으로, 소련에선 안드레이 사하로프[19]와 비탈리 긴즈부르크가 독자적으로 같은 개념을 구현하였다.
이것 말고 미국이 개발하고 있는 제 4세대 핵무기가 있는데, 수소폭탄의 기폭을 원자폭탄이 아닌, 레이저로 기폭시킨다는 구상이다. 현재 레이저 핵융합이 이걸 위한 연구다. 그 크고 아름다운 NIF의 소속은 에너지부 일반 연구소에 묶이는게 아닌, 핵무기와 군사용 원자로를 개발/관리하는 NNSA에 묶여있다. 레이저의 고열을 방아쇠로 삼아서 기폭하는 수소폭탄은 원자폭탄으로 기폭하는 수소폭탄과는 달리 방사성 낙진이 거의 발생하지 않는 깨끗한 수소폭탄이 될 것이다. 물론 방사성 낙진이 거의 생기지 않아 그로 인한 방사능 피해를 무시할 수 있게 되는 것과는 별개로 방사선 피폭으로 인한 방사능 피해는 있을 수밖에 없긴 한데, 방사성 낙진이 거의 없으므로 잔류 방사능은 사실상 거의 없겠지만 핵폭발 자체로 인해 발생되는 순간 방사능으로 인한 피폭은 어찌할 수 없기 때문이다.
레이저 핵융합 또한 헬륨3을 쓴다면, 방사능이 아예 없어지며, 레이저 핵융합을 연구하는 것은 초소형 핵무기를 만들기 위한 것이다.[20]
3. 비슷한 무기
수소폭탄은 아니지만 핵융합을 이용하는 것으로 강화 핵분열 장치(Boosted Fission Device)이란 것도 있는데 이건 수소폭탄처럼 열핵반응의 폭발력을 본격 이용하는 것이 아니라 소량의 핵융합 물질을 핵분열 물질 피트(Pit)의 중심부에 위치시킴으로써 핵분열이 시작되는 순간에 이 핵융합물질이 열핵반응을 일으키면서 내는 다량의 중성자를 주된 중성자원으로 하는 핵분열 장치이다.다른 말로는 '증폭핵분열탄'으로 불리며, 수소폭탄과의 차이점은 수소폭탄은 1차 원자탄과 2차 핵융합 장치가 별개로 있는 반면, 증폭핵분열탄은 1차 원자탄 속에 소량의 2차 핵물질을 넣은 것이다. 핵물질 양 또한 수소폭탄은 플루토늄 점화 플러그의 임계질량 때문에 중수소화 리튬을 최소 1kg 이상을 넣어야 하는 반면, 증폭핵분열탄은 중수소화 리튬 수십~수백g을 1차 원자탄의 폭발로 압축-융합하므로 많이 들어가지 않는다.[21]
이렇게 할 경우 핵분열 연쇄반응의 전파속도가 매우 빨라지므로, 소량의 핵물질로 더 큰 Yield를 얻을 수 있는 것은 물론[22], 기존의 통상 핵분열장치에서 Tamper와 같이 효율을 증대시키기 위해 필요한 장치를 생략할 수 있으므로 핵분열장치의 크기를 대폭 줄일 수 있다. 현재 실용 핵분열장치의 대부분은 이러한 Boosted Fission Device이다. 수소폭탄의 "뇌관"으로 사용되는 핵분열장치 역시 Boosted Fission Device임은 불문가지.
증폭핵분열탄은 내폭형 핵무기에만 해당된다. 포신형 핵무기도 증폭핵분열탄으로 만들수는 있지만, 핵물질의 양 및 구조의 특성을 감안하면, 수소폭탄과 동일한 디자인이어야 하고, 위력도 최소 150kt 이상이므로 이쪽은 수소폭탄으로 분류된다. 이러한 유형의 수소폭탄으로 B61이 있다.
증폭핵분열탄은 "핵분열"의 양을 올리는 것이기에 방사능 수치가 더 올라간다. 수소폭탄이 "핵융합" 반응을 하는 경우는 방사능이 나오지 않는다.
3.1. 원자폭탄과의 차이점
같은 핵무기인지라, 수소폭탄은 원자폭탄과 혼동되는 경우가 많다. 하지만 수소폭탄은 원자폭탄과는 그 원리상 확실하게 구분되는 물건이다. 간단히 말하면 수소폭탄은 핵융합 폭탄, 원자폭탄은 핵분열 폭탄으로 볼 수 있겠다.[23] 용도로 따지면 수소탄은 원자탄의 상위 호환이라고 할 수 있으며[24], 위력 및 효율 등이 보다 우수하여[25] 현대에는 원자탄을 사실상 대체하였다. 현대에 문맥 없이 핵폭탄이라 함은 대개 수소탄을 말한다.[26]수소폭탄에서 처음 핵융합을 이끌어내는 장치, 즉 기폭제는 원자폭탄이지만, 뒤이어 발생하는 핵융합은 핵분열과 달리 그 결과물로 수명이 긴 방사성 동위원소가 나오지 않는다. 따라서 같은 위력을 가졌다면 수소폭탄은 핵분열 원자폭탄에 비해 잔류 방사능 낙진은 적게 발생한다. 그렇다고 해서 통념처럼 ' 방사능이 없는 깨끗한 폭탄' 따위는 아니며, 기폭제가 원자폭탄이 아니더라도 방사능은 위력에 비해 적을 뿐이지 여전히 발생한다. 그리고 수소폭탄에 사용하는 원자폭탄은 결코 약한 것이 아니다. 충분한 중심온도와 압력, 중성자를 만들어야 하므로 소형일 뿐 발생하는 방사능의 양은 결코 적다고 할 수 없다.
중수소나 삼중수소를 사용하는 핵융합 반응은 고에너지 중성자가 잔뜩 튀어나와 주변탬퍼에 반응한다. 탬퍼는 예전에는 납이나 텅스텐과 같은 비방사성 물질을 썼지만 지금은 보통 천연우라늄으로 이루어져 있다. 비방사성 물질 탬퍼는 중성자 반사제로는 좋았지만 안정 동위체라 핵분열이 불가능하고 중성자 흡수율도 극히 낮기 때문에 무기의 효율을 약화시키고 잉여 중성자는 대기의 질소와 반응하여 탄소-14를 형성하는데 그친다. 이에 비해 천연우라늄에 14.1 MeV의 강한 중성자가 맞으면 U238도 핵분열하여 내는 에너지가 2~4배를 넘어서므로 대체되었다. 낙진 물질의 대부분도 탬퍼에서 나온다.
일반 원자폭탄에서 U235나 플루토늄-239가 핵분열하여 내뿜는 중성자는 에너지가 평균 1 MeV에 불과하기 때문에 U238을 핵분열 시키는 것이 불가능하다.[27] 하지만 수소폭탄에서 중수소와 삼중수소가 핵융합하여 내뿜는 중성자의 에너지는 14.1 MeV에 이르기 때문에 원래는 핵분열을 안하는 U238을 핵분열 시킬 수 있다.
U238은 2.5 MeV의 중성자를 맞으면 핵분열 비율이 80%를 넘어가고 10 MeV를 넘으면 99.9%를 넘어간다. 하지만 1 MeV의 중성자를 맞으면 핵분열 비율이 12%밖에 되지 않으므로 사실상 비핵분열성 동위체지만 2 MeV 이상의 초고속 중성자를 맞으면 U238도 핵분열 한다.[28] 즉 14.1 MeV의 중성자를 U238이 맞으면 거의 100%가까이 핵분열 되는 것이다. 따라서 수소폭탄에는 위력을 강화시키기 위해 U238 케이스가 필요하다.
중수소-삼중수소 핵융합에서 얼마나 많은 중성자가 나오는가 하면. 우라늄-238의 질량만큼의 중수소-삼중수소를 핵융합을 시키면 47개가 넘는 중성자가 튀어나오기 때문에 핵융합 부스팅은 완전 중성자 덩어리를 내뿜는 거라 할 수 있다. 즉 이론상으로 1kg의 중수소-삼중수소를 핵융합 하면 47kg의 U238을 핵분열 시킬 수 있다. 하지만 우라늄-238은 신기하게도 핵분열 할시 중성자를 별로 내뱉지는 못한다. 겨우 0.34개 수준이지만 이걸로도 추가로 16kg을 핵분열 시킬 수 있으므로. 중수소-삼중수소 1kg이면 U238을 63kg이나 핵분열 시킬 수 있다. 하지만 14.1 MeV의 중성자가 핵폭탄의 폭발로 인해 급격히 퍼져 나가는 핵물질로 인해 실제로 효율이 급격히 낮아진다. 따라서 중성자 반사제인 템퍼를 설치해 폭발로 인해 해체되는 폭탄을 짧은 시간이라도 저지할 수 있게 되며, 덕분에 45%인 28kg이 실제로는 핵분열을 하게 된다. 즉 효율 45%까지 끌어올리게 되는 것이다.[29] 고로 1Mt급의 수소폭탄이 터질려면 복합적으로 계산시 플루토늄-239[30]와 U235[31]의 핵분열을 통해 핵융합을 유도하므로 핵분열성 물질의 핵에너지까지 포함한다면 4.8kg의 중수소화 리튬만으로도 1Mt급의 수소폭탄이 가능하게 된다.[32]
이러한 U238의 특성과 중수소-삼중수소의 중성자선 덕분에 농축 우라늄을 쓸 필요가 없다. 따라서 일반적인 수소폭탄 탬퍼에는 U235가 0.7% 함유되어 있는 천연우라늄을 써서 가격을 낮춘다.[33]
템퍼를 제거한다면 중성자 폭탄으로 제조가 가능하다. 탬퍼가 없으면 중성자를 튕겨내서 핵분열을 유도하는 매개체가 없어지므로 고속 중성자가 그대로 폭탄 내부를 벗어나 대기로 튀어나온다. 결국 수소폭탄의 대부분의 에너지는 우라늄-238이 핵분열 해서 내는 에너지를 이용하는 것이므로[34] 원자폭탄과 마찬가지로 핵분열 생성물인 방사성 낙진이 떨어져 생태계를 오염시킨다. 하지만 차르봄바처럼 의도적으로 위력을 조절하기 위해 탬퍼를 우라늄이 아닌 다른 비핵물질을 사용한 경우에는 상대적으로 위력 대비 낙진의 양이 적을 수 있다.[35]
4. 개발 역사
4.1. 미국
1951년 로스 앨러모스에서 에드워드 텔러와 스타니스와프 울람이 기존의 폭축렌즈를 일부 변형하여 수소 핵융합이 일어나기 위한 binding energy에 도달할수 있는 폭축 방법을 고안했다. 두 물리학자가 정리한 연구 보고서는 LAMS-1225라는 2급 기밀 문서로 지정되었다.1951년 5월 9일에 텔러-울람 설계를 시험하는 매우 소규모의 핵실험이 있었고 이에 성공한 미국은 1952년 11월 1일 아이비 마이크라는 코드명의 수소폭탄 폭발시험이 성공리에 이루어졌다. 아이비 마이크에서 사용된 수소폭탄은 습식, 즉 액체 상태의 중수소를 쓴 것이라 무기로서의 실용성이 없으므로, 리튬으로 수소원을 교체한 다음 단계의 핵실험이 1954년에 이루어졌다. 이것이 유명한 캐슬 브라보이다. 예상보다 2.5배나 강력한 15 메가톤의 폭발력을 냈으며 미국 역사상 가장 강력한 핵폭탄의 자리를 차지하고 있다.
4.2. 소련
1953년에 소규모로 진행된 첫 수소폭탄 시험이 있었고, 성공했다. 미국의 아이비 마이크 시험 이후 자극받은, 혹은 영감을 받은 소련은 안드레이 사하로프 박사 등의 개선 아이디어에 힘입어 1955년에 1.6 메가톤 짜리 수소폭탄 핵실험에 성공했다. 1961년에는 인류 역사상 가장 강력한 무기인 차르 봄바의 폭발에 성공했다.4.3. 영국
1957년에 최초의 수소폭탄을 터트렸다.4.4. 중국
1967년에 최초의 수소폭탄을 터트렸다.4.5. 프랑스
1968년에 최초의 수소폭탄을 터트렸다.4.6. 인도
1998년 5월 11일 인도에서 핵폭발 시험이 있었고, 수소폭탄 폭발이 있었으리라 추정되고 있다. 폭발력 때문에 정확히 수소탄 폭발인지는 아직 인도 내에서도, 국제 사회에서도, 논란이 있다. 당시 폭발력은 인도측 발표로는 56 킬로톤이었고, 지진파 측정으로도 비슷한 결과가 추정되었다.4.7. 이스라엘
특유의 NCND 정책 때문에 확실하지는 않다. 수소폭탄을 보유하고 있다는 추측이 있지만 수소폭탄 시험이 명확하게 검출된 적은 없다. 그런데 가장 널리 쓰이는 수소폭탄 메카니즘인 텔러-울람 방식을 고안한 에드워드 텔러가 약 20여년간 이스라엘을 도와줬다는 것은 널리 알려져 있다.4.8. 북한
2016년 1월 6일의 4차 핵실험이 수소폭탄 실험이었다고 북한측은 주장했다. 그러나 위력을 포함한 여러 요소를 종합해 봤을 때 수소탄 전 단계인 증폭핵분열탄으로 보인다.2017년 9월 3일의 6차 핵실험은 진짜로 수소폭탄 실험을 했다. 그리고 북한이 같은 날 3시 30분 공식으로 ICBM 장착용 수소폭탄 실험에 성공했다고 공식 발표했다. 이로 인해 발생한 진동을 한국의 기상청은 지진규모 5.7, 일본은 6.1, 중국은 6.3, 미국은 6.3으로 추정하고 있어, 그 위력은 이전의 핵실험보다 훨씬 강한 약 250kt으로 추정된다. # 이 정도 규모면 도시를 통째로 날려버릴 수 있는 전략핵무기로 여겨진다. 사실 수소폭탄의 기폭만 성공하면 탬퍼나 감속재를 변경하는 것으로 손쉽게 위력 조절이 가능하고, 시뮬레이션도 가능하므로 현재는 위력이 더 올라갔을 가능성도 높다. 대부분 수폭을 보유한 나라들은 800kt 내외의 전략핵무기를 주력으로 삼는다.
5. 기타 매체
고지라는 잘 자고 있다가 수소폭탄 맞고 깨어나서 일본을 공격한다.은영전에선 심심하면 쓰는 무기. 제8차 이제르론 공방전에서도 썼고 함재기들도 쏜다. 레이저 수폭이라 부르는걸 보면 원자폭탄기반은 아니고 고출력 레이저로 핵융합을 일으키는 방식인듯 하다. 다만 행성 베스타란트의 핵공격을 생각하면 전략무기 체급의 무기는 아니던가 원자폭탄기반기술의 무기는 따로 있는듯.
노 게임 노 라이프에서 『 』과 지브릴이 승부한 실체화 끝말잇기에서 소라가 말한 첫 단어로 등장.[36] 상대하고 있던 지브릴은 이 폭발을 말 그대로 맨몸으로 받아버렸으나 지브릴의 종족이 종족인지라 털끝 하나 그을리지 않았다.
스타 유즈맵 미사일피하기 게임의 필살기술. 파일런 15개를 지은 뒤 넥서스를 짓는 행위를 3번 반복할 시 시행된다. 상대팀 플레이어 수 만큼의 배틀크루저가 중앙에 생성되며 상대 영역에 닿는 즉시 중앙으로부터 양 가장자리로 유즈맵 '폭탄피하기'처럼 폭발해 나간다. 고로 폭피게임처럼 피하듯이 피해야 한다.
스타크래프트 시리즈의 핵폭탄은 밸런스 문제로 폭발로 인한 피해만 구현되고, 그 외 방사능 등은 스토리 상에서, 또는 캠페인에서만 구현된다.[37]
문명 6에서 가장 강력한 무기로 등장한다. 폭격 지점으로부터 2타일 거리 내에 있는 시설들을 파괴하고, 도시 인구를 살상하며, 도시의 체력과 방어력을 0으로 만든다. 뿐만 아니라 폭발 범위 내의 유닛을 무조건 파괴하며, 20턴간 대상 범위가 낙진에 뒤덮이게 만들어 오염된 타일에서 턴을 마친 유닛에게 치명적인 피해를 입힌다.
하프라이프: 어포징 포스에서 핵탄두가 수소 폭탄의 핵탄두이다.
R-TYPE 시리즈에서는 장거리 수소폭탄 미사일로 " 발뭉 미사일"이란 물건이 등장한다. R-9B 계통에 탑재되어 있으며, 강력한 화력과 넓은 공격범위 또는 긴 사거리에 높은 명중률을 보여주며 공격력도 레일건 발칸이 10~11쯤 나오는 것에 비해 발뭉은 80~90대의 공격력을 자랑한다. 그러나 세 자릿 수 공격력이 기본적인데다 작정하고 쏘면 지구에서 달까지 거리에 맞먹는, 38만킬로미터 너머의 것도 맞출 수 있는 파동포의 존재 때문에 최강의 카드라고 할 수는 없다. 이 동네 지구 연합군에는 1 천문단위 사거리의 거포도 존재한다.
[1]
일반적으로는 2단계다. 차르 봄바 같은 경우 3단계로 여겨지기도 하였으나, 온전하게 기폭 단계가 3단 이상인 경우는 아예 기폭제, 1차 폭약, 2차 폭약으로 나뉘어진 B41 말고는 아마도 없는 것으로 여겨진다. 물론, 열핵무기는 대부분이 아직도 현역인 무기라서 기밀이 대부분 풀려있지 않아 자세히 알 수는 없다.
[2]
원자폭탄 및 내부 플루토늄과 같이 필수적인 걸 제외하고 방사능을 첨가하지 않은 클린 밤은 매우 비싸다. 1Mt을 낼려면 20kg의 중수소화 리튬이 필요하다. 중수소화 리튬의 밀도가 물보다 작아서 이러한 유형의 수소폭탄은 팻 맨과 비슷할 것이다. 핵분열 1kt, 핵융합 1Mt이고, 핵융합 시 일시적인 방사선이 있을 수 있으나 방사능 낙진은 없다. 만약 더티 밤으로 설계한다면 클린 밤에 1.4톤의 열화우라늄을 추가해서 10Mt급을 낼 것이다.
[3]
우라늄 템퍼가 추가된 3F 폭탄이 위력 대비 무게가 가볍다.
[4]
물론 수소 핵융합을 일으킬 다른 수단이 있다면 그걸 써도 되겠지만 현존하는 그나마 실용적인 기술은 원자폭탄뿐이다.
[5]
일반적인 방법으로는 핵분열을 일으킬 수 없는 동위원소로 추정. 즉, 더 많은 핵분열 물질을 쑤서 넣는 원리라는 것이다. 무식하게 단순히 핵물질을 때려박으면 임계반응 등의 문제가 있으니 그걸 핵분열-핵융합-핵분열을 거치는 것으로 해결한다는 발상이다.
[6]
원자폭탄은 열을 필요로 하지 않으므로
열핵반응은 아니다. 열핵폭탄에서
원자폭탄을 뇌관으로 사용하는 이유이다.
[7]
헬륨-4에서 철-56까지 진행해도 대략 2 MeV를 넘는 이익을 볼 수 없다
[8]
레이저 핵융합을 이용하여 헬륨-3을 융합시키는 폭탄이 개발되면, 헬륨 열핵폭탄이 된다. 이미 수소폭탄은 D-T 반응을 거쳐 헬륨-4를 합성하며, 결합 에너지는 포화 상태에 이르렀다. 비효율을 감수하고 억지로 에너지를 짜내려 해도,
삼중알파과정은
입자가속기에서나 할 수 있을 뿐이다.
[9]
태양은 내부 기압이 2600억 기압이기 때문에 1500만도에서 경수소를 핵융합 하지만, 지구는 기압이 1기압이므로 1조도는 돼야 안정적인 경수소 핵융합을 할 수 있기 때문이다.
[10]
다만, 차르 봄바는 템퍼가 우라늄이 아닌 다른 물질이라서, 핵융합 후 핵분열이 일어나지 않아, 2단계로 보는 경우도 있다.
[11]
W76은 무게 95kg에, 위력 100kt의 핵무기이다. 핵탄두의 무게는 핵폭탄+재돌입체+장치의 합이고, 이게 95kg이면 굉장히 가벼운 핵탄두다. 핵폭탄만 계산한다면, 70kg 정도에 100kt급이 될 것이다.
[12]
그 위력도 폭탄에 따라 천차만별이므로 무조건 강력한 건 아니지만 하지만 위에 설명한 3F 습식,건식 수소폭탄은 보통 원자폭탄의 수백~수천배의 위력을 지니는 것이 사실이다.
[13]
이 2차 후폭풍은 반경 수백m ~ 1km 정도가 아닌 이상 강하지는 않다.
[14]
초창기의 일부 실험적 수소폭탄을 제외하면 대부분의 핵탄두는 텔러-울람 설계에 기반하고 있다. 물론 이것은 기존의 인터뷰나 공개된 정보 등을 통해 여러 사람들이 유추한 것으로, 진짜 설계도는 당연히 기밀이다.
[15]
이 과정은 핵분열 내관에서 일어나게 된다.
[16]
원료는 리튬-6중수소화합물 인데, 리튬은 중성자와 충돌하면 헬륨과 삼중수소로 분해된다. 굳이 얘를 쓰는 이유는, 삼중수소-중수소는 부피를 줄이려면 액화해야 하므로 냉각기 때문에 사이즈가 너무 커지기 때문이다. 또한, 삼중수소의 반감기가 12년으로 상당히 짧아서 보관성이 떨어지므로, 리튬을 써야 한다. 하지만 중수소화 리튬을 핵융합 시킬려면 중성자가 반드시 필요한데, 여기서 중성자를 얻기 위해서는 중수소 삼중수소를 가스 형태로 미리 저장해놓는다.
[17]
보통의 열복사선은 적외선이나 가시광선이지만, 원자폭탄은 온도가 너무 높은 나머지 열복사선도 X선이다.
[18]
핵융합으로 나온 중성자에 맞은 열화우라늄은 kg당 450g이 분열하므로 약 9kt의 위력을 낸다. 이게 톤이면 9메가톤이다. 차르봄바의 원래 위력은 100Mt이며, 더러운 버전까지 간다면 200Mt도 가능하다.
[19]
이 사람은
차르 봄바까지도 만들었지만 회심해서는 구소련의 공산독재를 비판하면서 반핵, 인권운동에 뛰어들어 고초를 겪었다. 말년에
노벨평화상을 수상하지만 소련 해체 이전에 사망했다.
[20]
큰거 한발 보다는 작은거 여러발이 타격과 효율에서 우수하므로 수류탄 정도 크기의 작은걸 만드는 것이 목적이다. 레이저는 크기제한이 있긴 하나, 마이크로 크기까지 아주 작지만, 그것을 작동시키기 어렵고 건전지 또한 크므로 근미래에는 실용화될 가능성이 없다.
[21]
증폭핵분열탄 또한 우라늄을 핵물질로 사용하면 1Mt급 이상으로 고위력화 할 수 있다. 하지만 그것을 압축시키기 위해서 기폭장치의 크기가 훨씬 커지며,
보기도 영 좋지 않아서 보통은 40~150kt 사이의 핵무기를 말한다.
[22]
효율 40% 기준, 데이비 크로켓에 이 기술이 적용되면 16kt 정도가 나온다. 플루토늄 2kg이 최대 40kt을 발휘하는데, 40%면 16kt이 되기 때문이다.
[23]
그래서 수소탄의 다른 이름 중 하나가 Fusion weapon, 융합 무기다.
[24]
수소탄은 위력의 대부분이 템퍼의 핵분열로 나오기 때문에, 거대한 원자탄이라고 봐도 무방하다.
[25]
원자탄은 기껏해서 25%지만, 수소탄은 40% 이상이다.
[26]
5kt급 핵무기를 원자탄이라고 말하는 사람이 있는데, 이는 수소의 양으로 위력을 조절하는 증폭핵분열탄이기 때문에 위력이 약한 것이다.
[27]
사실 1 MeV의 중성자 선속으로 U238의 핵분열 확률은 12%이지만, 튀어나온 중성자가 연료봉 내의 핵연료와 핵분열 생성물, 헬륨과 감속제 등에 팅겨 감속되어 원자로에서는 열중성자가 주류이기 때문에 U238의 핵분열 비율이 0.001%에 불과하며 2~5 eV으로도 U238의 핵분열 비율은 0.3%에 불과하다.
[28]
단 500KeV의 중성자선을 맞을시 U238의 핵분열 확률은 0.4%로 자원 중성자선과 별 차이없는 확률까지 대폭 줄어든다. 즉 2 MeV 이하부터는 수치가 내려갈수록 U238의 핵분열 확률이 급격히 줄어드는데. 다만 2 MeV를 넘기만 하면 U238의 핵분열 확률이 급격히 늘어난다.
[29]
고속중성자를 맞으면, 플루토늄으로 바뀌고 핵분열하며, 순수 플루토늄 1kg이 완전 핵분열하면, 20kt이 나온다. 중수소화 리튬 1kg이 모두 융합하면, 28kg을 실제로 핵분열 시킬 수 있는데, 28kg이면 20×28=560kt이 된다.
[30]
1차 폭탄의 핵물질과 2차 핵융합을 촉진시키기 위한 플루토늄 점화 플러그
[31]
1차 또는 2차 폭탄의 템퍼나 핵물질
[32]
중수소화 리튬 1kg을 완전히 융합시키면 150kt이 나온다.
[33]
U-238의 특성만을 이용한다면, 핵무기 제조 과정에서 대량으로 생성되는 열화우라늄이 더더욱 싸다.
[34]
수소 핵융합의 목적이 중성자를 대량으로 방출되게 하는 것이다. 수소 자체가 약한 것이 아니라, 융합할 때 나오는 대량의 고속중성자가 방출되면서, 위력 증가에 용이하기 때문에, 대부분의 수소폭탄은 우라늄 템퍼를 사용한다.
[35]
베릴륨으로 탬퍼를 쓸 수 있다. 베릴륨은 중성자를 잘 튕겨내기 때문에. 다만 폭탄의 무게가 무거워진다.
[36]
흔히 사용하는 명칭인 '수소폭탄'의 약칭인 수폭(水爆, 스이바쿠)라고 말했다.
[37]
스타2 저그 캠페인 울트라리스크 진화 미션에서 핵폭탄을 맞은 울트라가 방사능에 의해 변종 울트라가 된다.