원자력 기초이론

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목차: 1. 기본 물리량
2. 원자와 원자핵
3. 방사성 붕괴
4. 방사선과 물질과의 상호작용

본문내용: 1. 기본물리량
1) 자주 사용되는 단위
․1 eV (electron volt : 에너지의 단위)
전자가 전위 1V인 곳에 있을 때의 위치에너지, 또는 전자가 1V인 전위차를 이동하였을 때 얻은 운동에너지
1MeV = eV, 1eV = 1.602 x
= 1.602 xerg
․1 U (atomic mass unit : 질량의 단위) : 중성원자의 정확한 1/12
1 U = 1.66 x kg = 931.5 MeV
․1 Ci (Curie : 방사능의 단위 ) : 3.7 x dps , dps = Bq
․1 R (Roentgen : 방사선선량 단위) : 1R = 2.58 xC/kg-air
≒
․1 b (barn : 핵반응 단면적의 단위) : 1b =
2) 기본식
아래의 식은 물리의 기본식임으로 기억해 두어야 한다.
E =
E = hυ = h : 6.626 x(플랑크 상수)
υ : 진동수
λ : 파장
E = 는 질량과 에너지의 환산(원자핵의 질량결손, 붕괴의 Q치, 원자핵반응의 Q치, 전자나 양자의 정지질량 에너지 …… )의 계산과 사용된다.
E = hυ = 는 주로γ선이나 X선의 파장, 진동수 및 에너지 관계를 구하는 식이다.
2. 원자와 원자핵
1) 크기
․ 원자의 크기 = cm = m
․ 원자핵의 크기 = cm = m
2) 질량
․ 양자의 질량 : 1.007276 U = 1.6725 xkg = 938.3 MeV
․ 중성자의 질량 : 1.008665 U = 1.67848 xkg = 939.6 MeV
․ 전자의 질량 : 0.0005489 U = 9.10956 xkg = 511 KeV
․ 전자의 전기량(e) : 1.602 x C = 4.802 x esu
3) 핵종의 질량은 그것을 구성하고 있는 양자, 중성자 및 전자질량의 합 보다 작다. 이 차를 질량결손(mass defect)라 한다.
(질량결손) = Z + (A-Z) + Z - M
= Z+ N- M
4) 핵력
․ 핵자들을 단단하게 서로 결합시키는 힘 : 핵력 > 쿨롬력, 만유인력
․ 단거리 도달력 : cm
․ 하전독립성 : p-n, n-n, p-p간의 핵력은 같다.
․ 포화성을 가진다 : 결합에너지
․ 교환력을 가진다 : π중간자를 매개
3. 방사성 붕괴
1) 붕괴의 종류
a) α붕괴
원자핵의 α선을 방출하여 Z-2, A-4 만큼 적은 다른 원자핵으로 변하는 현상, 즉 α선의 본질은 He 원자핵이다.
b) β붕괴
․ 음전자붕괴 : 원자핵 속의 n가 p로 변하여 음전자를 방출하고 다른핵종으로 변한다. ( n 󰠏󰠏󰠏󰋼 p + + υ)
․ 양전자붕괴 : 원자핵 속의 p가 n로 변하여 양전자를 방출하고 다른핵종으로 변한다. ( p 󰠏󰠏󰠏󰋼 n + + υ)
․ 전자포획(electron capture : EC) : 원자핵 속의 p가 궤도전자를 포획하여 n로 변하고 X선을 방출한다.( p + 󰠏󰠏󰠏󰋼 n +υ)
c) γ선 방출
α붕괴 또는 β붕괴한 후, 원자핵이 여기상태이면 γ선이 방출되어 기저상태가 된다. γ선은 파장이 매우 짧은 전자파이다.
d) 내부전환전자 방출
여기상태에 있는 원자핵이 γ선을 방출하는 대신 그 에너지는 궤도전자에 주어 궤도전자가 튀어나오는 것
※ 오제효과
들뜸상태에 있는 원자는 불안정하여 특성X선을 방출해서 안정하게 된다고 했으나, 때로는 X선을 방출하지 않고 그의 에너지가 궤도전자에 주어져서 궤도전자를 원자로부터 추출하는 데 드는 일과 그의 운동에너지에 소비되는 경우가 있다. 이러한 현상을 오제(Auger)효과라 부르고, 추출된 전자를 오제전자(Auger electron)라 한다.
4. 방사선과 물질과의 상호작용
1) 하전입자와 물질과의 상호작용
① 원자핵과의 탄성충돌
② 원자핵과의 비탄성충돌
③ 궤도전자와의 탄성충돌
④ 궤도전자와의 비탄성충돌
⑤ 내각전자의 전리

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