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How big is 우라늄 원자핵?

12 펌토미터!

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우라늄 원자핵

우라늄 원자핵은 우라늄 원자의 중심이다. 양성자 92개가 들어 있으며, 가장 흔한 종류인 우라늄-238에서는 중성자가 146개 들어 있다. 지름은 약 12펨토미터이며, 이는 전하의 평균 반지름인 전하 반지름의 2배로 잰 값이다. 1펨토미터는 1미터의 1000조분의 1(10−15미터)이다.

크기

원자핵에는 뚜렷한 경계가 없어서, 크기를 전하 반지름으로 나타낸다. 우라늄-238에 대해 국제원자력기구(IAEA)가 관리하는 원자핵 반지름 표는 5.857펨토미터를 제시하며, 이 값은 0.1%보다 정확하게 알려져 있다. 따라서 원자핵의 지름은 11.7펨토미터이다. 중성자가 3개 적은 우라늄-235는 아주 약간 더 작아서, 지름이 11.67펨토미터이다.

우라늄 원자핵에는 양성자보다 중성자가 훨씬 많다. 양성자는 전하 때문에 서로 밀어내지만, 모든 양성자와 중성자는 강한 핵력으로 가장 가까이 있는 이웃들을 끌어당긴다. 무거운 원자핵에서는 전기적으로 밀어내는 힘 때문에 원자핵이 깨지지 않도록 여분의 중성자가 필요하다.

크기 비교

  • 우라늄-238 원자핵의 지름은 양성자 하나의 약 7배이며, 양성자의 지름은 약 1.7펨토미터이다. 원자핵 안에 양성자와 중성자가 238개 들어 있는데도 그렇다.
  • 이 원자핵의 지름은 헬륨 원자핵의 약 3.5배이며, 헬륨 원자핵의 지름은 약 3.4펨토미터이다. 하지만 우라늄 원자핵에 들어 있는 입자의 수는 헬륨 원자핵의 약 60배이다.
  • 우라늄 원자핵을 농구공 크기로 확대한다면, 같은 비율로 확대한 양성자는 지름이 약 3.4센티미터일 것이며, 이는 테니스공 지름의 약 절반이다.
  • 지름이 약 0.1나노미터인 수소 원자의 지름은 우라늄 원자핵의 약 9,000배이다. 1나노미터는 1미터의 10억분의 1이다.

아주 느린 붕괴

우라늄-238은 방사성이지만, 붕괴가 극도로 느리다. 시료의 절반이 붕괴하는 데 걸리는 시간인 반감기는 44억 7000만 년이다. 지구의 나이는 약 45억 4000만 년이므로, 지구가 만들어질 때 있던 우라늄-238의 약 절반이 아직 남아 있다.

우라늄-238은 알파 입자를 내보내며 붕괴하는데, 알파 입자는 헬륨 원자핵이다. 이어서 붕괴가 여러 단계로 계속되어 납-206에서 끝난다. 지질학자들은 이 붕괴 사슬과, 우라늄-235에서 시작하는 비슷한 사슬을 이용해 암석의 나이와 지구 자체의 나이를 측정한다.

우라늄 쪼개기

우라늄-235는 천연 우라늄의 약 0.72%를 차지한다. 이 원자핵은 중성자에 맞으면 쉽게 쪼개진다. 쪼개질 때마다 에너지와 중성자가 더 나오는데, 이 중성자가 다른 원자핵을 또 쪼개는 연쇄 반응이 이어질 수 있다. 미국의 원자력 발전소는 이 반응을 제어해 전기를 만들기 위한 열을 얻으며, 우라늄-235를 3~5%로 농축한 연료를 쓴다.

출처

우주의 규모 > 우라늄 원자핵
염소 원자핵
염소 원자핵에는 17 개의 양성자가 들어있습니다. 중성자는 보통 18 개나 20 개가 들 어있는데, 가끔 19 개로 존재하기도 합니다.
전자 (고전)
전자들은 그 크기를 정확히 측정하기 어려울 정도로 작습니다. 전자의 크기는 측정방 법에 따라 가지각색으로 달라지는데, 양자 모델을 비롯해 몇가지 가 있지만 여기에 소 개된 것은 고전 모델입니다.
헬륨 원자핵
헬륨 원자핵은 헬륨 원자에 비해 1/1000 배 가까이 작습니다. 축구장에 구슬이 있는것 처럼요. 물질이 딱딱하게 느껴지는 이유는 원자들이 서로 반발하기 때문인데, 만약원 자들이 서로 반발하지 않으면, 모든 것들이 무너져 내릴거에요!
감마선 파장
감마선의 진동수는 아주 높습니다. 방사성 붕괴에서 나올 수 있어요. 아, 그런데 실제 로 옆에 보이는 것처럼 파란건 아니에요.
전자현미경으로 볼 수 있는 가장 작은 크기
우리는 전자망원경으로 아주 작은 것들 (원자 등) 과 가시광선의 파장보다 작은 물질 들을 볼 수 있습니다.
헬륨 원자
헬륨 원자는 수소 원자보다 양성자 수가 더 많아서, 전자를 더 가까이 끌어당기기 때 문에 수소 원자보다 크기가 작습니다. 그나저나, 추가적인 전자껍질들이 원자의 크기 를 크게 하는데 가장 큰 역할을 하는데, 가장 큰 원자인 세슘은, 가장 많은 전자껍질 을 가지고 있습니다.

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