[과학상식] 표면장력/원자력 발전/아프리카 돼지열병

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표면장력(Surface tension)

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액체상의 물질은 자유로이 팽창할 수 없으므로, 다른 액체나 기체와의 사이에 표면을 생성하게 된다. 이 때 액체표면에 존재하는 장력을 표면장력이라 한다.

일반적으로 표면장력은 액면의 작은 이물질에도 영향을 받기 때문에, 이물질이 있는 액체 표면에는 액체 내부와는 관계 없이 표면장력의 크기에 기인하는 독자적인 운동이 나타난다.

또한 어떤 종류의 물질이 액체에 녹으면 그 액체의 표면장력이 작아질 수 있는데, 비누를 물에 녹였을 때가 대표적 예이며, 이런 종류의 물질을 표면활성물질(表面活性物質)이라고 한다.

* 표면장력 예
- 공기 중에 날아다니는 비누방울은 표면에너지를 줄이기 위해 거의 완벽한 구의 형태를 띤다.
- 물보다 무거운 클립이나 동전 등을 물 위에 띄울 수 있다. 이는 물에 젖지 않는 물체인 경우 가능하고, 소금쟁이도 이 원리로 물위에 떠있을 수 있다.
- 같은 크기의 물방울 두 개가 만나면 즉시 하나의 물방울로 합쳐진다. 두 개의 독립된 구로 존재할 때의 표면적의 합보다 한 개의 합쳐진 구로 존재할 때의 표면적이 훨씬 작기 때문이다.
- 다이어트 콜라에 멘토스를 넣었을 때 폭발적으로 거품이 뿜어져 나오는 현상이 잘 알려져 있다. 이는 화학적 반응이기 보다 물 속에 녹아있는 이산화탄소들이 서로 뭉쳐서 기포가 생기게끔 문턱에너지를 낮추어 줌으로써 일어나는 반응으로서, 멘토스 표면에 코팅된 아라비아검이 계면활성제 역할을 하여 표면장력을 줄여주는 것이 주 원인으로 알려져있다. 또한 당성분이 많은 보통의 콜라보다 다이어트 콜라가 표면장력이 작아서 가장 큰 폭발력을 보이는 것으로 설명된다.

 

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원자력 발전(nuclear power generation)

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핵분열 연쇄반응을 통해서 발생한 에너지로 만든 수증기로 터빈발전기를 돌려 전기를 생산하는 발전방식으로 원자핵은 양성자와 중성자로 구성되어 있다. 그리고 핵을 이루고 있는 양성자와 중성자를 핵자라고 부르기도 한다.

원자핵을 이루고 있는 핵자들을 완전히 분리해서 자유로운 입자들로 만드는 데 필요한 에너지를 핵자의 수로 나눈 것을 평균 결합에너지라고 한다.

평균 결합 에너지는 핵자수에 따라 달라지는데 작은 원자핵에서는 핵자수가 증가함에 따라 평균 결합 에너지가 증가한다.

그러나 원자핵의 크기가 일정한 크기 이상이 되면 평균 결합 에너지는 핵자수가 증가하면 오히려 감소한다. 평균 결합 에너지가 크다는 것은 더 안정한 핵이라는 뜻이다.

결합에너지가 최대가 되는 핵자의 수는 56으로, 원자번호 26인 철(Fe)의 원자핵이 여기에 해당한다.

따라서 핵자의 수가 56보다 큰 원자핵은 핵자의 일부를 방출하면 더 안정한 상태의 핵으로 변환할 수 있고, 핵자의 수가 56보다 적은 원자핵들은 다른 원자핵과의 결합으로 더 안정한 원자핵이 될 수 있다.

이렇게 작은 원자핵이 결합하여 더 안정한 큰 원자핵으로 변해가는 것을 핵융합이라고 하고, 큰 원자핵이 분열하여 작은 안정한 원자핵으로 변환되는 것을 핵분열이라고 한다. 핵융합이나 핵분열을 통해 더 안정한 원자핵으로 바뀔 때는 여분의 에너지를 내놓게 된다.

원자핵은 매우 작아서 하나의 원자핵에서 방출하는 에너지는 매우 작지만 원자핵 분열을 매우 빠르고 대향으로 진행될 수 있어 큰 에너지가 나올 수 있다. 이러한 핵반응의 에너지를 평화적으로 이용하는 것이 원자력 발전인데 통제된 상태에서 핵분열을 일으키게 하여 그때 나오는 에너지를 이용하는 원자로에는 여러 가지가 있다.

 

* 냉각수 종류와 원자력 발전소의 분류

 

	냉각수	핵원료
경수로	일반적인 물 (경수)	농축 우라늄
중수로	중수 (Heavy water)	천연 우라늄

 

 

 

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아프리카 돼지열병(African Swine Fever;ASF)

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전염이 빠르고 치사율이 높은 돼지 전염병이다. 사람을 포함해 멧돼지과 이외의 동물은 감염되지 않는다. 백신이나 치료제가 없어 전파될 경우 양돈 사업에 큰 피해를 준다.

모든 연령의 돼지가 감염되며 발병 후 갑자기 죽는 것이 특징이다. 잠복기는 4~19일 정도로, 급성일 경우 치사율이 100%에 가깝다.

아프리카돼지열병 바이러스는 환경에 강해서 생존력이 높은 것은 물론 전염성도 강하다. 이 바이러스는 돼지가 죽은 후에도 혈액과 조직에서 계속 살아 있을 수 있는데, 실온의 분변이나 오줌 중에 5일 이상, 냉장상태 오줌에서는 15일까지 생존이 가능하다.

또 혈액의 경우 냉장에서는 1년 반~6년, 실온에서는 1개월 생존이 가능하다. 아울러 냉장육에서는 15주, 냉보관된 가염건조된 햄에서는 140일까지 생존이 가능하며, 냉동된 사체에서는 수년 동안 생존할 수 있다.

감염된 동물의 침·분비물·분변 등과의 접촉으로 전파된다. 감염된 돼지고기를 열처리하지 않고 돼지에 급여할 경우 전파될 수 있다.

한국은 아프리카돼지열병을 제1종 법정전염병으로 지정해 관리하고 있으며 2019년 9월 17일 경기도 파주시에 소재한 돼지농장에서 처음 발생하였다.