개정본 표지

www.nuclearacademy.com : 방사선안전관리 면허 취득을 위한 교육 전문사이트, RISRI 사이버강좌, 방사선정보 제공

예정일 : 2007년 2월 15일

페이지수 : 562 page

변경내용

문항수 장	변경전	변경후	변경내용
객관식문제	711문제	1010문제	문제 난이도 조정을 위해 문제 수정 및 새로운 문제 추가
주관식문제	228문제	350문제	문제 난이도 조정을 위해 문제 수정 및 새로운 문제 추가
계산문제	245문제	260문제	문제 난이도 조정을 위해 문제 수정 및 새로운 문제 추가

각 장별 문항수

문항수 장	객관식문제	주관식문제	계산문제
제 1장	42	15	15
제 2장	34	11	28
제 3장	167	34	34
제 4장	17	7	14
제 5장	50	9	12
제 6장	103	23	1
제 7장	37	24	17
제 8장	33	18	15
제 9장	75	25	15
제10장	28	7	0
제11장	37	22	0
제12장	14	6	17
제13장	8	9	7
제14장	43	19	14
제15장	9	3	0
제16장	83	14	26
제17장	68	34	22
제18장	33	7	18
제19장	88	31	5
제20장	15	17	0
제21장	14	9	0
제22장	12	6	0
계	1010	350	260

머 리 말

이 책은 국가기술 면허 및 자격시험(방사성동위원소 취급자 일반면허, 방사성동위원소 취급자 특수면허, 방사선취급 감독자 면허 등)을 위한 종합 문제집입니다.

최근 방사선안전관리 교육의 국가종합 연수기관인인 한국원자력연구소 원자력연수원의 연수교재가 개정되었으며, 시험의 출제경향 또한 변화하고 있습니다. 따라서 저희 NUCLEARACADEMY에서는 최근의 동향을 반영하고자 그 동안의 사이트 운영과 강의 경험에 기초하여 기존의 RISRI 종합문제집 을 개정, 보완하게 되었습니다. 이 책은 3과목 총 22장으로 구성되어 있습니다.

이 책의 특징은 다음과 같습니다.

첫째, RISRI SUMMARY BOOK과 병행하여 학습할 수 있도록 동일한 목차로 객관식문제(RI), 주관식문제(SRI), 계산문제의 순으로 분류하였으며, 국가기술 면허 및 자격시험과 관련된 각종 서적과 참고자료를 정리하여 새로운 경향의 문제를 보완하였습니다.

둘째, 계산문제는 방사성동위원소 취급자 일반면허와 방사선취급 감독자 면허의 출제난이도를 쉽게 판별할 수 있도록 방사선취급 감독자 면허에 출제되는 문제는 SRI 라고 표기하였으며, RISRI 문제를 풀 때 기본이 되는 예제에는 RISRI 기본예제라고 표시하였습니다.

이 책이 국가기술 면허 및 자격시험에 응시하고 자 하는 분들의 실력향상에 조금이나마 도움이 되기를 바라며, 나아가서는 면허나 자격증을 취득하여 우리나라의 방사선안전관리에 일익을 담당하기를 기원합니다. 이 책의 다소 부족한 부분에 대해서는 독자 여러분들께서 조언을 들어 개정, 보완할 것을 약속드립니다. 마지막으로 저희 NUCLEARACADEMY를 사랑해 주시는 많은 분들과 이 책의 출판을 위하여 교정과 편집을 맡아 주신 여러분들께 감사드립니다.

2007 년 2월    엮 은 이

참 고 문 헌

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방사선물리학의 세계 : 옥치일, 전파과학사, 2000

방사선기초 : 한국수력원자력(주) 원자력교육원, 2005

방사선피폭평가 : 한국수력원자력(주) 원자력교육원, 2005

보건물리이론Ⅰ : 한국수력원자력(주) 원자력교육원, 2005

보건물리이론Ⅱ : 한국수력원자력(주) 원자력교육원, 2005

방사능분석기술 : 한국수력원자력(주) 원자력교육원, 2005

방사성물질관리 : 한국수력원자력(주) 원자력교육원, 2005

원자력이론 : 한국원자력연구소, 2005

방사선취급기술 : 한국원자력연구소, 2005

방사선장해방어 : 한국원자력연구소, 2005

방사선물리의 이론과 연습 : 서두환, 현진사, 1996

의료 방사선생물학 : 이상석 외, 정문각, 1999

방사선계측학 : 고성진 외, 청구문화사, 1999

RI 및 SRI 특강교재 : 장재권, 한국방사성동위원소협회, 2003

RI 통신교육 교재 : 한국원자력안전아카데미, 2005

방사선취급 종합문제집 : 한국방사성동위원소협회, 1989

방사선취급감독자 및 일반면허 : 김을기, 도서출판신성, 1998

HEALTH PHYSICS : Heman Cember, Pergamon Press, 1995

RI 통신교육 교재 : 한국원자력안전아카데미, 2005

ICRP 60 요점 : 과학기술부, 1995

동위원소회보 : 한국방사성동위원소협회

엮은이 : 박 철 서

교정 및 편집위원 (가나다 순)

권오일, 권혁상, 김근우, 김동혁, 김대훈, 김서융, 김쌍태, 김종언, 김종화,

김효현, 노현미, 류경숙, 민병인, 심선만, 안주용, 유석준, 유승희, 이경은,

이부형, 이상웅, 이윤종, 이호원, 이화형, 정병곤, 조성익, 제길수, 진광호,

최규석, 한은옥, 홍용호, 황선용, 황인안

- 목       차 -

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원자력이론	................................	5
제1장 원자와 에너지	................................	5
제2장 방사능과 방사성붕괴	................................	33
제3장 방사선과 물질과의 상호작용	................................	60
제4장 방사선 차폐	................................	134
제5장 방사성핵종과 방사평형	................................	150
제6장 방사선생물학	................................	175
제7장 방사화학과 방사선화학	................................	214
방사선취급기술	................................	245
제8장 측정기술의 개요	................................	245
제9장 기체전리를 이용한 검출기	................................	267
제10장 고체전리를 이용한 검출기	................................	307
제11장 섬광작용을 이용한 검출기	................................	318
제12장 선량 측정	................................	340
제13장 방사능 측정	................................	354
제14장 에너지 측정	................................	364
제15장 중성자의 측정	................................	391
방사선장해방어	................................	395
제16장 방사선과 관련된 단위	................................	395
제17장 방사선방어체계	................................	433
제18장 방사선방어의 원칙	................................	478
제19장 방사선 모니터링	................................	497
제20장 방사성동위원소 등의 취급	................................	536
제21장 방사선사고와 대책	................................	548
제22장 방사성폐기물 관리	................................	557

원자력이론

제1장 원자와 에너지

객관식문제(RI)

[문제001] 다음 중 올 바른 설명으로 조합된 것은?

가. 중성인 어떤 원자의 L 각 궤도에 4개의 전자가 존재한다고 할 경우 이 원자는 질소(N)이다.

나. 원자핵의 체적은 질량수에 비례한다.

다. 지구상에 존재하는 핵종중 안정한 핵종은 양성자수와 중성자수가 모두 홀수인 것이 가장 많다.

라. 자연계에 존재하는 가장 무거운 안정핵은 [eqn: rm ` ^{209} Bi]이다.

① 가, 나, 다        ② 나, 라        ③ 가, 나, 다, 라        ④ 라

[sol] ②

가. 탄소(C)

다. 안정한 핵의 양성자수와 중성자수의 비율

양성자수	중성자수	핵종수	비 고
짝수	짝수	166
짝수	홀수	54
홀수	짝수	56
홀수	홀수	4	[eqn: rm`^2 H, ^6 Li, ^10 B, ^14 N]

[문제002] 다음 설명 중 올바르지 않은 것은?

① 원자의 질량은 원자의 궤도전자수에 의해 결정된다.

② 원자의 크기는 전자궤도반지름에 의해 결정된다.

③ 원자의 속은 넓은 빈 공간이 아니고 원자핵과 궤도전자의 전하로 인한 전장과 동시에 전자로 인해 생긴 자장이 작용하고 있다.

④ 원자의 궤도반지름은 주양자수 n에 의해 결정된다.

[sol] ①

[문제003] 다음 설명 중 올바르게 설명된 것으로 조합된 것은?

가. 원자에서 전자가 n = 1로 천이하는 계열을 라이만계열이라고 한다.

나. 원자에서 전자가 n = 2로 천이하는 계열을 발머계열이라고 한다.

다. 원자에서 전자가 n = 3로 천이하는 계열을 브래킷계열이라고 한다.

라. 원자의 일반적인 크기는 1 Å정도이다.

① 가, 나, 다         ② 가, 다         ③ 가, 나, 라         ④ 라

[sol] ③

다. 파센계열

[문제004] 다음 중 올 바른 설명으로 조합된 것은?

가. 각모형에서 마법수만큼 핵자수가 채워졌을 때를 닫힌 각이라고 한다.

나. 핵내의 핵자가 가질 수 있는 에너지 값은 연속적이다.

다. 핵모형이란 핵의 성질이나 구조를 설명하기 위한 이론이다.

라. 원자핵이 안정하다는 것은 핵자당 결합에너지가 작다는 의미이다.

① 가, 나, 다          ② 가, 다          ③ 나, 라          ④ 라

[sol] ②

[문제005] 다음은 원자핵에 대한 설명이다 올바르지 않은 것은?

① 물방울모형은 핵분열을 설명하는 데 적합한 핵모형이다.

② 핵의 반경은 질량수의 3/2에 비례한다.

③ 각모형에서 마법수만큼 핵자수가 채워 졌을 때를 닫힌 각이라고 한다.

④ 핵내의 핵자가 가질 수 있는 에너지 값은 불연속적이다.

[sol] ②

[문제006] 입자의 파동성을 주창한 사람과 파동의 입자성을 주창한 사람을 순서대로 나열하면?

① 아인슈타인, 드브로이            ② 채드윅, 아인슈타인

③ 드브로이, 아인슈타인            ④ 러더퍼드, 드브로이

[sol] ③

[문제007] 다음 중 물방울모형으로 설명 가능한 현상과 관계있는 것끼리 조합된 것은?

가. 복합핵의 형성과정              나. 핵자의 집단운동

다. 마법수                         라. 핵분열

① 나, 다        ② 가, 라        ③ 가, 나        ④ 가, 나

[sol] ②

각모형-마법수

[문제008] 다음 연결 중 올바르게 연결된 것끼리 조합된 것은?

가. 톰슨-행성모형                나. 보어-특성X선

다. 베크렐-우라늄선              라. 퀴리부인-방사능

① 다, 라        ② 가, 라        ③ 가, 나        ④ 가, 나

[sol] ①

모즐리 : 특성X선

톰슨 : 건포도빵모형

[문제009] 다음 중 옳은 것끼리 연결된 것은?

가. 원자핵이 갖는 전하는 Ze이다.

나. 보어의 원자모형은 정상상태, 진동수조건, 양성자조건이 있다.

다. 원자의 화학적 성질은 전자수와 전자의 상태와 관계있다.

라. 전기량의 최소단위를 전기소량이라고 한다.

① 나, 다, 라    ② 가, 나, 다, 라    ③ 가, 나    ④ 가, 다, 라

[sol] ④

보어의 원자모형은 정상상태, 진동수조건, 양자조건이 있다.

[문제010] 핵력의 특징에 관한 설명으로 맞는 조립은?

가. 교환력을 가진다.

나. 양성자의 전하에 따라 핵력은 변한다.

다. 만유인력처럼 핵력은 핵자의 질량에 비례한다.

라. [eqn: rm10^-13~ ㎝] 정도에서 작용하는 힘이다.

① 나, 다     ② 가, 다     ③ 가, 나, 다, 라     ④ 가, 라

[sol] ④

핵력 : 쿨롱력보다 강한 인력, 단거리력, 하전독립성, 교환력, 포화성

[문제011] 다음 중 올바르지 않은 설명은?

① 물질의 성질을 유지하고 있는 가장 작은 기본단위는 분자이다.

② 원자핵의 크기를 좌우하는 것은 질량수이다.

③ 중성자는 양성자보다 무겁다

④ 양성자와 전자의 질량을 합하면 중성자의 질량이 된다.

[sol] ④

H2O : 물분자(물이라는 물질의 성질을 가지고 있다)

원자핵의 반경 [eqn: rmR={R_0}{A^1/3} (fm)={1.2×10^-15} {{A^1/3}}(m)] (A : 질량수)

[문제012] 다음 중 옳은 것끼리 조합된 것은?

가. 양성자 1개만 가지는 원자핵은 없다.

나. 광전자와 관계 있는 방사선은 γ선이다.

다. 전자쌍생성이 일어나면 소멸복사선이 발생된다.

라. 핵력은 [eqn: rm10^-13~ ㎝] 정도에서 작용하는 힘이다.

① 나, 다      ② 가, 다      ③ 나, 다, 라      ④ 가, 라

[sol] ③

[eqn: rm ` ^{1} H]핵은 양성자 1개로만 이루어진 원자핵이다.

[문제013] 다음 중 옳은 것끼리 조합된 것은?

가. 물질의 질량은 그 속도가 광속에 가까워질수록 감소한다.

나. 중성자의 정지질량은 양성질량의 약 1840배 정도이다.

다. 원자핵의 질량은 원자질량과 거의 같다.

라. γ선 및 X선은 전자파로서 γ선이 X선보다 파장이 길다.

① 가, 나, 다, 라    ② 다    ③ 나, 라    ④ 모두 옳지 않다

[sol] ②

[문제014] 다음 중 올바른 설명으로 연결된 것은?

가. 핵력이란 핵자 사이에 작용하는 힘으로 핵자는 중성자수와 같다.

나. 핵력이란 핵과 전자사이에 작용하는 힘을 말한다.

다. 동중핵이란 중성자수가 같은 핵종을 지칭한다.

라. 중성자로만 이루어진 원자핵은 없다.

① 가, 다, 라       ② 다       ③ 나, 라       ④ 모두 옳지 않다

[sol] ④

핵자 : 핵을 구성하는 입자(양성자, 중성자)

핵자수 = 질량수 = 양성자수+중성자수

[문제015] 원자핵의 반경 R은 그 질량수 A의 함수로서 표시된다. 다음 중 그 식으로서 올바른 것은? 단, [eqn: rmr_0]는 상수이다.

① [eqn: rmR =r_0~ A^1/3]     ②  [eqn: rmR =r_0~ A^3/2]    ③ [eqn: rmR =r_0~ A^1/2]     ④ [eqn: rmR =r_0~ A]

[sol] ①

[문제016] 다음의 설명 중 올바른 것끼리 짝지은 것은?

가. 중성원자의 궤도전자수는 원자번호와 같다.

나. 무거운 원자핵은 양성자수가 중성자수보다 많다.

다.  중성원자의 질량은 원자핵의 양성자와 중성자의 질량과 궤도전자의 질량을 합한 것보다 가볍다.

라. 동중체 관계에 있는 원자핵은 질량수가 서로 같다.

① 가, 나, 다      ② 가, 다, 라      ③ 가, 라      ④ 나, 다

[sol] ②

무거운 원자핵은 중성자수가 양성자수보다 많다.

[문제017] 일반적으로 원자핵의 크기는 원자 크기의 몇 배 정도인가?

① 10000～100000배            ② 100～1000배

③ 1/100000～1/10000배        ④ 1～100배

[sol] ③

원자의 반경 : 1 Å

원자핵의 반경 : [eqn: rm10^-15 ～10^-14 ~m]

[문제018] 원자핵의 구성핵자에 관하여 올바르게 연결된 것은?

가. 안정한 핵에서 양성자수와 중성자수가 모두 짝수인 비율은 그 어느 한 쪽이 홀수인 비율보다 많다.

나. +전기를 띤 여러 개의 양성자가 원자핵 내에 존재해도 안정한 것은 핵력 때문이다.

다. 핵자당의 결합에너지가 가장 큰 것은 철이다.

라. 중성자는 양성자와 다르게 전하를 가지고 있지 않고 양성자보다 질량이 크다.

① 가, 나, 다     ② 가, 다     ③ 나, 다     ④ 가, 나, 다, 라

[sol] ④

[문제019] 다음 중 연결이 올바른 것끼리 조합된 것은?

가. α입자산란실험-톰슨            나. 원자(atom)-데모크리투스

다. 채드윅-최초의 인공핵변환      라. 원자핵발견-러더퍼드

① 나, 라        ② 가, 다        ③ 나, 다, 라        ④ 가, 라

[sol] ①

러더퍼드 : α입자산란실험 → 원자핵발견

채드윅 : 중성자 발견

[문제020] 보어의 원자모형에 관한 설명으로 올바른 것은?

① 원자의 궤도는 연속적인 에너지상태를 가진다.

② 보어의 원자모형을 보완하여 러더퍼드는 원자의 현대적 모형인 행성모델을 제안하였다.

③ 진동수조건은 전자의 천이에 따른 에너지상태의 변화를 설명한다.

④ 원자구조에 있어서 각운동량은 h/2π의 정수배에 비례한다는 것은 진동수조건을 설명하는 것이다.

[sol] ③

원자의 궤도는 불연속적인 에너지상태를 가진다.

보어는 러더퍼드의 행성모형을 보완하여 현대적 원자모형을 제안하게 되었다.

원자구조에 있어서 각운동량은 h/2π의 정수배에 비례한다는 것은 양자조건을 설명하는 것이다.

[문제021] 원자의 특성에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

① 원자핵를 구성하는 입자들을 핵자(nucleon)라고 한다.

② 핵을 구성하는 양성자와 중성자의 질량은 다르다.

③ 원자의 궤도에 들어갈 수 있는 전자의 수는 [eqn: rm2~ n^2]개이다.

④ 핵자 중 가장 무거운 것은 양성자이며 전자질량의 약 1840배이다.

[sol] ④

양성자와 중성자의 질량은 거의 같지만 중성자가 더 무겁다.

[문제022] 원자의 에너지준위에 관한 설명 중 올바르지 않은 것은?

①  K각의 에너지 준위가 가장 낮다.

② 원자의 여기상태는 불안정하다.

③ 원자가 기저상태에서 여기상태로 이동할 때 광자가 방출된다.

④ 원자는 그것에 고유한 여기상태를 갖는다.

[sol] ③

원자가 여기상태에서 기저상태로 이동할 때 광자가 방출된다.

[문제023] 다음 설명 중 올바른 것끼리 조합된 것은?

가. 수소원자에서 K 전자의 결합 에너지는 13.6 eV이다.

나. 양성자에 대한 전자의 질량 비 = [eqn: rm { 1.00727~u} over {0.00054~u } ≒1865]이다.

다. 양성자에 대한 중성자의 질량비는 약1.0014이다.

라. 중성자는 가장 무거운 핵자이다.

① 가, 다, 라     ② 가, 나, 다     ③ 나, 다, 라     ④ 가, 라

[sol] ①

원자의 궤도에너지 = [eqn: rm- { 13.6} over {n^2 } (eV)]

(K각의 주양자수 n = 1이므로 13.6 eV이다)

A에 대한 B의 비는 [eqn: rm{ B} over {A }]라는 것을 명심할 필요가 있다.

양성자에 대한 전자의 질량 비=[eqn: rm {0.00054~u} over {1.00727~u }]이다.

양성자에 대한 중성자의 질량비=[eqn: rm {1.00866~u} over {1.00727~u} image 1.00138]

[문제024] 다음 기술한 것 중 옳은 끼리 조합된 것은?

가. 원자핵의 크기은 [eqn: rm10^-15] m 정도이다.

나. 원자핵의 반경은 그 질량수의 1/3승에 비례한다.

다. 원자의 반경은 원자핵의 반경에 비례한다.

라. 무거운 원자핵에서는 중성자수가 양성자수보다 많다.

① 가, 다, 라     ② 가, 나, 라     ③ 나, 다, 라     ④ 가, 라

[sol] ②

[문제025] 다음은 원자핵의 각모형에 대한 설명이다. 올바른 끼리 조합된 것은?

가. α입자의 집단운동을 설명하는 모형이다.

나. 원자핵은 중성자수가 짝수일 때만 안정하다는 이론이다.

다. 핵분열을 설명하는 모델이다.

라. 원자핵의 양성자수나 중성자수가 마법수일 때 안정하다는 이론이다.

① 가, 나, 다         ② 나, 라         ③ 라         ④ 가, 라

[sol] ③

α입자의 집단운동을 설명하는 모형 → 집단운동모형

원자핵의 양성자수 또는 중성자수가 짝수일 때 안정하다는 이론이다.

핵분열을 설명하는 모델 → 물방울모형

........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

주관식문제(SRI)

[문제001] 보어의 원자모형을 2가지 가설인 양자가설과 진동수가설을 중심으로 설명하라.

[sol]

보어는 전자가 특정한 궤도에 있을 때에는 전자기파를 방출하지 않는다는 가설을 도입하여 새로운 원자모형을 제시하였다.

1) 정상상태 가설(양자 가설) - 원자의 안정성을 설명할 수 있다.

원자내의 특정조건을 만족하는 궤도에서만 회전하며 이 궤도를 따라 운동하는 전자는 전자기파를 방출하지 않는다. 이러한 상태를 정상상태라고 하고 정상상태의 전자가 갖는 에너지를 에너지준위라고 한다. 원자 내의 전자가 전자기파를 방출하지 않기 위해서는 전자의 각운동량(mvr)이 플랑크 상수(h)를 2π로 나눈 값의 정수배(n)가 될 때이다.

mvr = n[eqn: rm {h} over {2 pi }] ▶ 2πr = n[eqn: rm {h} over {mv}] = nλ

따라서 궤도는 띄엄띄엄한 값만 허용된다. 이처럼 연속적인 값을 갖지 못하고 특정한 값을 가지는 것을 양자화되어 있다고 한다.

2) 진동수 가설 - 수소원자의 선스펙트럼을 설명할 수 있다.

전자가 한 정상상태에서 다른 정상상태로 옮겨갈 때 두궤도의 에너지 차이만큼의 에너지를 전자기파로 방출하거나 흡수한다. 전자가 낮은 준위에서 높은 준위로 이동할 때에는 에너지를 흡수하고 높은 준위에서 낮은 준위로 이동할 때에는 에너지를 방출한다.

En - Em = hν (En > Em)

3) 보어원자모형의 고찰 - 보어의 원자이론은 수소원자의 스펙트럼을 잘 설명할 수 있었지만 다른 원자의 스펙트럼은 설명할 수 없었다. 또 하이젠베르그의 불확정원리에 의하면 전자는 어느 한 순간에 그 위치와 운동량의 두가지를 동시에 측정할 수 없다. 즉 전자는 일정한 원궤도를 운동하는 것이 아니라 그 에너지 준위에 따라 어느 공간에 확률에 의해 존재한다는 것이 밝혀졌다. 이것을 전자구름모형 또는 오비탈모형이라고 한다.

[문제002] 원자의 크기를 구하는 식을 유도하라.

[sol]

원자핵 주위를 전자가 돌기 위해서는 원심력과 전자기적 인력이 같아야 한다.

[eqn: rmF=m { v^2} over { r}=k { Ze^2} over { r^2}]

(m : 9.1 × 10-31 kg, k : 9 × 109 N∙m2/C2, e : 1.6 × 10-19 C)

보어의 양자가설에서 mvr = n[eqn: rm {h} over {2 pi }]이므로 v = [eqn: rm{nh } over {2πmr }]이다.

위의 식에 대입하여 풀면 [eqn: rm r _{n} = {h ^{2} n ^{2}} over {4k pi ^{2} e ^{2} mZ} ≓0.53 TIMES 10 ^{-10} {n ^{2}} over {Z}]을 얻을 수 있다.

수소의 경우 Z = 1, n = 1 이므로 수소의 반경은 0.53 Å이다. 이것을 보어의 원자반경이라고 한다.

[eqn: rm{_{Z} ^{A} X}]

[문제003] 전자의 에너지준위를 구하는 식을 유도하라.

[sol]

원자에서 전자가 갖는 총에너지는 전자의 위치에너지([eqn: rm-k { Ze^2} over {r }])와 운동에너지([eqn: rm{ 1} over { 2}mv^2 =k { Ze^2} over {2r }])의 총합이다.

따라서 [eqn: rm-k { Ze^2} over {r }] + [eqn: rmk { Ze^2} over {2r }] = [eqn: rm-k { Ze^2} over {2r }]이 된다.

이 식에 양자화된 전자의 궤도반경 [eqn: rm r _{n} = {h ^{2} n ^{2}} over {4k pi ^{2} e ^{2} mZ}]을 대입하면

[eqn: rmE_n = `-k { Ze^2} over {2r_n }= { 2mπ^2 k^2 e^4 Z^2} over {h^2 n^2} `(J) = -13.6 { Z^2} over {n^2 }`(eV)]가 된다.

여기서 -값은 전자가 핵에 구속되어 있는 것을 의미한다.

[문제004] 원자의 특성에 대해 간단하게 기술하라.

[sol]

1) 대부분 공간이며 +전하를 띤 원자핵을 중심으로 -전하를 띤 전자가 빠른 속도로 운동하고 있다.

2) 원자핵은 양성자와 중성자로 구성되어 있으며, 크기가 작지만 원자질량의 99.975%를 차지한다.

3) 중성원자의 경우 원자내의 전자수와 양성자수는 같다(양성자와 전자의 전하량의 절대값은 같다).

4) 질량비 - n  : p : e = 1.00866 : 1.00727 : 0.00054

[문제005] 핵자당 결합에너지는 [eqn: rm` ^4 He], [eqn: rm` ^12 C], [eqn: rm` ^16 O] 등에서 비교적 큰 값을 나타낸다. 그 이유를 설명하라.

[sol]

α입자는 핵자당 결합에너지가 비교적 크기 때문에 안정되어 있으므로 2개의 양성자와 2개의 중성자가 결합하여 원자핵내에서 안정된 핵자집단을 만든다. 또한 가벼운 원자핵들은 α입자와 몇 개의 핵자들이 결합한 것이라고 생각하면 질량수가 4의 정수배가 될 때 특히 안정된 구조를 가진다는 것을 설명할 수 있다. 그러나 질량수가 20이상으로 증가하게 되면 4의 주기성은 별로 나타나지 않고 핵자당 결합에너지는 포화상태로 된다.

[문제006] 원자번호가 92이상인 핵종중에는 안정한 핵종들이 존재하지 않는 이유를 α붕괴와 연관지어 설명하라.

[sol]

원자핵을 구성하고 있는 핵자는 핵력으로 강하게 결합하고 있지만, 동시에 Coulmb 척력도 작용하고 있다. 핵력은 근거리에서 작용하고 있는 힘이지만 핵자수가 증가함에 따라 원거리에서 작용하는 힘인 Coulmb 척력이 증가하게 되어 양성자2개와 중성자2개로 이루어진 α입자를 방출하게 된다. 이러한 이유로 자연계에는 원자번호가 높게 되면(Z>92) 모두 방사성을 띠게 된다.

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계산문제(RI∙SRI)

RISRI 기본예제

[문제001] 보어의 원자모형이 모든 원자에 적용된다고 가정한다면 [eqn: rm `_{ }^{235 } {U }]의 원자반경은 [eqn: rm`^ 1 H]의 원자반경의 몇 배인가?

[sol]

[eqn: rm`^ 1 H]의 주양자수 = 1, [eqn: rm `_{ }^{235 } {U }]의 주양자수 = 5

전자의 궤도반지름 [eqn: rmr_n = 0.53 ```n^2 (Å)] 이므로 25배이다.

RISRI 기본예제

[문제002] [eqn: rm `_{ }^{235 } {U }]의 핵반경은 [eqn: rm`^ 1 H]의 핵반경의 몇 배인가?

[sol]

[eqn: rm R~=~R _{0} A ^{1/3} `(fm)~=~1.2~ TIMES `235 ^{1/3} ` image ~7.4~fm]

[eqn: rm R~=~R _{0} A ^{1/3} `(fm)~=~1.2~ TIMES `1 ^{1/3} ` image ~1.2~fm]

[eqn: rm {R _{U-235}} over {R _{H-1}} = {7.4} over {1.2} APPROX 6.17배]

RISRI 기본예제

[문제003] [eqn: rm` ^4 He]원자핵의 밀도를 계산하라. 단, 양성자 또는 중성자의 질량은 1.674 × 10-27 kg으로 계산한다.

[sol]

ρ [eqn: rm= {질량} over {부피} = {1.674 TIMES 10 ^{-27}kg TIMES A} over {{4} over {3} pi (1.2 TIMES 10 ^{-15}m TIMES A ^{1/3} ) ^{3}} = {1.674 TIMES 10 ^{-27} kg TIMES 4} over {{4} over {3} pi (1.2 TIMES 10 ^{-15} m TIMES 4 ^{1/3} ) ^{3}}]

[eqn: rm=2.31 TIMES 10 ^{17} kg/m ^{3}]

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제2장 방사능과 방사성붕괴

객관식문제(RI)

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