핵융합

 

 

 

핵융합

태양 중심부와 같이 1,500만 K 정도가 되는 초고온 상태에서는 수소와 같은 작은 원자핵들이 융합하여 더 큰 원자핵으로 변하는 핵융합 반응이 일어난다. 이 과정에서도 반응 후의 질량이 반응 전보다 줄어들어 에너지가 발생하며, 이 에너지가 태양 에너지의 근원이 된다.

 

 태양 중심부에서 일어나는 핵융합은 수소 원자핵과 수소 원자핵이 융합하여 중수소 원자핵이 되고, 중수소 원자핵과 중수소 원자핵이 융합하여 헬륨 원자핵을 구성하는 과정들로 이루어진다.

 

 

| 핵반응식 |

핵분열이나 핵융합과 같은 핵반응에서는 핵자들의 방출이 이루어지기 때문에, 반응 전후의 관계를 따질 때는 전하량 보존 법칙과 질량수 보존 법칙이 적용된다. 전하량 보존법칙은 반응 후 전하량의 합이 반응 전 전하량의 합과 같은 것이며, 질량수 보존 법칙은 반응 전 질량수의 합이 반응 후 질량수의 합과 같은 것이다. 이렇게 핵반응 전후의 보존관계를 나타낸 식을 핵반응식이라고 한다.

 

핵반응에서는 반응 후 질량의 합이 반응 전보다 줄어들게 되는데, 이를 질량 결손이라고 한다. 핵반응에서 방출되는 에너지는 질량 결손에 의한 것이다. 질량 결손의 양을Dm이라고 하면, 이때 질량·에너지 동등성에 따라 발생하는 에너지는 E=Δmc² 이다.

 

예를 들면, 핵융합에서 4개의 수소 핵이 융합하여 1개의 헬륨 핵이 형성될 때 질량 결손은 0.0276u이다. 이 때 방출되는 에너지는

 

핵분열 핵반응식의 예는 

 

 

 

등이 있으며,  ²³⁵U원자핵 1개가 분열할 때 질량 결손은 약 3.5x10^-28 kg이고, 이는 약 200 MeV의 에너지에 해당한다.

핵융합 핵반응식의 예에는
 
등이 있으며, 핵자당 생성되는 에너지의 양은 핵분열보다 많다.

 

 *  1 MeV
1 eV는 전자가 1 V의 전위차로 가속될 때 얻은 에너지로 l eV=1.6 x 10^-19 J이다.
1 M=10⁶이므로 1 MeV=1.6 x 10^-13 J이다.