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[그림 과학] 핵융합이란 무엇인가?

핵융합은 원자핵 두 개가 만나 더 무거운 원자핵 하나가 되는 과정입니다. 태양 에너지의 근원은 수소의 핵융합 반응인데요, 수소의 원자핵이 어떻게 헬륨의 원자핵으로 융합되는지 태양 안에서 일어나는 핵융합 과정을 그림으로 쉽게 설명해 드립니다. [상세 소개] 핵융합은 원자핵 두 개가 만나 더 무거운 원자핵 하나가 되는 과정입니다. 자연에서 핵융합은 태양 같은 항성에서 일어납니다. 중심핵에서 발생하여 엄청난 빛과 열을 만들어 내죠. 핵융합이 일어나려면 매우 높은 온도로 가열되어야 합니다. 항성은 처음 형성될 때 중력이 이 역할을 하죠. 수소 핵융합을 위해 필요한 온도는 항성의 경우 대략 1천만도 이상입니다. 물질이 뜨거워지면 플라즈마라는 특이한 상태로 존재하게 되는데, 원자핵과 전자의 결합이 풀려 전자가 자유롭게 돌아다니는 기체입니다. 기본적으로 원자핵은 양성자가 양전하를 띠므로 원자핵 두 개가 서로 접근하면 전기적인 척력으로 서로 밀어냅니다. 하지만 초고온으로 가열되면 원자핵의 운동에너지가 전기적 척력을 이겨내어 두 원자핵이 서로 충돌하게 됩니다. 일단 가까워지면 원자핵 사이에 강한 핵력이 작용해 하나의 원자핵으로 결합될 수 있습니다. 태양은 수소와 헬륨이 뭉친 가스덩어리라고 할 수 있습니다. 수소 원자핵은 양성자이고 핼륨 원자는 양성자 2개, 중성자 2개입니다. 태양의 핵융합은 수소 원자핵 4개가 융합하여 헬륨 원자핵 1개가 되는 것입니다. 이 과정에서 약간의 질량이 줄어드는데, 줄어든 질량이 에너지로 변해서 항성을 빛나게 합니다. 자세한 과정은 다음과 같습니다. 먼저 수소 원자핵(양성자)과 수소 원자핵이 결합하면 중수소가 됩니다. 이때 양성자 하나가 중성자로 변하며 양전자와 중성미자(뉴트리노)를 방출합니다 중수소는 다시 수소 원자핵과 결합해 헬륨-3으로 바뀝니다. 이어서 헬륨-3 2개가 결합하면, 하나의 헬륨-4와 수소 원자핵 2개가 생깁니다. 지구의 원소들 중 철의 원자핵이 모든 원자핵 가운데 결합 에너지가 가장 강합니다 철보다 가벼운 원자핵들 사이의 핵융합 반응은 일반적으로 주변으로 에너지를 방출하며 철보다 무거운 원자핵들 사이의 핵융합 반응은 주변으로부터 에너지를 흡수합니다. 핵융합을 인공적으로 발생시켜 에너지원으로 이용하고자 하는 시도가 국제핵융합실험로(ITER) 프로젝트입니다. 2025년 완공해 2035년 완전 가동을 목표로 하고 있습니다.