핵융합이란? 우리나라가 주도하는 국제핵융합실험로(ITER)

 

핵융합은 원자핵 두 개가 만나 더 무거운 원자핵 하나가 되는 과정입니다.

핵융합은 태양 같은 항성에서 일어납니다.

중심핵에서 발생하여 엄청난 빛과 열을 만들어냅니다.

<핵융합이 일어나기 위한 조건>

항성의 경우 1천만도 이상의 초고온이어야 합니다.

물질이 뜨거워지면 플라즈마라는 특이한 상태로 존재하게 되는데 

원자핵과 전자의 결합이 풀려 전자가 자유롭게 돌아다니는 기체입니다.

원자핵은 양성자로 양전하를 띠므로 서로 접근하면 전기적 척력으로 서로 밀어냅니다.

하지만 초고온이 되면 원자핵의 운동에너지가 척력을 이겨내어 두 원자핵이 서로 충돌합니다.

원자핵이 일단 서로 가까워지면 원자핵 사이에 강한 핵력이 작용해 하나의 원자핵으로 결합할 수 있습니다.

태양은 수소와 헬륨이 뭉친 가스덩어리라고 할 수 있습니다.

태양에서 핵융합은 수소 원자핵 4개가 융합하여 헬륨 원자핵 1개가 됩니다.

이 과정에 질량이 약간 줄어드는데 그 만큼 에너지로 변해서 항성을 빛나게 합니다.

더 상세하게 설명하자면

핵융합에는 수소와 중수소의 원자핵이 관여합니다.

그리고 헬륨-3과 헬륨-4의 원자핵이 관여합니다.


<1차 반응>

수소 원자핵인 양성자 2개가 결합합니다.

 

이때 양전자와 중성미자를 방출하고 중수소 핵이 생깁니다. (양성자 1개, 중성자 1개)

<2차 반응>

중수소 핵은 다시 수소 원자핵과 결합합니다.

이때 광자(감마선)를 방출하고 헬륨-3 원자핵이 됩니다. (양성자 2개, 중성자 1개)

<3차 반응>

헬륨3 원자핵은 다시 다른 헬륨 3 원자핵과 결합합니다.

이때 양성자 2개를 방출하고 최종 헬륨-4 원자핵이 됩니다.

 

핵융합은 태양보다 훨씬 무거운 별에서는 철이 생성될 때까지 지속됩니다.

철보다 무거운 원자핵들은 융합하는데 오히려 에너지가 필요합니다.

대한민국은 국제핵융합실험로(ITER)를 2025년 완공해 2035년 완전 가동을 목표로 주도하고 있습니다.