가벼운 원자는 합쳐질 때 에너지가 나오고, 무거운 원자는 쪼개질 때 에너지가 발생하는 원리가 궁금해요~

Question

핵융합과 핵분열을 통한 에너지를 만들 때 쓰이는 원자가 다르다고 하던데요. 어째서 수소처럼 가벼운 원자는 합쳐질 때 에너지가 발생하고, 우라늄처럼 무거운 원자는 쪼개질 때 에너지가 생성되나요?

고운푸들16 · Accepted Answer

안녕하세요. 류경범 과학전문가입니다.핵융합과 핵분열은 원자핵과 관련된 두 가지 과정이며 이 두 과정은 모두 엄청난 양의 에너지를 방출하지만, 그 원리와 방식에서 큰 차이가 있습니다.핵분열은 무거운 원자핵이 분열하여 두 개의 가벼운 원자핵을 생성하는 과정으로 우라늄-235의 원자핵에 중성자를 충돌시켜 두개로 분열되는 원자핵이 더 작고 안정된 원자핵으로 변환되는 것을 말합니다. 이때 분열하는 원자핵은 전혀 다른 물질로 변화하면서 엄청난 열을 발생시켜 막대한 에너지를 얻습니다.반면에, 핵융합은 가벼운 원자핵들이 서로 결합하여 더 큰 원자핵을 생성하는 과정입니다. 보통 중수소라 불리는 2H와 삼중수소라고 불리는 물질을 이용해서 결합과정이 일어날 때 많은 에너지가 발생하며, 대략 수소 1kg당 1500억 Kcal를 생산됩니다.이 두 과정에서 에너지가 방출되는 이유는 원자핵의 구성요소들 사이의 강한 결합력 때문입니다. 원자핵은 양성자와 중성자로 이루어져 있으며, 이 사이에 강한 핵력이 작용합니다. 이 핵력은 원자핵을 안정적인 상태로 유지하는데 필요한 에너지이며, 이런 원자핵이 분열하거나 결합할 때, 이 핵력이 변화하며 에너지가 방출되는 것입니다.따라서, 수소처럼 가벼운 원자는 합쳐질 때 에너지가 발생하고, 우라늄처럼 무거운 원자는 쪼개질 때 에너지가 생성되는 것입니다.

똑똑한저어새12 · Answer

안녕하세요. 김재훈 과학전문가입니다.가벼운 원자는 합쳐질 때 에너지가 나오고, 무거운 원자는 쪼개질 때 에너지가 발생하는 원리는 질량-에너지 등가원리에 기인합니다. 아인슈타인의 특수상대성이론에 따르면, 질량과 에너지는 서로 변환될 수 있습니다.원자의 핵은 양성자와 중성자로 구성되어 있습니다. 양성자는 전하를 띤 입자이고, 중성자는 전하를 띠지 않은 입자입니다. 양성자와 중성자는 강한 핵력에 의해 결합되어 있습니다.가벼운 원자는 양성자와 중성자의 수가 적기 때문에, 강한 핵력에 의해 결합되는 에너지가 상대적으로 작습니다. 따라서, 가벼운 원자 두 개가 합쳐지면, 결합 에너지가 증가하면서 에너지가 방출됩니다.무거운 원자는 양성자와 중성자의 수가 많기 때문에, 강한 핵력에 의해 결합되는 에너지가 상대적으로 큽니다. 따라서, 무거운 원자가 쪼개지면, 결합 에너지가 감소하면서 에너지가 방출됩니다.가벼운 원자가 합쳐질 때 발생하는 에너지를 핵융합이라고 하고, 무거운 원자가 쪼개질 때 발생하는 에너지를 핵분열이라고 합니다.핵융합은 태양에서 일어나는 에너지원이며, 핵분열은 원자폭탄이나 원자력 발전에서 사용되는 에너지원입니다.구체적인 예를 들어 설명하면, 수소 원자는 양성자 한 개와 중성자 한 개로 구성되어 있습니다. 두 개의 수소 원자가 합쳐지면 헬륨 원자 하나가 됩니다. 이 과정에서 양성자 두 개가 결합하여 중성자가 되면서, 질량이 감소하고 에너지가 방출됩니다.우라늄 원자는 양성자 92개와 중성자 146개로 구성되어 있습니다. 우라늄 원자가 쪼개지면 세슘 원자, 바륨 원자, 중성자 두 개가 됩니다. 이 과정에서 질량이 감소하고 에너지가 방출됩니다.이러한 핵융합과 핵분열은 매우 강력한 에너지를 발생시킬 수 있기 때문에, 다양한 분야에서 활용될 수 있습니다.

화학

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가벼운 원자는 합쳐질 때 에너지가 나오고, 무거운 원자는 쪼개질 때 에너지가 발생하는 원리가 궁금해요~