안녕하세요. 홍성택 과학전문가입니다.
태양은 스스로 빛을 낸다. 우리는 태양처럼 스스로 빛을 내는 별을 항성이라 부른다. 빛은 그 자체로 에너지면서 물질변화 활동의 결과물이다. 즉, 모든 항성이 발산하는 빛은 에너지 활동을 한다는 증거다. 그렇다면 태양과 같은 항성들은 어떤 에너지 활동을 하고 있기에 그토록 오랫동안 빛을 발산하는 것일까?
태양 속에서는 1초 동안 6억 5,700만 톤의 수소가 합쳐져 6억 5,300만 톤의 헬륨이 생성되는 것으로 알려졌다. 1,500만℃의 초고온 상태에서 가벼운 수소가 융합해 무거운 헬륨으로 바뀌는 과정에서 에너지가 방출되는데 이것이 바로 핵융합에너지, 우리 지구의 생명의 원천인 태양에너지다.
핵융합을 일으키는 수소 원소는 수소, 중수소, 삼중수소 세 가지 종류로 구분한다. 이들은 원자핵 속에 있는 양성자의 수는 같으나 중성자의 수가 다른 원소들이다. 즉, 동위 원소들이다. 우리가 흔히 수소라 부르는 원소는 '하이드로젠(Hydrogen)'이라 칭하고, 수소보다 2배 무거운 중수소는 '듀테륨(Deuterium)', 삼중수소는 수소보다 세 배 무겁고 '트리튬(Tritium)'이라 부른다.
태양 내부에서는 이들 수소 원자핵 삼형제가 어우러지면서 다양한 융합 반응을 일으킨다. 그중에서 가장 활발하게 일어나는 반응이 경수소 4개가 뭉쳐 하나의 헬륨으로 바뀌는 핵융합반응이다. 이때 경수소 4개의 질량 합과 핵융합반응으로 생긴 헬륨의 질량 사이에 약간의 차이가 생기게 된다. 이 차이만큼 발생한 질량이 에너지로 바뀌는데 그것이 바로 태양에너지다. 태양의 중심은 1,500만°C 정도의 초고온으로 수소처럼 가벼운 원자핵들이 융합해 무거운 헬륨으로 바뀌는 '플라즈마' 상태에 놓여있다. '플라즈마 상태에서 수소가 융합하여 헬륨으로 바뀔 때 생긴 에너지를 방출하는 별이 태양이군!' 이렇게 이해하면 정확하다.
태양은 약 50억 년 동안 엄청난 빛과 열에너지를 방출해 왔다. 약 100억 년 정도를 태울 수 있는 수소를 보유하고 있다고 하니 앞으로 50억 년은 더 에너지를 방출할 것이다. 그렇다면 이렇게 방출하는 에너지의 양은 얼마일까?
아인슈타인이 1905년 특수상대성 이론으로 밝힌 질량에너지 등가원리(E=mc2)로 계산해 보면 그 답은 실로 놀랍다. 통상 인류가 1년간 필요한 에너지 비용을 약 1경 원(10조 달러)으로 환산하는데 이는 태양이 100만분의 1초에 방출하는 에너지양에 불과한 것이니 얼마나 엄청난가. 만일 그 누군가가 지구로 오는 에너지를 단 1초만 모아 활용하는 기술을 보유한다면 세계 최고의 부자가 될 수 있었을 것이다.
출처 : [네이버 지식백과] 생명의 원천, 태양 (핵융합에너지 정책 백서, 2012. 5., 국가핵융합연구소)
