우주에서 핵분열이 일어나는 곳은 어디인가요?

Question

태양은 수소가 핵융합 반응을 일으켜서 에너지를 생성한다고 하는데요. 그러면 우주에서 핵융합 말고 핵분열이 일어나는 곳은 어디인가요?

Answer 1

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

우주에서 핵분열은 주로 별 내부에서 일어납니다. 별은 수소와 헬륨 등의 핵융합 반응을 통해 에너지를 생성하는 핵심 핵융합 반응을 가지고 있습니다. 이러한 핵융합 반응은 별 내부의 높은 온도와 압력으로 인해 가능해지는데, 이는 별의 중력에 의해 자체적으로 유지되는 상태입니다.

별 내부에서 수소 원자핵들이 높은 온도와 압력에 의해 서로 충돌하여 합체하는 핵융합 반응이 일어납니다. 이 과정에서 수소 원자핵은 헬륨으로 변화하고, 그 과정에서 엄청난 양의 에너지가 방출됩니다. 이것이 바로 별의 빛과 열을 발하는 원리입니다.

Answer 2

안녕하세요. 류경범 과학전문가입니다.

사실 우주에서 핵분열이 일어나는 곳은 원자로 같은 인공적인 핵분열 장치나 도구를 활용하여 핵분열을 발생시키는 경우가 대부분입니다.

물론 아주 희귀하게 스스로 핵분열이 일어나는 경우도 있을 수 있다고 하지만, 현재까지 우주에서 핵분열이 알려진 사례는 없습니다.

Answer 3

안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.

# 우주 폭발론(Big Bang 이론)의 대두

1) 1931년, 르메트르(벨)가 최초로 우주폭발론 제기

신부이며 천문학자였던 르메트르(벨)는 프리드먼(러)과 같이, 아인슈타인의 우주방정식에서 정상우주를 전제로 아인슈타인 자신이 임의로 삽입한 우주상수를 배제한 결과로 우주팽창을 믿었습니다(1927년). 나아가 르메트르는 그의 '우주론'(1931년)에서, '우리우주는 우주 전질량과 에너지를 담고 있던 단일 원시원자(yelm)가 폭발, 서서히 분열하면서 확산되고 있다'는 우주폭발에 의한 '팽창우주모델'을 최초로 제기했습니다.

​

2) 1905년, 아인슈타인의 E = MC^2(물질과 에너지의 상전이)

1905년 아인슈타인이 특수상대성원리를 발표한 같은 해에, 에너지와 질량이 서로 상전이 될 수 있음을 밝혔죠(E = MC^ 2). 고온고압의 에너지 집적체인 특이점(수소원자 1/10억 크기 & 태양 중심온도 1,500만 도C x 10^25의 고온)이 폭발하여, 에너지의 일부(약 5%)가 쿼크/렙톤을 거쳐 중성자와 양성자로, 그리고 강력을 흡수하여 원자핵을 형성하는 등의 과정을 거쳐 일반물질로 상전이 되어 현재와 같은 우주를 만들 수 있었다는 이론적 근거를 제공해주었습니다.

​

* 아직 미시와 거시적 물리현상을 아우르는 통일장이론(만물이론)이 없으므로, 에너지 상태인 수소원자 1/10억 크기의 특이점이, 양자역학의 시기를 거쳐 어떻게 Big Bang 38만년 이후 물질과 힘의 물리적 관계인 거시우주론이 적용되는 상태가 되었는지 등, 현재 상태까지 변화과정 전체를 물리적 인과관계에 따라 이론적으로 완전하게 설명할 수는 없는 것이 현실이지만요.

* 핵분열/융합시 결손질량으로 파생된 핵 에너지 예?

- 히로시마에 투하되었던 원자폭탄 little boy의 위력

참고로, 2차 대전 말 1945년 8월 6일 히로시마에 투하되었던 16KT(TNT 16,000 톤)위력의 원자폭탄은, 사용된 800g의 우라늄 235(자원자는 납 207) 중 약 0.9g이 핵분열시 질량결손되어 에너지로 상전이되었는 데(E=MC^2), 이는 TNT 16,000 ton이 동시에 폭발할 때 발생하는 에너지의 위력에 해당한다고 합니다.

- 지구의 지열은 지구 내핵으로 침하한 자연방사선 물질의 핵분열 에너지

지구의 지속적인 지열은, 분자구름에서 생성된 행성인 초기 불덩이 지구 시절 지구의 내핵으로 침하한 우라늄이나 토륨 등, 자연상태에서 일정한 반감기를 갖는 자연방사성물질의 핵분열 에너지이며, 조금씩 감소하기는 하지만 앞으로도 40~50억년은 이러한 지열이 계속 공급될 것이라고 합니다.

- 태양과 같은 항성 내부에서의 열핵융합시 파생되는 핵융합 에너지

우리의 항성인 태양에서는 매초 약 6억톤의 수소가 5억9,500만톤의 헬륨으로 열핵융합을 하면서, 약 500만톤의 질량결손이 에너지로 바뀌어 태양 내부에 축적되었다가 전자기파의 형태로 우주공간으로 복사되는 것이라고 합니다.

우리가 시각적으로 감지하는 지구상의 태양빛은, 태양이 발산하는 전자기파 중 일부인 가시광선(약 380~800nm의 파장, 전체 전자기파의 극히 일부)입니다.