핵 융합 반응
태양이 열을 보내 주는 방법인 핵 융합 반응은 ‘사이클로트론’이나 그 비슷한 장치에서 소규모로 재현해 낼 수 있다. 그렇게 할 때 가벼운 원자의 핵들은 전기장(電氣場) 내에서 굉장한 속도로 가속된다. 그 ‘에너지’는 백만 전자 볼트(Nev)의 단위로 측정된다. 이것은 전자나 양자—한 종류의 전하를 띤 입자—가 백만 ‘볼트’의 전기장을 통과하여 끌려갈 때 얻는 ‘에너지’이다. 그러한 입자들로 이루어진 광선 한 줄기가 광선내 핵과 목표 지점간의 반응을 유도하도록 목표 지점으로 직진한다.
게재된 도표에서는 핵물리학자들이 실험실에서 연구해 낸 몇 가지 융합 반응을 보여 준다. 각 경우에서 화살표 앞에 있는 입자들은 과녁에 고정되어 있는 것이며 반대편에 있는 것은 고 속도로 이에 충돌하는 것이다. 예를 들어, 첫 번째 반응에서는 한 수소 원자핵이 또 다른 수소핵과 충돌하여 그것과 결합되면서 양전자를 튀어 나가게 한다. 질량 결손으로 없어진 양은 ‘아인시타인’의 유명한 방정식 E=mc2에 일치하게 ‘에너지’로 변환된다. 그 결과 형성된 입자들은 결합된 입자들이 가지고 있던 것보다 더 많은 ‘에너지’를 지니고 떨어져 나간다. 이 경우에 획득된 ‘에너지’는 2,000,000전자 ‘볼트’이다.
비교해 보면 석탄이 연소할 때는 탄소 원자와 산화로 4전자 ‘볼트’ 밖에 나오지 않는다. 핵 반응에서는 화학 반응에서보다 수백만 배나 더 많은 양의 ‘에너지’를 다루게 된다.
도표의 처음 세 가지 반응은 태양 내에서 일어나는 주반응들로 믿어지고 있다. 다른 반응 중의 어떤 것은 실험실에서 달성하기에 보다 쉬운 것으로 보인다. ‘헬륨’-4가 생성되는 3, 5, 6번의 반응을 유의해 보면 ‘에너지’ 획득량이 훨씬 더 큰 것을 알 수 있을 것이다. 이것은 두 개의 양자와 두 개의 중성자 사이에 매우 단단한 결합이 형성되는 데서 비롯된다. ‘헬륨’(He4)은 매우 안정된 원소이다.
[44면 도해]
(온전한 형태의 본문을 보기 원한다면, 출판물을 참조하십시오)
H1 양자
n1 중성자 핵 구성재료
H1 수소
H2 중수소 수소 동위원소
H3 삼중수소
He3
He4 ‘헬륨’ 동위원소
융합 반응의 생성 ‘에너지’
태양:
(1) H1 + H1 H2 + e+ 2.0 Mev
(2) H1 + H2 He3 5.5 Mev
(3) He3 + He3 He4 + H1 + H1 12.9 Mev
다른 반응:
(4) H2 + H2 He3 + n1 3.2 Mev
H3 + H1 4.0 Mev
(5) H2 + H3 He4 + n1 17.6 Mev
(6) H2 + He3 He4 + H1 18.3 Mev