수소는 핵이 1개, 헬륨은 핵이 2개입니다. 과학영상에서는 수소 4개가 모여서 헬륨이 된다고 하는데 핵의 갯수가 왜 다를까요?

Question

헬륨은 핵이 2개이고 전자도 2개입니다. 수소는 핵과 전자가 각 1개입니다. 오늘 과학영상에서 수소 4개가 모여서 헬륨이 된다고 하는데요. 수소원자 핵이 4개가 2개로 변하는건가요?

Answer 1

안녕하세요.

수소 원자핵이 헬륨 원자핵으로 변환되는 과정은 핵융합 반응을 통해 이루어집니다. 이 반응은 주로 태양과 같은 별의 내부에서 발생하며, 매우 높은 온도와 압력 조건 하에서만 가능합니다. 수소 원자핵ㅡ포로톤ㅡ들이 충돌하여 결합하면서 헬륨이 형성되는 과정에서 에너지가 방출됩니다.
태양의 핵에서는 수소 원자핵 4개가 결합하여 하나의 헬륨 원자핵을 형성하는데, 이 과정을 프로톤-프로톤 체인 반응이라고 합니다. 간단히 설명하면, 두 개의 수소 원자핵이 합쳐저 중수소를 형성하고, 중수소와 또 다른 수소 원자핵이 합쳐져 헬륨-3을 만들며, 최종적으로 두 개의 헬륨-3 원자핵이 결합하여 헬륨-4를 형성하고, 이 과정에서 두 개의 프로톤이 다시 방출됩니다.
이러한 핵융합 반응에서 중요한 점은, 원자핵이 결합하는 과정에서 질량의 일부가 에너지로 변환된다는 것입니다. 이는 아인슈타인의 질량-에너지 등가원리(E=mc²)에 따라, 질량의 소실이 에너지 방출로 이어집니다. 따라서 실제로는 수소 원자핵 네 개의 질량이 헬륨 원자핵 하나의 질량과 완전히 동일하지 않으며, 그 차이만큼의 에너지가 태양에서 방출되는 것입니다.