안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
이 식이 말하는 건 질량과 에너지가 같은 것의 두 얼굴이라는 거예요. 물질이 에너지로 변환되는 게 아니라, 애초에 질량 자체가 에너지가 응축된 형태라는 뜻이죠. 계산해보면 1g만 에너지로 바뀌어도 9 곱하기 10의 13제곱 줄, 대략 TNT 2만 톤에 맞먹어요. 광속의 제곱이라는 거대한 환율이 붙으니 아주 적은 질량이 막대한 에너지로 환산되는 거예요.
핵반응과 연결되는 지점은 결합에너지예요. 원자핵 속 양성자와 중성자는 강한 핵력으로 묶여 있는데, 묶인 상태의 질량이 낱개 질량의 합보다 작아요. 묶일 때 그 차이만큼 에너지가 빠져나갔기 때문인데, 이 줄어든 몫을 질량결손이라고 불러요. 핵 종류마다 결합 정도가 달라서, 결합이 더 단단한 쪽으로 재배열되면 질량이 줄고 그만큼 에너지가 튀어나와요.
우라늄 핵분열이 그 예예요. 우라늄 핵이 쪼개져 두 개의 중간 크기 핵이 되면 전체 질량이 원래보다 0.1% 정도 줄어요. 이 작은 결손이 어마어마한 에너지로 나오는데, 원자력 발전은 이 반응을 천천히 제어해 열을 얻어 증기터빈을 돌리고, 핵무기는 같은 반응을 순식간에 폭주시켜요. 원리는 같고 속도만 다른 거예요. 태양의 핵융합도 반대 방향으로 같은 일을 해요. 수소 네 개가 헬륨 하나로 묶이면서 질량 0.7%가 에너지로 나오고, 그게 우리가 받는 햇빛이에요.한 가지 덧붙이면 화학 반응에서도 질량 변화가 일어나요. 연료가 타면 질량이 극미하게 줄어드는데, 핵반응보다 백만 배쯤 작아서 측정이 어려울 뿐이에요. 원자력이 특별한 건 다른 원리를 쓰기 때문이 아니라 같은 원리에서 훨씬 큰 몫을 꺼낼 수 있어서예요 :)