안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
모든 원소의 원자핵 속에 있는 양성자와 중성자의 수가 항상 똑같은 것은 아니예요. 헬륨, 탄소, 산소처럼 비교적 가벼운 원소들은 양성자와 중성자의 개수가 원자핵 속에 같은 수로 있을 때 가장 안정적인 상태를 유지합니다. 예를 들어 헬륨은 양성자 두 개와 중성자 두 개를 가지고 있고, 탄소도 각각 여섯 개씩 가지고 있어요.
하지만 원소가 무거워질수록 양성자들은 모두 양전하를 띠고 있어서 서로 밀어내려는 힘이 강하게 작용하기 태문에 원소가 무거워지면 양성자 개수가 많아지면 밀어내는 힘이 엄청나게 커지고, 이때 전하를 띠지 않으면서 원자핵을 뭉치게 도와주는 중성자가 양성자보다 훨씬 더 많아지게 됩니다. 그래서 무거운 원소인 금은 양성자가 79개인데 중성자는 118개나 되고, 우라늄은 양성자 92개에 중성자가 146개나 존재합니다.
그렇다고 이 개수들이 완전히 무작위로 정해지는 것은 아니고 원자핵이 깨지지 않고 안정 상태를 유지할 수 있는 최적의 비율이 원소마다 정해져 있습니다. 한 원소 안에서 중성자 개수가 몇 개씩 차이 나는 동위원소들이 존재하기도 하지만, 중성자가 너무 많거나 적어서 이 균형이 깨지면 원자핵이 불안정해져 방사선을 내뿜으며 붕괴하게 되기도 합니다. 즉, 무거울수록 중성자가 많아지며 철저한 물리적 안정성 법칙에 따라 개수가 결정됩니다.