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과학과 놀자

수소 1g 핵융합으로 석유 8t 에너지 얻어

'인공 태양'으로 불리는 핵융합 장치는 가벼운 원소들의 원자핵을 서로 융합시켜 에너지를 생성한다. 원료인 수소를 쉽게 얻을 수 있고, 수소 1g으로 석유 8t에 맞먹는 에너지를 만들어낼 수 있다는 점에서 화석연료를 대체할 꿈의 에너지원으로 주목받고 있다.태양이 1초에 뿜어내는 에너지의 양은 약 3.8x1026와트(W)다. 지구에 있는 모든 인류가 100만 년 동안 살아가는 데 필요한 에너지보다 많다. 태양이 이렇게 거대한 에너지를 눈 깜짝할 새에 만드는 비결은 바로 핵융합이다. 핵융합은 원자력발전의 기본 원리인 핵분열과 마찬가지로 원자의 ‘질량 결손’을 유도해 에너지를 생성하지만, 방식이 다르다.먼저 핵분열은 우라늄의 방사성 동위원소(양성자 수는 같으나 중성자 수가 달라 질량이 다른 원소)인 우라늄235(235U)를 원료로 사용한다. 전하를 띄지 않는 중성자를 우라늄235의 원자핵에 충돌시키면 더 가벼운 원소인 바륨(Ba)과 크립톤(Kr)으로 쪼개지고, 이때 질량 결손이 일어난다. 다시 말하면 우라늄235의 질량보다 바륨과 크립톤 질량의 합이 작다는 뜻으로, 사라진 질량만큼이 에너지로 바뀐다. 결손되는 질량이 아주 작아도 특수상대성이론에 따라 빛의 속도를 두 번 곱한 만큼의 에너지(E=mc2)가 생성된다. 우라늄235 원자핵 1개가 분열하면 같은 무게의 석유나 석탄이 탈 때보다 몇백만 배 많은 에너지가 만들어지는 이유가 이 때문이다.반면 핵융합은 가벼운 원소인 중수소(2H)와 삼중수소(3H)를 이용한다. 두 원소는 모두 수소의 동위원소로, 수소보다 중성자가 각각 1개, 2개 많다. 중수소와 삼중수소들이 서로 충돌하면 더 무거운, 하나의 원소로 합쳐진다. 이때 충돌 전 원소들 질량의 합이