수소핵융합반응

요약 수소원자 네 개가 헬륨원자 하나로 융합하면서 많은 에너지를 방출하는 반응으로 고온·고밀도의 별 내부에서 에너지를 생성하는 역할을 한다.

태양과 같은 별에서 나오는 빛과 열에너지는 별 내부의 원자핵이 서로 융합하면서 발생한다. 고온·고밀도인 별의 내부에서 가벼운 원자핵은 충돌을 통하여 더 무거운 핵으로 합쳐지면서 많은 에너지를 방출한다. 이때 별의 내부 온도가 2×10⁷K보다 낮은 경우, 대표적으로 양성자-양성자 연쇄반응, 즉 수소핵융합반응이 일어난다.

수소핵융합반응은 1개의 양성자로 이루어진 수소원자핵(¹H) 4개가 연쇄반응을 거쳐 2개의 양성자와 2개의 중성자로 이루어진 헬륨원자핵(⁴He) 1개가 되는 과정이다.

세부적인 과정을 살펴보면, 다음과 같다.

   ¹H＋¹H → ²H＋e⁺＋ν     : 2개의 수소핵이 결합하여 1개의 중수소핵이 되면서 양전자와 뉴트리노를 방출한다.
   ²H＋¹H → ³He＋γ         : 중수소핵과 수소핵이 결합하여 질량수 3인 헬륨핵이 되면서 감마선을 방출한다.
   ³He＋³He → ⁴He＋¹H＋¹H  : 2개의 질량수 3인 헬륨핵이 결합하여 질량수 4인 헬륨핵과 수소핵 2개가 만들어진다.

여기서 e⁺는 양전자, ν는 중성미자(뉴트리노), γ는 광자이다. ²H는 양성자 1개와 중성자 1개로 이루어져 있다. 일반적인 수소인 ¹H보다 중성자를 하나 더 포함하고 있어 무거운 수소라는 뜻으로 중수소라고 한다. 이 과정에서 첫 번째와 두 번째 반응은 각각 두 번씩 일어난다.