핵자간 결합 에너지

소개

핵자간 결합 에너지란 원자핵을 이루는 양성자와 중성자가 단단히 결합되어 있는 정도를 뜻한다.

특징

모든 원자핵은 경수소를 제외하고는 양성자와 중성자가 강하게 결합된 상태로 존재한다.

원자핵을 이루는 양성자와 중성자는 위 쿼크와 아래 쿼크로 이루어져 있으며, 파이 중간자는 이들 쿼크를 이어주는 역할을 한다.

원자핵은 안정되려는 성질이 있다. 따라서 방사성 핵자들은 안정해질때까지 붕괴를 계속하여, 결국 안정 핵자로 붕괴하게 된다. 붕괴를 하면 질량이 방출된다. 이 때 파이 중간자의 역할이 가장 중요하다. 파이 중간자의 일부 질량이 방출되면서 핵자 내부의 위 쿼크와 아래 쿼크를 더 강하게 결합시켜주기 때문이다.

질량 방출이 더 많아지면, 파이 중간자가 더 강하게 결합하게 되어, 핵자는 더욱 더 가벼워지고 더 단단히 결합된다.

태양 내부에서는 수소와 수소가 핵융합하여 중수소가 형성된다. 중수소는 양성자와 중성자가 강하게 결합된 가장 가벼운 원자핵이다. 다음으로 더 무거운 원자핵인 헬륨-3는 중수소가 양성자와 핵융합 하는 과정에서 추가로 질량을 방출하였기 때문에 파이 중간자가 더 강력하게 서로를 교환하게 되어 더 단단히 결합되게 된다.

태양이 내부에서 생성하는 최종 입자인 헬륨-4는 질량 방출이 가장 많이 이루어져 생성되었으므로, 핵자당 질량이 가볍고, 가장 단단히 결합되어 있다. 즉 핵자당 질량이 가벼우면 원자핵 내부의 핵자들은 파이 중간자들을 더 강력하게 교환하였으므로, 더 단단히 결합되어 있다.

즉 62Ni, 58Fe, 56Fe, 60Ni, 54Cr 순으로 핵자간 결합에너지가 가장 강하다.