핵자간 결합 에너지

1 소개[편집]

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

2 특징[편집]

모든 원자핵은 경수소를 제외하고는 양성자와 중성자가 강하게 결합된 상태로 존재한다.

원자핵을 이루는 양성자와 중성자는 위 쿼크아래 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.