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핵합성(核合成, nucleosynthesis)은 핵융합이나 핵분열을 통해 새로운 원자핵을 만들어내는 과정이다.
우주에는 핵합성을 일으키는 것으로 생각되는 몇 가지의 천체물리 현상이 존재한다. 이 현상들에서 R-과정, S-과정, P-과정은 중요한 과정이다.
핵합성이 일어나려면 한 원자핵을 다른 원자핵과 서로 핵력이 작용하는 거리까지 접근시켜야 한다. 하지만 원자핵은 서로 반발하므로 반발력을 뛰어넘는 방대한 에너지인 약 1000만 도 고온이 필요하다.[1] 핵합성의 네 가지의 기본 형태는 다음과 같고, 모두 약 1000만 도를 넘을 때 발생한다.
핵합성 이론은 동위원소의 존재 비율을 계산하고 관측 결과와 비교함으로써 검증되었다. 동위원소의 존재 비율은 일반적으로 동위원소 간의 전환 비율을 계산함으로써 계산된다. 종종 이러한 계산은 다른 반응 비율을 조절하는 몇 개의 주요한 반응으로 단순화할 수 있다.
빅뱅이 발생한 100만 분의 1초 후 소립자가, 1초 후에 수소의 원자핵이 만들어졌다. 3분 후에 헬륨도 만들어졌고, 이후 수소 92%와 헬륨 8%의 원시 우주가 탄생했다.[1]
수소가 모여 항성이 만들어지며, 내부의 수소 원자핵이 핵융합으로 헬륨을 만들면서 항성을 빛낸다. 더 나아가 수소가 타버리면 헬륨이 탄소, 질소, 산소처럼 무거운 원소들로 핵융합이 일어난다. 원자핵은 철이 가장 안정적이기 때문에[주 1] 철까지의 원소만 생성될 수 있다.[1]
태양보다 10배 이상 큰 항성은 내부의 연료가 다 타버리면 그 크기를 지탱하지 못하고 초신성 폭발을 일으킨다. 이때 어마어마한 에너지가 방출되고, 초신성 폭발 직후 단 1초 사이에 철보다 무거운 원소들이 생성된다. 태양계에는 철보다 무거운 원소가 존재하기 때문에, 태양과 지구가 탄생하기 전에 이미 초신성 폭발을 경험했다는 것을 의미한다.[1]
반감기가 긴 원소들은 주로 입자가속기에 의해 인공 합성되었다. 2020년 기준으로가장 원자번호가 높은 인공 원소는 오가네손(118번)이다. 인공 원소 문서에서 인공 원소의 목록을 볼 수 있다.
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