사라진 질량의 에너지 (결합 에너지와 질량 결손)
Nuclear binding energy and mass defect
양성자와 중성자를 붙여 원자핵을 만들면, 무게는 그대로일까요?
무슨 일이 일어났나
결합 에너지(binding energy)는 원자핵을 한데 묶어 두는 에너지입니다(LBL). 원자핵의 질량은 따로 떨어진 양성자 · 중성자 질량의 합보다 조금 작은데, 이 모자란 질량을 질량 결손이라고 합니다.
수소-2(중수소) 원자핵이 만들어질 때 사라진 질량은 0.00239 u 이고, 그만큼이 2.225 MeV 감마선으로 나옵니다(LBL). 시뮬레이터도 NIST 질량으로 질량 결손 0.00239 u · 결합 에너지 2.22 MeV 를 셈합니다.
질량을 에너지로 바꾸는 식은 E = mc² 이고(DOE), 1 u 는 약 931.5 MeV 에 해당합니다(LBL).
핵자 하나당 결합 에너지는 질량수 60 부근에서 약 8 MeV 로 가장 커집니다(LBL) — 시뮬레이터에서는 니켈-62 가 가장 크고, 니켈-62 와 철-56 이 모두 8.79 MeV 입니다.
💡 생활 속 예시
- 밤하늘의 별빛도 가벼운 원자핵이 합쳐져 더 단단한 원자핵이 될 때 줄어든 질량에서 나옵니다(DOE).
- 원자력 발전소의 열은 무거운 우라늄 원자핵이 핵자 하나당 더 단단히 묶인 두 조각으로 쪼개지며 생긴 질량 차이에서 나옵니다.
🙅 오해 깨기오해 모음 보기
누가 왜 찾았나
1905 년부터 아인슈타인(Albert Einstein)은 상대성 이론을 내놓았고, 그 속에 에너지는 질량에 빛의 빠르기의 제곱을 곱한 것과 같다는 E = mc² 가 들어 있습니다(DOE). 이 식 덕분에 원자핵에서 사라진 아주 작은 질량을 에너지로 셈할 수 있게 되었습니다.
확인된 값
- 결합 에너지 — 원자핵을 한데 묶어 두는 에너지
- binding energy 출처
- 중수소핵이 만들어질 때 사라진 질량 0.00239 u (≈ 3.97 × 10⁻³⁰ kg)
- 3.969e-30 kg 출처
- 중수소가 만들어질 때 나오는 감마선 에너지 2.225 MeV
- 3.565e-13 J 출처
- 원자 질량 단위 1 u 의 에너지 ≈ 931.5 MeV
- 1.4924e-10 J 출처
- 핵자 하나당 결합 에너지의 가장 큰 값 약 8 MeV — 질량수 60 부근
- 1.28e-12 J 출처
- 양성자 질량 (CODATA 2022)
- 1.67262192595e-27 kg 출처
- 중성자 질량 (CODATA 2022)
- 1.67492750056e-27 kg 출처
- 중수소핵(듀테론) 질량 (CODATA 2022) — 양성자 + 중성자보다 가볍다
- 3.3435837768e-27 kg 출처
- 질량-에너지 관계가 나온 상대성 이론을 아인슈타인이 내놓기 시작한 해
- 1905 출처
- E = mc² — 에너지는 질량 × 빛의 빠르기의 제곱
- E = mc² 출처
- 핵융합이 태양과 다른 별을 빛나게 한다
- Sun and stars 출처
교육과정에서는
- 한국 2022 · 고급 물리학 · 현대 물리 [12고물04-06]
- 일본 · 高等学校 物理 (4) 原子
출처
- https://www2.lbl.gov/abc/wallchart/chapters/02/2.html(확인 2026-11-12)
- https://www2.lbl.gov/abc/wallchart/chapters/02/3.html(확인 2026-11-12)
- https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?mp(확인 2026-11-12)
- https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?mn(확인 2026-11-12)
- https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?md(확인 2026-11-12)
- https://www.energy.gov/science/doe-explainsrelativity(확인 2026-11-12)
- https://www.energy.gov/science/doe-explainsfusion-reactions(확인 2026-11-12)
이어서 보기
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