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우주선 파쇄

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목차

1. 개요

우주선 파쇄는 우주에서 가벼운 원소인 리튬, 베릴륨, 붕소, 헬륨-3 동위원소의 주요 생성 과정이다. 이 과정은 우주선이 태양계 물질 내 원자핵과 상호 작용하여 일어나며, 우주선 파쇄로 생성된 삼중수소, 탄소-14, 인-32 등의 동위원소는 암석, 토양, 지구 대기, 운석 등에서 발견되어 물질의 연대 측정에 활용된다. 우주선 파쇄에 의해 생성된 핵종은 형성 시기에 따라 원시 핵종과 우주 생성 핵종으로 구분된다.

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우주선 파쇄
개요
유형핵반응
관련 주제천체물리학
핵물리학
입자물리학
우주화학
과정
관련 과정핵융합
핵분열
방사성 붕괴
참여 입자
관련 입자우주선
원자핵
중성자
양성자
알파 입자
핵합성에서의 역할
관련 핵합성대폭발 핵합성
별의 핵합성
초신성 핵합성

2. 과정

빅뱅 핵합성 모델로는 중수소의 실제 관측량을 설명할 수 없어, 1970년대에 우주선 파쇄가 우연히 발견되었다. 이 과정은 중수소를 생성하지는 못했지만, 리튬, 베릴륨, 붕소를 생성할 수 있다는 것이 밝혀졌다.[1]

우주선 파쇄의 예시는 다음과 같다.



이때 생성된 베릴륨과 붕소는 비에 의해 지상으로 운반된다.[1]

양성자-양성자 연쇄 반응이나 삼중 알파 과정으로는 리튬, 베릴륨, 붕소를 만들 수 없으므로, 별 외부에서 일어나는 우주선 파쇄가 이 원소들의 존재를 설명한다.[2] 삼중수소, 탄소-14, 인-32와 같은 우주 생성 핵종도 우주선 파쇄를 통해 만들어지며, 지구 대기나 암석 등에 갇혀 지질학적 연대 측정에 활용된다.

핵종이 원시적인지 우주 생성적인지는 형성 시기로 결정된다. 리튬, 베릴륨, 붕소의 안정 동위원소는 태양계 형성 이전에 만들어졌기에 원시 핵종이고, 베릴륨-7은 반감기가 짧아 우주 생성 핵종이다.

2. 1. 우주에서의 역할

우주선 파쇄는 우주에서 가벼운 원소인 리튬, 베릴륨, 붕소 및 헬륨-3 동위원소의 생성 원인으로 여겨진다. 이 과정은 1970년대에 우연히 발견되었는데, 빅뱅 핵합성 모델에서 예측된 중수소의 양이 실제 관측값과 일치하지 않아 빅뱅 이후 중수소를 생성할 수 있는 다른 과정이 필요했기 때문이다.[1] 우주선 파쇄가 중수소를 생성하는 주요 과정은 아니지만, 리튬, 베릴륨, 붕소를 생성할 수 있다는 사실이 밝혀졌다.[1] 실제로 이 원소들은 태양 대기와 비교했을 때 우주선 핵에서 더 많이 발견된다.[1]

우주선 파쇄의 예로는 중성자가 지구 대기 중의 질소-14 핵에 충돌하여 베릴륨-10 핵을 생성하는 경우가 있다. 이 베릴륨-10은 붕괴하여 양성자, 알파 입자, 그리고 최종적으로 붕소-10이 된다.[1] 또는 양성자가 산소-16에 충돌하여 두 개의 양성자, 중성자, 알파 입자, 그리고 베릴륨-10 핵을 생성할 수도 있다.[1] 붕소는 이 과정에서 직접 생성되기도 한다.[1] 베릴륨과 붕소는 비에 의해 지상으로 운반된다.[1] 우주선 파쇄로 생성되는 핵종 목록은 우주 생성 핵종에서 확인할 수 있다.

우주선에서의 X-과정은 리튬, 베릴륨, 붕소의 5가지 안정 동위원소 핵합성의 주요 수단이다.[2] 양성자-양성자 연쇄 반응은 5He와 5Li의 불안정한 성질 때문에 4He를 넘어 진행될 수 없고,[2] 삼중 알파 과정은 4He와 12C 사이의 모든 종을 건너뛰기 때문에, 이 원소들은 항성 핵합성에서는 생성되지 않는다.[2] 또한 이 원소들의 핵은 비교적 약하게 결합되어 별에서 빠르게 파괴되지만, 새로운 이론에 따르면 7Li는 주로 신성 폭발에서 생성된다고 한다.[3] 따라서 별 외부에서 일어나는 또 다른 핵합성 과정, 즉 우주선에서 일어나는 파쇄 과정이 이 원소들의 존재를 설명하는 데 필요하다.

삼중수소와 알루미늄, 탄소(탄소-14), 인(인-32), 염소, 요오드, 네온의 동위원소도 우주선 파쇄를 통해 태양계 물질 내에서 형성되며, 이를 우주 생성 핵종이라고 한다. 이들은 대기나 암석에 갇혀 남아있기 때문에 지질학 분야에서 연대 측정에 유용하게 사용된다. 우주선은 ''현장'' 태양계 원자의 핵과 상호 작용하여 우주선 파쇄를 일으키고, 이러한 동위원소는 암석이나 토양, 지구 대기, 운석 등에서 생성된다. 과학자들은 우주 생성 동위원소를 측정하여 지질학적, 천문학적 과정에 대한 통찰력을 얻는다. 잘 알려진 방사성 우주 생성 동위원소로는 삼중수소, 탄소-14, 인-32 등이 있다.

우주선 파쇄로 형성된 핵종이 '''원시적인''' 것인지 '''우주 생성적인''' 것인지는 형성 시기에 따라 결정된다. 리튬, 베릴륨, 붕소의 안정 동위원소는 우주 생성 핵종과 같은 과정으로 형성되지만, 태양계 형성 이전에 주로 형성되었기 때문에 원시 핵종으로 분류된다. 반면, 베릴륨-7은 반감기가 짧아 태양계 형성 이전에 형성될 수 없으므로 우주 생성 핵종이다.

3. 우주 생성 핵종

우주선 파쇄는 우주에서 가벼운 원소인 리튬, 베릴륨, 붕소 및 헬륨-3 동위원소가 풍부하게 존재하는 이유를 설명하는 중요한 현상이다. 1970년대에 우연히 발견된 이 과정(우주 생성 핵합성)은 빅뱅 핵합성 모델에서 예측된 중수소의 양이 실제 우주의 팽창 속도와 일치하지 않는 문제를 해결하기 위해 연구되었다. 연구 결과, 우주선 파쇄는 중수소를 충분히 생성하지 못했지만, 리튬, 베릴륨, 붕소를 생성할 수 있다는 사실이 밝혀졌다.[1]

일반적인 우주선 파쇄의 예는 다음과 같다.


  • 중성자가 지구 대기 중의 질소-14 핵에 충돌하여 베릴륨-10 핵을 생성한다. 이 베릴륨-10은 붕괴하여 양성자, 알파 입자, 그리고 붕소-10이 된다.
  • 양성자가 산소-16에 충돌하여 두 개의 양성자, 중성자, 알파 입자, 그리고 베릴륨-10 핵을 생성한다.
  • 붕소는 직접 생성될 수도 있다.


이후 베릴륨과 붕소는 비에 의해 지상으로 이동한다.[1]

삼중수소와 알루미늄, 탄소(탄소-14), 인(인-32), 염소, 요오드 및 네온의 동위원소도 우주선 파쇄를 통해 생성되며, 이들을 우주 생성 핵종이라 부른다.

3. 1. 안정 동위원소

우주선 파쇄는 리튬, 베릴륨, 붕소의 5가지 안정 동위원소 핵합성에 중요한 역할을 한다. 양성자-양성자 연쇄 반응은 5He와 5Li의 불안정한 성질 때문에 4He를 넘어 진행될 수 없고,[2] 삼중 알파 과정은 4He와 12C 사이의 모든 원소를 건너뛰기 때문에, 이러한 원소들은 항성 핵합성 과정에서 생성되지 않는다. 또한, 이 원소들(예: 7Li)의 핵은 비교적 약하게 결합되어 별에서 빠르게 파괴되므로, 별 외부에서 일어나는 핵합성 과정이 필요하다. 이 과정은 우주선에서 낮은 온도와 입자 밀도로 인해 리튬, 베릴륨, 붕소 합성에 유리한 반응이 일어나면서 이루어진다.

3. 2. 방사성 동위원소

원소의 기원(우주선 파쇄 포함)을 나타내는 주기율표. 로렌슘보다 원자번호가 큰 모든 원소는 인공적으로 만들어진 것이다.


우주선 파쇄는 우주에서 가벼운 원소인 리튬, 베릴륨, 붕소 및 헬륨-3 동위원소 생성의 주요 원인으로 여겨진다. 1970년대에 우연히 발견된 이 과정(우주 생성 핵합성)은 빅뱅 핵합성 모델에서 예측된 중수소의 양이 실제 우주의 팽창 속도와 일치하지 않는 문제를 해결하기 위해 연구되었다. 연구 결과, 우주선 파쇄는 중수소를 충분히 생성하지 못했지만, 리튬, 베릴륨, 붕소를 생성할 수 있다는 사실이 밝혀졌다.[1] 이 원소들은 태양 대기와 비교했을 때 우주선 핵에서 더 많이 발견된다.[1]

우주선 파쇄의 예로는 중성자가 지구 대기 중의 질소-14 핵에 충돌하여 베릴륨-10 핵을 생성하는 경우가 있다. 이 베릴륨-10은 붕괴하여 양성자, 알파 입자, 그리고 붕소-10이 된다. 또는 양성자가 산소-16에 충돌하여 두 개의 양성자, 중성자, 알파 입자, 그리고 베릴륨-10 핵을 생성할 수도 있다. 붕소는 직접 생성될 수도 있다. 베릴륨과 붕소는 비에 의해 지상으로 이동한다.[1] 우주선 파쇄로 생성되는 핵종 목록은 우주 생성 핵종에서 확인할 수 있다.

양성자-양성자 연쇄 반응은 5He와 5Li의 불안정한 성질 때문에 4He를 넘어 진행될 수 없고,[2] 삼중 알파 과정은 4He와 12C 사이의 모든 종을 건너뛰기 때문에, 리튬, 베릴륨, 붕소는 항성 핵합성에서 생성되지 않는다.[2] 이 원소들의 핵은 비교적 약하게 결합되어 별에서 빠르게 파괴되지만, 새로운 이론에 따르면 7Li는 주로 신성 폭발에서 생성된다.[3] 따라서 우주선에서 일어나는 핵합성 과정이 이러한 원소들의 존재를 설명하는 데 필요하다.

삼중수소와 알루미늄, 탄소(탄소-14), 인(인-32), 염소, 요오드, 네온의 동위원소는 우주선 파쇄를 통해 태양계 물질 내에서 형성되며, 우주 생성 핵종이라고 한다. 이들은 대기나 암석에 갇혀 물질의 연대 측정에 유용하게 사용된다. 우주선은 태양계 원자의 핵과 상호 작용하여 우주선 파쇄를 일으키고, 이러한 동위원소는 암석이나 토양, 지구 대기, 운석 등에서 생성된다. 과학자들은 우주 생성 동위원소를 측정하여 지질학적, 천문학적 과정에 대한 통찰력을 얻는다. 방사성 및 안정 우주 생성 동위원소가 모두 존재하며, 잘 알려진 방사성 동위원소로는 삼중수소, 탄소-14, 인-32가 있다.

형성 시기는 우주선 파쇄에 의해 형성된 핵종을 '''원시 핵종'''인지 '''우주 생성 핵종'''인지 분류하는 기준이 된다. 지구에서 발견되는 리튬, 베릴륨, 붕소의 안정 동위원소는 우주 생성 핵종과 같은 과정으로 형성되었지만, 태양계 형성 이전에 주로 형성되었기 때문에 원시 핵종으로 분류된다. 반면, 베릴륨-7은 반감기가 짧아 태양계 형성 이전에 형성될 수 없으므로 우주 생성 핵종이다.

4. 활용

(이전 출력이 없으므로, 수정할 내용이 없습니다. 이전 단계에서 원본 소스와 요약 정보가 제공되지 않아 빈 결과가 출력되었습니다.)

참조

[1] 논문 How is gold made? The mysterious cosmic origins of heavy elements https://www.newscien[...] 2021-07-24
[2] 논문 Variation of fundamental constants and the role of A = 5 and A = 8 nuclei on primordial nucleosynthesis 2012
[3] 논문 Carbon–Oxygen Classical Novae Are Galactic 7Li Producers as well as Potential Supernova Ia Progenitors 2020-05-27


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