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문제 1 · OX 문제

핵융합은 무거운 원자핵이 쪼개져 여러 개의 가벼운 원자핵으로 변하는 현상이다. ( )

정답: X

작은 찰흙 공 여러 개를 꾹꾹 뭉쳐서 하나의 커다란 찰흙 공을 만드는 과정이라고 생각하면 돼요! 우주에서 가장 가볍고 흔한 수소 같은 알맹이들이 서로 합쳐져서 더 묵직한 원자핵으로 재탄생하는 현상이랍니다.

문제 2 · OX 문제

원자핵들이 서로 밀어내는 전기적 척력을 극복해야 핵융합 반응이 일어날 수 있다. ( )

정답: O

자석의 같은 극(N극과 N극)을 가까이 대면 서로 밀어내는 힘이 작용하는 것과 같아요! (+) 전하를 가진 원자핵들도 서로 격렬하게 밀어내는데, 태양 중심부의 엄청난 대장 힘(초고온과 초고압)이 이 밀어내는 힘을 꾹 누르고 강제로 부딪치게 만들어 반응을 일으킨답니다.

문제 3 · OX 문제

수소 핵융합 반응이 일어나기 전 입자들의 질량 합은 반응 후 입자들의 질량 합보다 항상 작다. ( )

정답: X

레고 블록 4개를 조립해서 로봇 1개를 만들었더니, 조립 전보다 무게가 살짝 줄어든 신기한 상황이에요! 반응 전 수소들의 몸무게 합이 반응 후에 만들어진 헬륨의 몸무게보다 조금 더 무겁답니다.

문제 4 · OX 문제

아인슈타인의 질량 에너지 등가 원리에 따르면 질량과 에너지는 서로 변환될 수 있다. ( )

정답: O

질량이라는 굳은 저금통을 깨뜨리면 에너지라는 화려한 현금으로 바뀌어 튀어나오는 마술 같은 원리예요! 물질의 묵직한 무게 자체가 빛과 열이라는 강력한 힘으로 형태를 완전히 바꿀 수 있다는 기본 법칙이랍니다.

문제 5 · OX 문제

태양의 중심부에서 일어나는 수소 핵융합 반응은 헬륨 원자핵 여러 개가 융합하여 수소 원자핵을 만드는 과정이다. ( )

정답: X

가벼운 수소 알갱이들이 모여서 더 무거운 헬륨 알갱이를 만드는 것이 순서예요! 연료인 수소를 태워 재인 헬륨을 남기는 과정인데, 반대로 헬륨이 수소가 된다고 설명했으니 완전히 거꾸로 된 설명이랍니다.

문제 6 · OX 문제

핵융합 반응 시 감소하는 질량이 매우 작더라도 방출되는 에너지는 매우 클 수 있다. ( )

정답: O

공식에 들어있는 빛의 속력(c)이 우주에서 가장 빠른 엄청난 숫자이기 때문이에요! 이 어마어마한 숫자를 두 번이나 곱해주니까(c^2), 사라진 질량이 눈에 보이지 않을 만큼 미미해도 뿜어져 나오는 폭발력은 태양 전체를 불태울 만큼 강력해진답니다.

문제 7 · 빈칸 채우기

가벼운 원자핵들이 초고온, 초고압 상태에서 서로 합쳐져 더 무거운 원자핵으로 변하는 현상을 ( )(이)라고 한다. (3글자)

정답: 핵융합

'원자핵'들이 서로 '융합'하여 하나가 된다는 뜻을 그대로 담은 단어예요! 우주의 수많은 별들이 스스로 빛을 내뿜으며 불타오를 수 있게 만드는 가장 근본적이고 강력한 심장 엔진이랍니다.

문제 8 · 빈칸 채우기

핵융합 반응 과정에서 반응 전 입자들의 질량 합에 비해 반응 후 입자들의 질량 합이 약간 감소하는 현상을 질량 ( )(이)라고 한다. (2글자)

정답: 결손

물건을 열심히 조립하는 과정에서 부품의 일부가 깎여 나가 손해를 보았다는 뜻의 '결손(缺損)'이라는 한자를 써요! 이 사라진 몸무게만큼이 우주를 환하게 밝히는 태양빛 에너지로 정체를 바꾸어 방출되는 것이랍니다.

문제 9 · 빈칸 채우기

태양의 핵융합 반응에서 주요 연료가 되는 가장 단순한 수소 원자핵은 (+) 전하를 띠는 1개의 ( )(으)로 이루어져 있다. (3글자)

정답: 양성자

수소는 우주에서 가장 단순하고 귀여운 아기 원소예요! 그래서 수소의 중심 알맹이(원자핵)를 돋보기로 들여다보면, 다른 복잡한 원소들과 달리 중성자 친구도 없이 오직 (+) 전하를 띤 양성자 딱 1개만 외롭게 살고 있답니다. 이 양성자들이 여러 개 힘차게 뭉치면서 우주의 거대한 핵융합이 시작되는 거예요.

문제 10 · 빈칸 채우기

태양 중심부처럼 상상하기 어려울 정도의 초고온 상태에서 입자들이 원자핵과 전자로 제각각 분리되어 존재하는 상태를 ( ) 상태라고 한다. (4글자)

정답: 플라스마, 플라즈마

고체, 액체, 기체를 넘어선 제4의 상태라고 불러요! 온도가 너무 압도적으로 높다 보니 원자의 형태를 유지하지 못하고, 알맹이(원자핵)와 껍데기(전자)가 완전히 분리되어 따로 노는 자유로운 상태의 기체랍니다.

문제 11 · 빈칸 채우기

아인슈타인의 질량 에너지 등가 공식인 E = Δmc^2에서 기호 c는 우주에서 가장 빠른 ( )의 속력을 의미한다. (1글자)

정답: 빛

아인슈타인 공식에 숨겨진 엄청난 에너지 뻥튀기 카드의 비밀이에요! 기호 c는 바로 '빛'의 속도를 뜻하는데, 이 속도가 우주에서 가장 빠르다 보니 이를 제곱한 무시무시한 수치를 곱해주게 된답니다. 덕분에 아주 눈곱만큼의 질량만 사라져도 상상을 초월하는 엄청난 에너지가 뿜어져 나오게 되는 것이지요.

문제 12 · 빈칸 채우기

태양 중심부에서 핵융합 반응의 주요 연료로 사용되는 원자핵은 ( )이다. (5글자)

정답: 수소원자핵

태양 발전소를 가동하는 가장 기본적이고 순수한 땔감 역할을 담당해요! 우주에서 가장 흔하고 단순한 이 알맹이들이 모여 불꽃을 피우며 태양의 수명을 지탱하고 있답니다.

문제 13 · 단답형

태양의 가장 중심에 위치하며 온도가 가장 높고 태양 에너지가 직접 생성되는 영역은? (1글자)

정답: 핵

태양이라는 거대한 공장의 '에너지 발전기' 룸이에요! 여기서 전 세계 인류가 쓰고도 남을 엄청난 열과 빛 에너지를 매 순간 쉼 없이 만들어내고 있답니다.

문제 14 · 단답형

태양 내부의 수소 핵융합 반응 결과 최종적으로 생성되는 무거운 원자핵은 무엇인가? (5글자)

정답: 헬륨원자핵

수소 4형제가 똘똘 뭉쳐서 한 단계 더 진화한 형태라고 보시면 돼요! 수소 다음으로 주기율표 2번에 위치한 묵직한 대장 알맹이가 탄생하면서 태양의 핵심 연료 재고가 쌓이게 되는 것이랍니다.

문제 15 · 단답형

태양의 핵에서 헬륨 원자핵 1개를 만들기 위해 결합에 참여하는 수소 원자핵의 수는 모두 몇 개인지 숫자만 쓰시오. (1글자)

정답: 4

헬륨 원자핵이라는 튼튼한 이층집 한 채를 짓기 위해, 벽돌에 해당하는 가벼운 수소 알맹이 4개가 사방에서 날아와 뭉쳐야 해요! 이 4개의 꼬마 수소들이 동시에 퓨전(융합)해서 든든한 헬륨 대장 1개로 변신하는 구조랍니다.

문제 16 · 단답형

질량과 에너지가 서로 전환될 수 있다는 등가성 원리를 수식으로 명쾌하게 밝혀낸 과학자는? (5글자)

정답: 아인슈타인

부스스한 폭탄머리로 유명한 천재 과학자 아저씨예요! 이 과학자가 만든 단 한 줄의 짤막한 공식 덕분에 인류는 별이 에너지를 만드는 비밀과 우주의 거대한 힘을 완벽하게 이해할 수 있게 되었답니다.

문제 17 · 단답형

태양 중심부처럼 초고온 환경에서 분리되어 자유롭게 날아다니는 두 입자는 원자핵과 무엇인가? (2글자)

정답: 전자

원래는 원자핵의 주위를 얌전하게 돌던 궤도 행성 같은 존재였어요! 하지만 온도가 워낙 뜨거워지자 원자핵의 구속에서 벗어나 온 사방을 자유롭게 헤엄쳐 다니는 가벼운 껍데기 입자랍니다.

문제 18 · 단답형

핵융합 반응 시 소멸하는 것처럼 보이는 질량 결손분이 아인슈타인 공식에 의해 최종적으로 변환되어 사방으로 뿜어져 나오는 물리량은? (3글자)

정답: 에너지

눈에 보이는 묵직한 알갱이가 눈에 보이지 않는 순수한 힘의 파동으로 진화하는 과정이에요! 이 변형된 힘이 바로 우리가 매일 따뜻하게 쬐는 태양광과 열의 본모습이랍니다.

문제 19 · 보기 선택

태양 내부에서 핵융합 반응이 활발하게 일어나기 위해 필요한 조건으로 옳은 것만을 보기에서 있는 대로 고르시오.

• ㄱ. 중심부의 온도가 매우 높은 초고온 상태여야 한다.
• ㄴ. 입자들이 밀집하여 자주 충돌할 수 있도록 압력이 매우 높아야 한다.
• ㄷ. 원자핵들이 서로를 당기는 전기적 인력에 의해 쉽게 융합되어야 한다.
• ㄹ. 원자핵과 전자가 단단히 결합한 차갑고 안정한 기체 상태여야 한다.

정답: ㄱ, ㄴ

핵융합 공장이 돌아가기 위한 필수 환경을 찾는 문제예요! 원자핵들은 같은 전하라 서로 엄청나게 밀어내기 때문에(ㄷ 오답), 이 방해를 뚫고 쾅 부딪치려면 입자들을 꾹꾹 밀어붙이는 강한 힘(압력)과 미친 듯이 질주하게 만드는 열(초고온)이 필수랍니다(ㄱ, ㄴ). 따라서 꽁꽁 묶여있는 얌전한 기체 상태(ㄹ 오답)에서는 절대로 반응이 일어날 수 없어요.

문제 20 · 보기 선택

질량 결손과 이로 인해 발생하는 에너지 전환 메커니즘에 대한 설명으로 옳은 것만을 보기에서 고르시오.

• ㄱ. 반응 후 새로 생성된 물질의 질량 합은 반응 전 재료들의 질량 합보다 감소한다.
• ㄴ. 아인슈타인의 법칙에 따르면 질량과 에너지는 서로 독립적이며 절대 변환될 수 없다.
• ㄷ. 핵융합 과정에서 감소한 질량(질량 결손)이 많을수록 방출되는 에너지의 양이 많아진다.
• ㄹ. 빛의 속력이 느려질수록 동일한 질량 결손 조건에서 방출되는 에너지의 크기가 커진다.

정답: ㄱ, ㄷ

질량이 에너지로 옷을 갈아입는 원리예요! 반응을 마치고 나면 무게가 살짝 줄어드는데(ㄱ), 이 사라진 몸무게가 통째로 빛과 열에너지로 탈바꿈하는 것이랍니다(ㄷ). 질량과 에너지는 서로 긴밀하게 소통하는 관계이며(ㄴ 오답), 공식상 곱해지는 값인 빛의 속력이 엄청나게 빠르기 때문에 에너지가 대폭발하듯 터져 나오는 구조예요(ㄹ 오답).

문제 21 · 보기 선택

태양의 중심부에서 일어나는 수소 핵융합 반응의 특징으로 옳은 것만을 보기에서 고르시오.

• ㄱ. 태양이 우주 공간으로 빛과 열을 내뿜게 만드는 근원적인 에너지원이다.
• ㄴ. 반응의 핵심 재료이자 가장 기초가 되는 주성분은 수소 원자핵이다.
• ㄷ. 반응이 계속 진행될수록 태양 중심부의 수소 원자핵 개수가 점점 증가한다.
• ㄹ. 1개의 거대한 수소 원자핵이 반으로 쪼개지며 4개의 헬륨 원자핵으로 분열된다.

정답: ㄱ, ㄴ

태양의 심장에서 일어나는 불꽃놀이의 정체예요! 태양은 가벼운 수소를 원료로 삼아(ㄴ) 쉼 없이 에너지를 창조하고 있어요(ㄱ). 연료인 수소 4개를 퓨전(융합)해서 헬륨 1개라는 결과물을 만드는 것이라(ㄹ 오답), 시간이 흐를수록 연료창고의 수소 개수는 점점 줄어들고 재에 해당하는 헬륨이 쌓이게 된답니다(ㄷ 오답).

문제 22 · 보기 선택

핵융합 반응이 일어날 때 내부 입자들의 상태와 역학적 운동에 대한 설명으로 옳은 것만을 보기에서 고르시오.

• ㄱ. 고온의 열에너지로 인해 중심부 원자핵들의 운동 속도가 매우 활발해진다.
• ㄴ. 원자핵들이 지닌 (+) 전하의 성질로 인해 입자 사이에 서로 밀어내는 힘이 작용한다.
• ㄷ. 초고온 환경으로 인해 원자핵과 전자가 분리된 특수한 플라스마 상태를 형성한다.
• ㄹ. 내부 중심부의 온도가 낮아질수록 원자핵 사이의 충돌 횟수와 결합 확률이 증가한다.

정답: ㄱ, ㄴ, ㄷ

초고온 방 안에서 날뛰는 입자들의 모습이에요! 엄청난 열 때문에 원자핵과 전자가 갈라서는 이산가족 상황(플라스마)이 벌어지고(ㄷ), 알맹이들이 미친 듯이 빠르게 질주하게 돼요(ㄱ). (+) 극끼리 밀쳐내는 강력한 훼방꾼 힘이 버티고 있어서(ㄴ), 온도가 차갑게 식어버리면(ㄹ 오답) 서로 근처에도 못 가고 밀려나 반응이 뚝 끊기게 된답니다.

문제 23 · 보기 선택

아인슈타인의 에너지 공식 E = Δmc^2의 물리적 의미로 옳은 것만을 보기에서 고르시오.

• ㄱ. 기호 E는 핵융합 과정의 결과물로 우주 공간에 방출되는 총 에너지를 의미한다.
• ㄴ. 기호 Δm은 핵융합 반응이 완료된 후 반응 전보다 늘어난 잉여 질량을 의미한다.
• ㄷ. 기호 c는 빛의 속력을 나타내는 고유 상수이며 물리적으로 매우 큰 수치이다.
• ㄹ. 질량 결손값(Δm)이 극히 미미하더라도 상상을 초월하는 막대한 에너지가 나올 수 있다.

정답: ㄱ, ㄷ, ㄹ

우주의 에너지를 설명하는 최고의 비밀 공식이에요! E는 방출되는 열과 빛의 양이고(ㄱ), c는 어마무시하게 큰 빛의 속도 값이에요(ㄷ). 이 공식은 몸무게가 찔끔 줄어들어도(ㄴ 오답) 곱해지는 덩치(c^2)가 너무 크기 때문에 행성을 통째로 날릴 만한 에너지가 튀어나온다는 대박 반전을 알려준답니다(ㄹ).

문제 24 · 보기 선택

수소 핵융합 반응 전후에 일어나는 입자의 구성 변화에 대한 설명으로 옳은 것만을 보기에서 고르시오.

• ㄱ. 반응 전에 흩어져 있던 양성자 성분의 가벼운 원자핵들이 재조합되어 새로운 원자핵을 만든다.
• ㄴ. 반응이 완료되면 최종 생성물로 수소보다 훨씬 가볍고 단순한 구조의 원소가 생성된다.
• ㄷ. 정확히 4개의 수소 원자핵이 한 군데로 뭉쳐져서 1개의 단단한 헬륨 원자핵으로 변신한다.
• ㄹ. 핵융합 반응이 활발하게 진행될수록 태양 중심 영역에 매장된 헬륨의 양은 점점 감소한다.

정답: ㄱ, ㄷ

입자들이 합체 로봇처럼 변신하는 과정이에요! 4개의 수소 알맹이들이 격렬하게 엉겨 붙어(ㄷ) 새로운 구조의 헬륨을 탄생시키는 재조합 현상이죠(ㄱ). 당연히 수소보다 결합한 헬륨이 더 무거우며(ㄴ 오답), 공장이 가동될수록 결과물인 헬륨은 소모되는 게 아니라 중심부에 차곡차곡 쌓이며 불어나게 된답니다(ㄹ 오답).

문제 25 · 객관식

핵융합 반응의 정의와 역학적 특징에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

• ① 가벼운 질량을 가진 원자핵들이 하나로 융합하는 현상이다.
• ② 융합의 결과로 반응 전보다 무거운 원자핵이 새롭게 생성된다.
• ③ 반응이 원활하게 시작되려면 초고온과 초고압 조건이 필수적이다.
• ④ 반응 전 입자들의 질량 합이 반응 후에 측정된 질량 합보다 항상 작다.
• ⑤ 태양 중심부에서 매 순간 막대한 에너지를 창출해내는 핵심 원리이다.

정답: ④

핵융합이 일어나면 무게가 '감소'하는 다이어트 현상(질량 결손)이 일어나요! 따라서 반응을 하기 전의 무게가 다이어트를 끝낸 후의 무게보다 훨씬 묵직하고 많이 나가야 정상인데, ④번 진술은 거꾸로 전이 후보다 작다고 했으므로 완전히 잘못된 설명이랍니다.

문제 26 · 객관식

태양 중심부에서 입자들이 원자핵과 전자로 각각 분리된 플라스마 상태로 존재하는 원인으로 가장 적절한 것은?

• ① 중심부의 온도가 원자 구조를 유지할 수 없을 정도로 매우 높기 때문이다.
• ② 주변에 형성된 강력한 자기장이 원자핵과 전자를 양쪽으로 끌어당기기 때문이다.
• ③ 태양 외부 표면에서 차가운 성질의 기체가 중심부로 끊임없이 유입되기 때문이다.
• ④ 중심부의 수소와 헬륨이 고체 상태로 단단하게 결합하여 뭉쳐있기 때문이다.
• ⑤ 핵융합 반응이 전부 종료되어 입자들의 운동 에너지가 소멸했기 때문이다.

정답: ①

온도가 상상을 초월할 만큼 뜨거워지면 물질의 결합이 버티질 못해요! 원자핵과 전자가 끈끈하게 붙어있고 싶어도, 주변의 열에너지가 너무 강력하게 들이받으니까 결합 옷이 찢어져 제각각 흩날리는 플라스마 상태가 되어버리는 것이랍니다.

문제 27 · 객관식

태양 내부에서 수소 핵융합 반응이 멈추지 않고 지속될 수 있는 환경적 원인으로 가장 적절한 것은?

• ① 중심부의 압력이 매우 낮아 입자들이 자유롭게 팽창하며 회피하기 때문이다.
• ② 원자핵들이 가진 전기적 척력을 들이받아 이겨낼 수 있는 초고온 환경이기 때문이다.
• ③ 전자가 원자핵 주위에 꽁꽁 묶여 단단하게 고정된 안정한 구조를 이뤘기 때문이다.
• ④ 산소와 질소 기체가 풍부하게 매장되어 화재 연소 반응이 함께 돕기 때문이다.
• ⑤ 태양 내부가 밀도 높은 단단한 암석으로 꽉 채워져 마찰이 잦기 때문이다.

정답: ②

원자핵들은 서로 같은 성향이라 가까이 오면 소리를 지르며 밀쳐내요(전기적 척력). 하지만 태양의 중심부는 지옥 같은 초고온 방이라, 입자들이 미친 속도로 달리다가 밀어내는 힘을 무시하고 그대로 콰쾅 부딪치며 강제로 융합할 수 있는 판을 깔아준답니다.

문제 28 · 객관식

핵융합 반응 전후의 질량 관계와 질량 결손에 대한 설명으로 옳은 것은?

• ① 반응을 마치고 나온 생성 입자들의 질량 합이 반응 전보다 증가한다.
• ② 줄어든 질량은 우주에서 완전히 소멸하는 것이 아니라 에너지로 모습을 바꾼 것이다.
• ③ 질량 결손 현상이 지속되면 태양이 보유한 총 에너지는 비례해서 감소한다.
• ④ 수소 원자핵 4개의 무게 합은 반응 후 완성된 헬륨 원자핵 1개의 무게와 정확히 일치한다.
• ⑤ 질량 결손 현상은 오직 무거운 원자핵이 반으로 쪼개질 때만 발생하는 특성이다.

정답: ②

자연계에서 무게가 사라지는 신기한 마술의 정답은 ②번이에요! 질량이 증발하듯 영원히 사라져 버리는 게 아니라, 눈부시게 빛나는 따스한 에너지로 새 옷을 갈아입고 우주로 퍼져나가는 멋진 과학적 재활용 과정이랍니다. 수소 4개 시절의 무게가 헬륨 1개보다 무겁다는 것도 꼭 기억해 두세요(④ 오답).

문제 29 · 객관식

태양에서 일어나는 에너지 생성 및 우주 방출 과정에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

• ① 태양이 방출하는 광대한 에너지의 근원은 수소 원자핵들의 결합 반응이다.
• ② 내부에서 제조된 에너지는 내부의 여러 층을 순차적으로 패스하며 표면으로 배달된다.
• ③ 질량 결손의 마법 같은 원리에 의해 인류가 대대손손 쓸 수 있는 엄청난 빛이 나온다.
• ④ 태양 중심 영역의 내부 온도가 낮아질수록 핵융합 반응의 속도가 훨씬 가팔라진다.
• ⑤ 입자들이 전자 옷을 벗어던진 특수한 상태에서 활발하게 난투극을 벌이며 일어난다.

정답: ④

핵융합 공장은 엄청나게 뜨거운 열을 먹고 자라는 식물과 같아요! 만약 태양 중심부의 보일러 온도가 식어서 낮아지게 되면(④), 입자들이 기운을 잃고 비실거리며 척력의 장벽을 넘지 못해 공장 문을 닫아야 하므로 온도가 낮아질 때 활발해진다는 설명은 완전한 거짓말이랍니다.

문제 30 · 객관식

태양을 움직이는 심장인 수소 핵융합 반응의 메커니즘을 가장 바르게 설명한 구절은?

• ① 덩치가 큰 무거운 헬륨 원자핵 한 개가 여러 조각의 가벼운 수소들로 부서지는 현상이다.
• ② 가벼운 수소 원자핵 4개가 (+) 전하의 전기적 척력을 이겨내고 결합하여 1개의 헬륨 원자핵을 만드는 현상이다.
• ③ 원자 주변을 돌던 전자가 핵 속으로 빨려 들어가며 마찰에 의해 불꽃이 튀는 현상이다.
• ④ 우주 공간에 가득 찬 수소 기체가 산소와 섞여 폭발하듯 타오르는 단순 화재 현상이다.
• ⑤ 기체였던 물질의 상태가 갑자기 꽁꽁 얼어붙어 고체로 변할 때 뿜어내는 열에너지 현상이다.

정답: ②

태양의 정체를 한 줄로 가장 멋지게 설명한 정답은 ②번이에요! 흩어져 있던 4명의 꼬마 수소 전사들이 태양 내부의 엄청난 훈련(초고온·초고압)을 견뎌내고, 서로 밀어내던 마음을 접은 채 쾅 뭉쳐서 하나의 위대한 헬륨 대장으로 진화하는 아름다운 우주의 합체 스토리 공식이랍니다.