한수원블로그
삶에 활력(力)을 더하는 이야기
모바일메뉴 열기
검색창 닫기

우라늄에서 온 플루토늄(plutonium)

  • 2015.07.06.
  • 4395
  • 블로그지기
  • 페이스북
  • 트위터
  • 카카오
  • 인쇄

플루토늄

 

지난 시간 우리는 ‘세상을 바꾼 암석, 우라늄’에 대해서 알아보았습니다. 인류가 핵분열을 이용해 에너지를 얻을 수 있도록 해준 우라늄!

하지만 인류는 또하나의 에너지를 발견하게 되었습니다. 바로 플루토늄(plutonium) 입니다.

플루토늄은 우라늄광에는 극히 미량으로 존재하나 사용 후 우라늄 핵 연료에는 상당량 존재하는데, 우라늄-235보다 핵 분열 특성이 우수하고, 사용 후 핵 연료의 재처리를 통해 보다 대량으로 쉽고 값싸게 얻을 수 있는 장점이 있습니다.

오늘은 플루토늄에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

 

플루토늄

 

◆ 플루토늄의 특성

플루토늄(plutonium)은 원자번호 94번의 원소로 원소 기호는 Pu입니다.
플루토늄은 니켈과 비슷한 밝은 은백색의 금속인데, 녹는점(640oC)은 낮고 끓는점(3230oC)은 높습니다.
공기 중에서는 빠르게 표면이 산화되어 회색이 되며, 수증기와 반응하여 수소를 발생시킵니다.

또한 플루토늄은 자연에 존재하는 양이 매우 적어 자연에서 분리해서 얻지는 않으며, 사용 후 우라늄 핵 연료에 들어있는 것을 재처리하여 얻거나, 특수 원자로에서 우라늄 또는 넵투늄으로부터 만들어지게 됩니다. 플루토늄-239와 플루토늄-241는 핵 분열될 수 있어 원자력 발전과 핵 무기의 연료로 사용할 수 있는데, 주로 플루토늄-239가 사용됩니다.

플루토늄-238(반감기 87.74년)는 자발적 핵분열로 1kg당 약 560W의 열을 수십 년간 방출하므로, 우주탐사선 등에 탑재되는 방사성 동위원소 열전기 발전기(원자력 전지)에 사용될 수 있습니다.

*반감기: 방사성 물질이 가진 방사능이 원래의 절반이 될 때까지 걸리는 시간
*원자력 전지: 반감기가 긴 방사성 물질의 방사선에너지를 직접 또는 간접적으로 전기에너지로 변하게 하는 전지

 

◆ 플루토늄을 발견하다!

플루토늄의 발견 과정은 93번 원소 넵투늄의 발견 과정과 비슷합니다.
1871년에 멘델레예프(Dmitri Mendeleev)는 원자번호 92번 원소인 우라늄보다 무거운 원소들이 최소한 5가지가 있을 것으로 예언하였습니다. 이를 찾아내고자 여러 과학자들이 노력하였는데, 자연계에서는 이를 찾아내지 못하였습니다.

플루토늄은 1940년 12월 14일에 미국 캘리포니아대학교 버클리 캠퍼스의 시보그, 월, 케네디, 맥밀런에 의해 처음으로 합성 발견되었는데요.

원소 이름은 주기율표에서 행성 천왕성(Uranus)을 따서 이름지은 우라늄(원자번호 92) 바로 다음에 있는 93번 원소를 태양계에서 천왕성 바로 다음에 있는 행성 해왕성(Neptune)을 따서 넵투늄이라고 지은 추세를 이어, 이 원소(94번 원소)를 해왕성 다음의 행성 명왕성(Pluto)을 따서 플루토늄(plutonium)으로 명명하게 되었습니다.

 

플루토늄

 

◆ 플루토늄으로 핵폭탄을 만들다

우라늄에서 플루토늄을 만드는 처음 실험에서 단지 0.5마이크로그램의 239Pu를 분리해서 얻었는데,
여기에 저속 중성자를 쪼이면 핵 분열이 일어나는 것이 확인되었습니다.

1943년에는 처음으로 금속 플루토늄 알갱이을 얻었으며, 이후 원자폭탄을 개발하려는 미국의 맨해튼계획이 수행되면서, 1945년에는 3개의 폭탄을 만드는데 충분한 양(수십 kg)이 미국에서 확보되었습니다.

1945년 7월 16일에는 6kg의 플루토늄을 사용한 원자 폭탄이 성공적으로 시험되었고, 같은 해 8월 9일에는 TNT 21,000톤과 맞먹는 폭발력을 갖는 플루토늄 폭탄이 일본 나가사키에 투하되어 7만 명이 사망하고 10만 명이 부상당하는 비극을 초래하면서 제2차 세계대전의 종식을 가져오게 하였습니다.

현재 플루토늄은 원자력발전소의 원자로에서 해마다 대량 생산되고 있는데요. 핵에너지의 개발과 관련된 일체의 일들은 국제원자력기구의 통제를 받고 있습니다. IAEA는 핵을 군사적 목적으로 사용하는 것을 금지하고, 평화적으로 이용하도록 장려하고 있습니다.

오늘은 플루토늄에 대해서 알아보았는데요. 플루토늄을 발견하고 고효율적인 에너지로 사용할 수도 있으며, 인류에게 큰피해를 줄 수 있는 무기로 사용될 수 있다는 걸 알게 되었습니다. 우리는 플루토늄의 엄청난 에너지를 확인했습니다. 이런 에너지를 살상무기로 사용하기 보다는 인류의 발전에만 사용되길 바라봅니다.

 

블로그지기

 

0

댓글 남기기

블로그지기
블로그지기
한수원의 생생한 소식과 한수원사람들의 이야기를 전합니다
목록