방사성 동위원소 [우라늄] Uranium 이 인체에 미치는 영향

<우라늄>

<우라늄>

<원자력 발전, 핵무기와 채색 유리 제조 등에 쓰이는, 천연 원소 중에서 원자번호가 가장 큰 원소>

대형 상업용 원자력 발전소에서는 전기 에너지를 얻는 에너지원으로 우라늄을 쓰고 있다. 소프트볼 공만한 크기의 우라늄에서는 그 무게의 300만 배에 해당하는 석탄에서 나오는 것보다 더 많은 에너지를 얻을 수 있다. 또한, 우라늄은 일부 핵무기에 쓰여 엄청난 폭발력을 나타낸다.

<우라늄은 1789년 독일 화학자 클라프로트에 의해 처음 발견>

우라늄은 1789년에 독일 화학자 클라프로트(Martin Heinrich Klaproth, 1743~1817)에 의해 피치블렌드에서 처음 발견되었다. 이 광석은 당시에는 아연(Zn), 철(Fe), 텅스텐(W) 산화물의 혼합물로 여겨지고 있었다. 클라프로트는 피치블렌드를 질산에 녹인 후 가성소다로 중화시켜 노란색 침전을 얻었는데, 그는 이 침전을 어떤 새로운 원소의 산화물로 생각하고는 숯과 함께 가열하여 검은색 가루를 얻었다. 그는 이 가루를 새로운 금속(실제는 우라늄 산화물임)으로 생각하고, 이보다 8년 전에 새롭게 발견된 행성인 천왕성(Uranus, uranus는 그리스 신화에서 하늘 신의 이름)의 이름을 따서 우라늄(uranium)이라 명명하였다. 1841년에 프랑스 화학자 페리고(Eugene-Melchior Peligot, 1811~1890)가 사염화우라늄(UCl4)을 포타슘(K)과 반응시켜 금속 우라늄을 처음으로 얻었다.
피치블렌드와 같은 섬우라늄 광석에 들어있는 천연 우라늄 산화물은 고대 로마시대부터 노란색 도자기 유약으로, 그리고 채색 유리를 만드는 첨가물로 사용되었다. 중세 후반에는 현재의 체코공화국 요하임스탈(Joachimsthal)에 있는 은 광산에서 채광된 피치블렌드가 유리 공장에 공급되었다. 1898년에 퀴리 부부에 의해 우라늄 광석에서 라듐(Ra)이 분리∙발견되고 라듐이 여러 용도로 활용되면서부터는 우라늄 광석은 주로 라듐을 얻는데 사용되었다.

이 즈음에 독일은 히틀러가 집권하여 유대인을 박해하였고, 많은 유대인 핵물리학자들이 외국으로 망명하였다. 1939년 9월에 독일의 폴란드 침공으로 제2차 세계대전이 발발하자, 연합국이 독일보다 먼저 핵 무기를 개발하여야 한다고 믿고는, 망명 유대인 과학자들이 주축이 되어 1939년 12월에 미국의 루즈벨트 대통령에게 원자폭탄 개발연구 프로그램을 시행할 것을 청원하였다. 원자폭탄 개발 사업인 맨해튼 계획(Manhattan Project)이 본격적으로 출범한 것은 일본의 진주만 공격 다음해인 1942년이다. 이 사업은 최초의 국가 주도 초대형 연구∙개발 사업으로, 이에 의해 제조된 원자폭탄은 1945년 8월 6일에 일본의 히로시마에, 그리고 8월9일에 일본의 나가사키에 투하되어 제2차 세계대전의 종식을 가져온 반면 수십만 명이 사망하고 많은 사람들이 피해를 입어 평생 동안 고통에 시달려야 했다. 히로시마에 투하된 폭탄은 ‘꼬마 소년(Little Boy)’이라는 암호명의 우라늄 폭탄이었고, 나가사키에 투하된 폭탄은 ‘뚱보(Fat Man)’라는 암호명의 플루토늄 폭탄이었다.
전쟁 종료 후 미국과 구소련을 비롯한 여러 나라는 핵 무기 개발 및 확충 경쟁을 하는 한편, 원자력의 평화적 이용에도 노력한 결과 1951년에 최초의 원자력 발전이 미국에서 선보였다. 상업용 원자력 발전은 1954년에 구소련에서 시작되었고, 영국에서는 1956년에, 미국에서는 1958년에 시작되었다. 우리나라에서는 1978년 4월에 고리원전 1호기가 첫 원자력 발전을 시작하였다.




<우라늄의 물리적 성질 및 원자핵 붕괴>

우라늄은 은백색 금속이다. 밀도는 19.1 g/cm3으로 대표적인 무거운 금속인 납(Pb, 11.34 g/cm3)보다 월등히 크나, 금(Au)과 텅스텐(W)보다는 약간 작다. 전기전도도는 작다. 녹는점은 1132.2oC이며, 액체의 증발열이 아주 커 끓는점은 3,818oC로 매우 높다. 우라늄은 전기양성도가 큰 원소로, 폴링의 전기음성도는 1.38이며, 첫 번째와 두 번째 이온화에너지는 각각 597.6kJ/mol과 1,420kJ/mol이다.
우라늄은 3가지 동소체를 갖는데, α-우라늄은 사방정 구조를 하고 660oC까지 안정하며, β-우라늄은 정방정 구조를 하고 660~760oC에서 안정하며, γ-우라늄은 체심 입방 구조를 하고 760oC에서 녹는점까지 안정하다. γ-우라늄이 우라늄 동소체 중 전성과 연성이 가장 크다.
천연 우라늄에는 234U(0.0054%), 235U(0.72%), 238U(99.274%)의 3가지 동위원소가 있는데, 이들은 모두 반감기가 긴 약한 방사성 동위원소들이다.

<우라늄의 화학적 성질>

우라늄 금속은 거의 모든 비금속 원소와 반응하며, 온도가 높을수록 반응성이 커진다. 알칼리와는 잘 반응하지 않으나, 산과는 잘 반응한다. 예로 진한 염산(HCl)과 잘 반응하여 물에 녹지 않는 검은 침전을 만들며, 진한 질산(HNO3)에서는 부동화되나 플루오르화 이온(F-)를 첨가하면 잘 녹는다. 끓는 물이나 수증기와 반응하면 표면에 산화물을 만들고 수소 기체를 내어 놓는다. 공기 중에서는 표면에 산화물 피막이 생성된다.
우라늄 원자는 비활성 기체 원소인 라돈(Rn)에 비해 6개의 전자를 더 갖고 있으며, 이의 바닥 상태 전자배치는 [Rn]5f36d17s2이다. 수용액에서 가장 안정한 산화상태는 +6이나, 산화수가 +5, +4, +3인 화합물과 이온들도 흔히 관찰된다. 수용액에서는 적갈색의 U3+, 녹색의 U4+, 노란색의 우라닐 이온(UO22+)으로 있을 수 있다. 이외에 UO2+ 도 존재하기는 하나 불안정하다.

<우라늄의 용도>

퀴리 부부가 우라늄광인 피치블랜드에서 라듐을 발견하기 전까지는 우라늄의 용도가 노란색 유리, 도자기 유약, 여러 색의 타일을 만드는데 쓰이는 정도였다. 그러나 라듐이 발견되고 이를 야광 페인트와 방사선 치료에 사용하면서 라듐을 얻기 위해 우라늄광이 채굴되고, 그 결과 엄청난 양의 우라늄 폐기물이 쌓이게 되었다. 1930년대 말에 우라늄의 연쇄 반응이 발견된 후로 우라늄은 주로 원자폭탄 제조와 원자력 발전의 연로로 쓰이고 있다.
과거 냉전 시대에는 우라늄(이에서 생산되는 플루토늄 포함)이 핵무기 제조에 가장 많이 사용되었고 또 이를 위해 비축되었으나, 핵 무기 확충 경쟁이 거의 끝난 지금에는 대부분이 원자력 발전 연료로 이용된다. 원자력 발전은 전세계 에너지 공급량의 약 6%, 전력 생산량의 13~14%를 차지하며, 우리나라의 경우에는 전력 생산의 약 40%를 차지한다.

그러나 1986년 소련의 체르노빌, 그리고 2011년 일본의 후쿠시마 원전사고 등으로 원자력 발전의 안전성이 크게 문제가 되었다. 또 원자력 발전 과정에서 나오는 각종 방사성 폐기물의 저장과 처리, 그리고 핵 확산 우려 등이 문제시되고 있다. 안전성을 개선시키는 연구가 계속되고 있으며, 미래에는 핵 융합이 대안이 되어야 할 것으로 여겨 이에 대한 연구도 진행 중이다.
농축 우라늄을 생산하고 남은 감손우라늄(열화우라늄)은 전차나 탱크의 장갑판과 또 두꺼운 장갑을 뚫을 수 있는 관통자(열화우라늄 탄환)로 사용되며, 방사성 물질을 저장하고 운반하는 용기, 방사선의 차폐제, 항공기나 미사일의 항법 장치 등에 이용된다. 그리고 여러 우라늄 화합물들이 사진 토너로, 그리고 가죽과 나무를 염색하는데 사용되었다. 아세트산우라닐(UO2(CH3COO)2)과 폼산우라닐(UO2(HCOO)2)은 전자 현미경에서 염색 시약으로 사용된다. 화성암에 들어있는 우라늄은 지질 연대 측정에 이용되며, 금속 우라늄은 큰 에너지의 X-선을 내는데도 사용된다.

<우라늄이 인체에 미치는 영향>

<출처: discardstudies.com >

 우라늄은 인간에게 해롭습니다. 심장, 뇌, 간, 신장과 같은 중요한 기능을 저하시킬 수 있습니다. 우라늄에 오염된 음식이나 물, 공기를 통해서도 인체에 들어옵니다. 그런데 일상생활에서의 노출정도는 미미한 편입니다. 주요 노출은 우라늄을 사용하는 시설에서 일어나지만 일상에서도 기준치 이상으로 측정된다면 환경 전체가 오염되어 있을 수 있습니다. 

우라늄은 비록 방사성 원소이기는 하나, 반감기가 아주 길어 약한 방사선을 내며, 나오는 방사선도 투과성이 작은 α-입자이기 때문에 방사선에 의한 위험은 작은 편이다. 그러나 우라늄의 붕괴나 핵분열에서 생기는 라돈, 스트로듐-90, 아이오딘-131 등은 강한 방사성 물질로 이에 노출되면 상당한 건강의 위협을 받는다. 한편, 금속 우라늄은 화학적으로 독성이 큰데, 이는 몸 안으로 들어온 우라늄이 우라닐 이온(UO22+)이 되고 이것이 뼈, 신장, 간 등의 생식 조직에 축적되어 이들의 기능을 저해할 수 있기 때문이다.







<출처 : http://www.nobel.or.kr/science-story/>  한국과학문화진흥회에서 발췌, 요약하였고, 일부 iscardstudies.com 에서 번역하였습니다.

<아래 혐짤 주의하세요>

다음은 구글에서    uranium effects on human body    라고 검색하면 나오는 사진입니다.  

   (혐짤 일 수 있어 작은사이즈로 캡쳐해서 올립니다. )