우라늄의 발견, 용도, 위험성 및 특성

우라늄은 방사능이 있는 은회색 금속으로써 주기율표의 92번 원소이며 반감기가 159,200년에서 45억년에 이르는 약한 방사성 원소이고 우라늄 235와 우라늄-238(지구 우라늄의 99%를 차지)은 자연적으로 발생하는 가장 흔한 우라늄 동위원소입니다. 이번 포스팅에서는 우라늄의 정의와 발견, 용도, 위험성 및 특성에 대해 살펴보도록 하겠습니다.

 

우라늄

 

우라늄은 언제 발견되었을까?

Martin Klaproth는 1789년 독일의 실험실에서 일하던 중 이 원소를 발견했습니다. Martin은 우라니나이트를 질산에 녹여 이우라늄산나트륨(노란색 화합물)을 침전시켰고 수산화나트륨을 첨가하여 혼합물을 중화시켰습니다. Martin은 노란색 화합물이 발견되지 않은 금속의 산화물이라고 가정하고 가열하여 검은색 분말을 추출했는데 마틴이 추출한 흑색 화약은 우라늄의 산화물이었고 그 검은 가루를 천왕성의 이름을 따서 명명한 새로 발견된 금속이라고 결론지었습니다.

펠리고 유진(Peligot Eugene)은 1841년 칼륨으로 사염화우라늄을 가열하여 우라늄을 분리한 최초의 사람으로 Becquerel Henri는 1896년 서랍에 있는 사진 건판에 황산우라닐칼륨을 놓고 가면서 방사능을 발견했으며 판이 흐려지는 것을 알아차리고 우라늄이 판에 영향을 미치는 일부 광선을 방출한다고 결론지었습니다.

 

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우라늄의 용도

에너지 생산

우라늄은 전기를 생산하는 원자력 발전소에 전력을 공급하는 데 사용되는 중요한 화합물입니다. 이론적으로 우라늄-235 1kg은 20테라줄 이상의 에너지를 생산하며 대부분의 원자력 발전소는 3% 우라늄-235를 포함하는 우라늄 농축 연료로 가동됩니다. 화학 반응은 다양한 핵 흡수 물질에 의해 제어되는데 우라늄-235에서 생성된 에너지는 전기를 생성하는 발전소의 터빈을 돌리는 증기를 생성하고 우라늄-238은 증식형 원자로에서 쉽게 붕괴하여 플루토늄-239를 형성할 수 있으며 플루토늄-239는 화학 반응을 지속할 수 있습니다. 반응을 유지할 수 있는 유일한 자연 발생 동위원소는 우라늄-235입니다.

우라늄의 군사적 사용

군대에서는 이 요소를 사용하여 고밀도 관통자(탄약)를 만들 수 있습니다. 침투자는 몰리브덴 및 티타늄과 같은 다른 광물 2%와 합금된 DU(열화 우라늄)로 구성되며 매우 빠른 속도로 중장갑 표적을 파괴할 수 있습니다. 탈착식 차량 장갑과 탱크 장갑도 DU 플레이트로 강화되고 DU는 방사성 물질을 운반하고 저장하는 각종 용기의 차폐재에도 첨가되며 방사성 물질이지만 그 경도로 인해 납보다 다양한 강력한 방사성 물질의 방사선을 차단하는 데 효과적입니다. DU는 쉽게 주조할 수 있고 가격이 저렴하기 때문에 다른 조밀한 요소보다 선호됩니다.

우라늄의 다른 용도

이 금속의 사용은 사람들이 글레이징 산업에서 사용했던 79CE로 거슬러 올라갑니다. 우라늄은 목재 및 가죽 산업에서 염료 및 얼룩, 사진용 화학 물질, 무대 조명 전구의 필라멘트 제조에 사용되며 방사능의 발견은 과학에서 우라늄의 새로운 사용법을 소개했습니다. 또한, 우라늄-238 동위원소의 긴 반감기는 화성암의 나이를 추정하는 것을 가능하게 했습니다.

 

우라늄의 위험성

우라늄은 다른 방사성 물질과 마찬가지로 인간의 건강과 환경에 여러 가지 위험을 초래합니다. 우라늄과 관련된 몇 가지 주요 위험은 다음과 같습니다.

• 방사성 방출: 우라늄은 천연 방사성 물질이며 붕괴할 때 알파, 베타 및 감마선 형태의 입자와 에너지를 방출합니다. 이러한 형태의 방사선에 노출되면 세포와 DNA가 손상되어 암 및 기타 건강 문제로 이어질 수 있습니다.
• 환경 오염: 우라늄 채굴 및 처리는 방사성 물질을 환경으로 방출하여 토양, 물 및 공기를 오염시킬 수 있고 지역 생태계에 부정적인 영향을 미칠 수 있으며 인근 지역 사회에 건강 위험을 초래할 수도 있습니다.
• 원자력 사고: 원자로에서 우라늄을 연료로 사용하면 원자력 사고의 위험이 있으며, 이로 인해 다량의 방사성 물질이 환경에 방출될 수 있습니다. 이것은 체르노빌과 후쿠시마 재해에서 볼 수 있듯이 인간의 건강과 환경에 치명적인 결과를 초래할 수 있습니다.
• 재생 불가능한 자원: 우라늄은 재생 불가능한 자원입니다. 즉, 일단 원자로에서 연료로 사용되면 재사용할 수 없다는 것인데 이는 사용할 수 있는 우라늄의 공급량이 한정되어 있으며 이 자원의 고갈이 에너지 시스템에 중대한 영향을 미칠 수 있음을 의미합니다.
• 무기 확산: 우라늄은 핵무기 생산에도 사용될 수 있으며, 우라늄 채굴 및 처리가 핵무기 확산에 기여할 위험이 있습니다. 이러한 위험은 거버넌스가 약하거나 보안 시스템이 열악한 국가에서 특히 심각합니다.

우라늄은 방사선 노출, 환경 오염, 핵 사고, 재생 불가능한 자원의 고갈, 무기 확산의 위험을 포함하여 인간의 건강과 환경에 여러 가지 위험을 초래합니다. 우라늄은 여전히 중요한 에너지원이지만 지역 사회와 환경의 안전과 복지를 보장하기 위해 우라늄의 위험을 신중하게 관리하고 완화해야 합니다.

 

우라늄의 특징

우라늄은 자연적으로 발생하는 방사성 원소로 기호 U와 원자 번호 92로 밀도가 높고 은백색의 금속으로 비교적 부드럽습니다. 다음은 우라늄의 주요 특성 중 일부입니다.

• 방사능: 우라늄은 핵이 불안정하고 시간이 지남에 따라 자발적으로 붕괴하여 방사선 형태로 에너지를 방출하는 방사성 원소입니다. 자연에서 발견되는 우라늄의 가장 일반적인 동위원소인 우라늄-238의 반감기는 약 45억 년입니다.
• 밀도: 우라늄은 매우 밀도가 높은 금속으로 밀도는 입방 센티미터당 약 19.1g입니다. 이것은 철 및 구리와 같은 가장 일반적인 금속보다 무겁습니다.
• 녹는점: 우라늄은 약 1,132°C(2,070°F)의 상대적으로 높은 녹는점을 가지고 있습니다. 즉, 녹지 않고 고온을 견딜 수 있으므로 고온 응용 분야에 유용합니다.
• 반응성: 우라늄은 다른 원소와 쉽게 화합물을 형성하는 반응성 금속입니다. 산소와 천천히 반응하여 이산화우라늄(UO2)을 형성하고, 황, 염소와 같은 다른 비금속과도 반응하여 다양한 화합물을 형성할 수 있습니다.
• 동위 원소: 우라늄에는 여러 동위 원소가 있으며 우라늄-238이 가장 일반적입니다. 우라늄-235는 핵분열을 겪을 수 있고 원자로에서 연료로 사용되기 때문에 또 다른 중요한 동위원소입니다. 우라늄-234는 우라늄-238의 붕괴 생성물로 형성된 또 다른 동위원소입니다.
• 자기적 특성: 우라늄은 상자성이므로 자기장에 약하게 끌립니다. 이 속성은 전자기 분리라는 프로세스를 통해 우라늄 동위 원소를 분리하는 데 사용할 수 있습니다.

한 마디로 요약하면 우라늄은 밀도가 높은 은백색 금속으로 방사성, 반응성 및 여러 동위원소를 가지고 있으며 방사능을 포함한 고유한 특성으로 인해 다양한 응용 분야에서 유용하지만 인간의 건강과 환경에 심각한 위험을 초래할 수도 있습니다.