플루토늄 원소의 성질과 이용

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플루토늄(플루토니엄 Plutonium, Pu) 원소의 성질과 이용

 

󰋯  원자번호：94

󰋯  족：3족(7주기), 전이원소(악티늄족)

󰋯  원자량：244

󰋯  밀도：19.816 g/cm^-3

󰋯  각 전자궤도의 전자 수：2, 8, 18, 32, 24, 8, 2

󰋯  mp：639.4℃ / 󰋯  bp：3,228℃

 

플루토늄(플루토니엄)은 넵투늄(Np)에 뒤이어 인공적으로 만든 초우라늄 원소이다. 초우라늄 원소들 중에서 가장 중요한 물질이 된 플루토늄은 1941년에 미국의 화학자 시보그(Glenn T. Seaborg 1912-1999), 맥밀런(Edwin M. McMillan 1907-1991), 케네디(Josep W. Kennedy 1916-1957), 왈(Arthur C. Wahl 1917-2006) 네 과학자가 캘리포니아 대학의 가속기에서 처음 발견했다.

 

그들은 우라늄-238에 중양성자(deuteron)를 충돌시켜 플루토늄-239를 만든 것이다. 물(H₂O)의 동위원소인 중수(deuterium H₂O₂)를 구성하는 수소의 핵은 1개의 양성자와 1개의 중성자를 가지고 있어, 이를 ‘중양성자’(重陽性子 deuteron)라 부른다.

 

새 원소를 발견한 과학자들은 해왕성 다음 궤도에 있는 명왕성(Pluto)의 이름을 따서 plutonium이라는 이름을 붙였다. 그런데 그들은 새 원소의 발견 사실을 제2차 세계대전이 끝난 뒤인 1946에야 발표했다.

 

플루토늄은 은백색 금속으로 화학 활성이 크며, 공기 중에서는 산소와 반응하여 연한 황색으로 변한다. 플루토늄을 만지면 따뜻하게 느껴지는데, 이는 자체의 방사성 에너지 때문이다. 그리고 플루토늄은 인체에 위험하므로 조심스럽게 취급한다.

 

 

지금까지 20종의 플루토늄 동위원소가 발견되었다. 그 중에 중성자를 충격하면 핵분열을 쉽게 하는 대표적 동위원소인 Pu-239는 반감기가 24,110년입니다. Pu-239는 U-235처럼 중성자를 충돌시키면 둘로 쪼개지면서 큰 에너지와 함께 더 많은 중성자를 방출하여 연쇄적으로 핵분열이 일어나게 한다.

 

미국의 맨해튼 계획 때 최초로 만들어 폭발실험(1945년 7월 16일)에 이용했던 원자폭탄(이름 Trinity)과, 일본의 나가사키에 투하된(1945년 8월 9일) 2번째 원자폭탄(이름 Fat Man)은 플루토늄-239를 연료로 한 것이었다.

 

한편 나가사키보다 3일 먼저 히로시마에 떨어진 원자폭탄(이름 Little Boy)은 U-235가 연료였다.

 

플루토늄은 원자력발전소의 원자로에서 해마다 대량 생산되고 있다. 핵에너지의 개발과 관련된 일체의 일들은 국제원자력기구(International Atomic Energy Agency, IAEA)의 통제를 받아야 한다. IAEA는 핵을 군사적 목적으로 사용하는 것을 금지하고, 평화적으로 이용하도록 장려하는 UN의 중요한 기구이다.

 

 

넵투늄 원소의 성질과 이용