가돌리늄 Gd

발견의 역사

1880년 스위스의 장 샤를 갈리사르 드 마리냑은 가돌리나이트 등 희토류 광물에서 얻은 산화물의 스펙트럼을 분석하다 새로운 원소의 흔적을 발견했다. 1886년 프랑스의 르코크 드 부아보드랑이 이 산화물을 더 순수하게 분리하고 '가돌리늄'이라는 이름을 붙였다.

금속 가돌리늄이 순수하게 얻어진 것은 20세기 들어서다. 1930년대 연구로 이 금속이 실온 근처 약 20°C(293K) 아래에서 강자성을 띤다는 사실이 밝혀졌는데, 이는 철·코발트·니켈을 제외하면 매우 드문 성질이다.

이름의 유래

이름은 광물 가돌리나이트에서 왔고, 이 광물은 핀란드 화학자 요한 가돌린의 이름을 딴 것이다. 가돌린은 1794년 이테르비 광물에서 최초의 희토류 산화물(이트리아)을 분리한 인물로, 희토류 연구의 개척자로 불린다. 한국어 이름은 '가돌리늄'이다.

주요 용도

• MRI 조영제: 가돌리늄 이온을 킬레이트 분자로 감싼 약물을 정맥에 주사하면 주변 물 분자의 신호가 달라져 혈관과 종양이 선명하게 보인다.
• 원자력: 가돌리늄-157은 안정 핵종 가운데 열중성자 흡수 단면적이 가장 크다. 핵연료에 섞어 초기 반응도를 조절하는 '가연성 독물질'로 쓴다.
• 중성자 검출: 일본 슈퍼카미오칸데 검출기는 물에 가돌리늄 화합물을 녹여 중성자 신호를 더 잘 잡도록 개량됐다.
• 자기 냉각: 자기장을 걸고 뺄 때 온도가 변하는 자기열량 효과가 커서 냉매 없는 냉각 기술 연구에 쓰인다.

동위원소

자연 가돌리늄은 일곱 가지 동위원소로 이루어지며, 그중 가돌리늄-152는 반감기가 매우 긴 방사성 동위원소이고 나머지는 안정하다. 가돌리늄-155와 가돌리늄-157이 중성자 흡수를 주로 담당한다. 인공 동위원소 가돌리늄-153(반감기 약 240일)은 골밀도 측정 장비의 선원으로 쓰인 적이 있다.

생활 속 원소

병원에서 조영 MRI를 찍을 때 주사하는 약에 가돌리늄이 들어 있다. 대부분 소변으로 빠르게 배출되지만, 신장 기능이 심하게 떨어진 환자에게는 드물게 신원성 전신섬유증이 보고돼 사용 전 신장 기능을 확인한다. 반복 투여 후 뇌 등에 미량이 남는다는 연구도 있어, 의료진은 필요한 경우에만 적정량을 쓰도록 권고한다. 조영제 사용 여부는 반드시 의료진과 상의한다.