토륨 Th

발견의 역사

스웨덴의 옌스 야코브 베르셀리우스는 1815년 새 원소를 찾았다며 '토리아'라는 이름을 붙였지만, 나중에 그것이 인산이트륨이었음이 밝혀져 주장을 철회했다.

1828년 노르웨이의 목사이자 광물 수집가 한스 모르텐 트라네 에스마르크가 발견한 검은 광물이 베르셀리우스에게 보내졌다. 베르셀리우스는 그 속에서 진짜 새 원소를 찾아내, 앞서 쓰지 못한 이름을 붙였다. 이 광물은 오늘날 토라이트라 불린다. 1898년에는 독일의 게르하르트 카를 슈미트와 마리 퀴리가 각각 독립적으로 토륨이 방사선을 낸다는 것을 발견했다.

이름의 유래

이름은 북유럽 신화의 천둥의 신 토르(Thor)에서 왔다. 한국어 이름은 '토륨'이다.

주요 용도

• 원자력 연료 연구: 토륨-232는 스스로 핵분열 연쇄 반응을 일으키지 못하지만, 중성자를 흡수하면 핵분열성인 우라늄-233으로 바뀐다. 이를 이용한 토륨 연료 주기는 인도가 오랫동안 추진해 왔고, 용융염 원자로와 함께 여러 나라에서 연구 중이다.
• 가스등 맨틀: 산화토륨에 산화세륨을 약간 섞은 맨틀은 가열하면 밝은 흰빛을 내 19세기 말부터 가스등에 쓰였다. 방사성 때문에 지금은 대부분 다른 재료로 바뀌었다.
• 토륨 텅스텐 용접봉: 산화토륨을 넣은 텅스텐 전극은 아크가 안정적이어서 TIG 용접에 쓰였으며, 대체 전극으로 점차 바뀌고 있다.
• 광학 유리: 굴절률이 높아 20세기 중반 일부 카메라 렌즈에 쓰였다.

동위원소

자연 토륨은 거의 전부 토륨-232이며, 반감기가 약 140억 년으로 우주의 나이와 비슷하다. 토륨-230(반감기 약 7만 5천 년)은 우라늄-토륨 연대측정에 쓰여 산호와 동굴 석순의 나이를 수십만 년 범위까지 잰다. 토륨-229는 원자핵 에너지 준위 가운데 이례적으로 낮은 들뜬 상태를 가져, 2024년 레이저로 이 준위를 들뜨게 하는 데 성공하면서 '원자핵 시계' 개발의 핵심 동위원소로 떠올랐다.

생활 속 원소

토륨은 모나자이트 같은 광물에 들어 있으며, 희토류 채굴의 부산물로 나온다. 20세기 중반의 일부 카메라 렌즈는 토륨 유리 때문에 시간이 지나며 누렇게 변하고, 측정기를 대면 방사선이 검출되기도 한다. 1930~40년대 X선 조영제로 쓰인 산화토륨 콜로이드 '토로트라스트'는 몸에 오래 남아 수십 년 뒤 간암 등을 일으킨 것으로 밝혀졌다. 토륨의 방사능은 약하지만 흡입하거나 삼키지 않도록 주의해야 한다.