우라늄 U

발견의 역사

1789년 독일의 화학자 마르틴 하인리히 클라프로트는 보헤미아 등지에서 나던 검은 광물 피치블렌드(역청우라늄석)를 분석해 새 원소가 들어 있다고 발표했다. 그가 얻은 것은 사실 금속이 아니라 산화물이었다. 금속 우라늄은 1841년 프랑스의 외젠멜키오르 펠리고가 염화 우라늄을 포타슘으로 환원해 처음 분리했다.

한동안 우라늄은 유리와 도자기에 색을 내는 안료 정도로만 쓰였다. 전환점은 1896년이었다. 앙리 베크렐은 우라늄 염이 햇빛 없이도 사진 건판을 감광시킨다는 사실을 발견했고, 이것이 방사능 연구의 출발점이 되었다. 마리 퀴리와 피에르 퀴리는 같은 피치블렌드에서 폴로늄과 라듐을 찾아냈다.

1938년 오토 한과 프리츠 슈트라스만은 중성자를 맞은 우라늄에서 바륨이 생긴다는 것을 확인했고, 리제 마이트너와 오토 프리슈가 이를 원자핵이 둘로 쪼개지는 '핵분열'로 해석했다. 1942년 엔리코 페르미 연구진은 시카고에서 우라늄과 흑연으로 최초의 연쇄 반응을 일으켰고, 이 기술은 원자폭탄과 원자력 발전으로 이어졌다.

이름의 유래

클라프로트는 불과 8년 전인 1781년 윌리엄 허셜이 발견한 행성 천왕성(Uranus)을 기념해 이름을 지었다. 천왕성은 그리스 신화의 하늘의 신 우라노스에서 이름을 땄다. 기호 U는 첫 글자다. 이후 발견된 넵투늄과 플루토늄이 해왕성과 명왕성에서 이름을 딴 것도 이 전통을 이은 것이다.

주요 용도

• 원자력 발전: 경수로에서는 핵분열성 우라늄-235의 비율을 약 3~5%로 높인 농축 우라늄을 쓴다. 우라늄 1킬로그램이 완전히 분열하면 석탄 수천 톤을 태운 것에 맞먹는 열이 나온다.
• 함정 추진: 잠수함과 항공모함의 원자로 연료로 쓰인다.
• 열화 우라늄: 농축하고 남은 우라늄-238 위주의 금속은 밀도가 매우 높아 항공기 균형추, 방사선 차폐재, 관통탄과 장갑재에 쓰인다.
• 연대 측정: 우라늄-납 연대 측정은 지구에서 가장 오래된 광물과 운석의 나이를 재는 기본 방법이다.
• 과거의 착색제: 19~20세기 초에는 우라늄 화합물로 노란빛·연둣빛 유리와 도자기 유약을 만들었다.

동위원소

자연 우라늄은 우라늄-238(약 99.3%), 우라늄-235(약 0.72%), 그리고 극미량의 우라늄-234로 이루어진다. 우라늄-238의 반감기는 약 44.7억 년으로 지구의 나이와 비슷하고, 우라늄-235는 약 7억 400만 년이다. 우라늄-235만이 느린 중성자로 쉽게 분열하기 때문에 발전용 연료는 이 비율을 높이는 농축 과정을 거친다. 약 17억 년 전 지금의 가봉 오클로 광상에서는 우라늄-235 비율이 지금보다 높아 천연 원자로가 저절로 가동되었던 흔적이 발견되었다. 우라늄-238이 중성자를 흡수하면 플루토늄-239가 생긴다.

생활 속 원소

우라늄은 흙과 암석, 바닷물 어디에나 조금씩 들어 있다. 흙에는 보통 1킬로그램당 몇 밀리그램 수준이 있고, 화강암에는 조금 더 많다. 우라늄이 붕괴하며 만드는 기체 라돈은 환기가 나쁜 지하 공간에 쌓일 수 있어 실내 공기질 관리의 중요한 대상이다. 천연 우라늄 자체는 방사선보다 중금속으로서 신장에 주는 화학적 독성이 더 문제가 된다. 앤티크 시장에서 볼 수 있는 '우라늄 유리'는 자외선을 비추면 선명한 초록빛 형광을 낸다.