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삼중수소

last modified: 2015-03-27 15:05:42 by Contributors

Contents

1. 개요
2. 특징
3. 생성
3.1. 리튬을 이용하는 경우
3.2. 중수를 이용하는 경우
4. 용도
5. 위험성


방사성 동위원소
반감기방출 방사선위해등급비방사능D값
12.3년베타선(-)(100%)5(Blue)3.59x10^14Bq*g^-12x10^3

1. 개요

三重水素, 트리튬(Tritium). 기호는 T 또는 3 H

수소의 방사성 동위원소이다.

2. 특징

1개의 양성자와 2개의 중성자원자핵이 구성되어 있으며, 추가적인 중성자의 질량 때문에 보통의 수소보다 3배 가량의 질량을 가진다.

1934년 원자핵을 발견한 어니스트 러더퍼드에 의해 처음 발견되었다. 전자를 내놓으며 붕괴하는 베타 붕괴를 하여 헬륨-3으로 변한다. 반감기는 12.32 년이다.

3. 생성

우주 방사선에 의해 자연적으로도 생성이 되지만, 많은 양이 생성되는 것이 아니면서 반감기도 길지는 않기 때문에 (오래지 않아 없어지기 때문에) 자연 상태에서는 찾기보기 힘들다. 산업적으로 쓰이는 것은 주로 인공적으로 생성한다.

현재 이용중인 대부분의 삼중수소는 첫번째 방식(리튬-6에 중성자를 쏘아 생산)으로 대부분이 생산되어 이용되고 있다. 특수한 방법으로 만들다 보니 가격은 1g에 2700만원 정도 한다.

3.1. 리튬을 이용하는 경우

리튬-6에 중성자를 쏘아 삼중수소를 생산하는 방식이다. 리튬-6가 중성자를 잘 흡수하므로 효율적으로 삼중수소를 많이 생산할 수 있다.

3.2. 중수를 이용하는 경우

중수로에 있는 중수가 중성자를 먹어 삼중수소로 변환되는 방식이다. 하지만 이 방식은 중수의 중성자 흡수율이 낮아 많이 생산되지 않아 효율이 낮지만 적은 양이라도 건져서 사용하고 있다.
이 방식을 이용할 경우 삼중수소를 포함한 수증기가 약간이나마 새어나오게 되는데, 원자력 발전소중 중수로를 이용하는 발전소에서 관계자들이 마스크가 큰 통에 연결되어 있는 형태의 장비를 사용하는 사진을 한번쯤 보았을 것이다.아니 그런걸 봤을만한 사람이 얼마나 된다고 이것이 중수로에서 발생하는 삼중수소를 방호하기 위한 장비로, 마스크에 연결된 통 안에는 필터와 냉각재가 들어있어서 삼중수소를 포함한 수증기를 냉각시켜 물로 바꿔서 호흡기로의 침투를 막는 방식이다.

4. 용도

실생활에서는 야광체를 만드는데 사용된다. 삼중수소를 으로 둘러싸면 빛이 나는데, 삼중수소가 붕괴하면서 나오는 베타선형광 물질인 인에 충돌하여 빛이 나는 것이다. 권총이나 K-2 소총에 들어간 트리튬 야광체가 바로 이것이다. 옛날에는 비슷한 용도로 라듐이 사용되었지만 이것은 위험성이 커서 사용이 금지되었다.
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<원저자:Autopilot> <원저자:Wiki Phantoms>

핵무기 분야에서는 원자폭탄에 섞어서 약간의 핵융합 반응을 유도하여 폭발력을 늘리는데 쓰인다. boosted fission weapon, 더 정확히는 fusion-boosted fission weapons 이라고 하는데, 약간의 핵융합에 의해 핵분열이 강화되기 때문에 붙은 이름이다.핵물질의 중심에 중수소와 섞어 넣어서 핵분열에서 나오는 고온고압을 통해 중수소-삼중수소의 핵융합 반응을 유도하고, 이 핵융합을 이용해 핵분열 폭발력이 높아지도록 하는 것이다. 핵융합 자체에 의한 폭발력 증가는 별게 없지만 (핵분열의 1% 정도), 중성자가 많이 발생하는 것이 폭발력을 강화하는 역할을 한다. 좀 더 자세히 말하자면, 원자폭탄이 폭발할 때 준비된 핵물질이 모두 폭발하는 것이 아니라, 대개 일부만의 핵물질이 폭발하고 만다. 전체 핵물질의 일부가 폭발했을 때의 열과 압력으로 인해 나머지 핵물질이 흩어져 날아가버리기 때문이다.[1] 이런 상황에서 중성자가 많으면 짧은 시간에 최대한 핵분열이 일어나게 되어, 흩어지기 전에 더 많은 핵물질이 분열하게 된다. 이런 중성자를 추가 공급하는 역할을 삼중수소의 핵융합이 하는 것이다. 삼중수소는 평상시 외부 용기에 저장했다가, 발사 준비과정에서 코어 중심으로 주입한다. 리튬 화합물로 코어 중심에 내장시키려는 시도도 있었으나, 교체가 번거로워 현재는 가스 형태로만 사용된다.

그 밖에 현재 연구가 진행 중인 핵융합의 연료로 쓰이는데, 현재 건설 중인 ITER에선 DT반응, 즉 중수소-삼중수소 반응을 이용한다. 또한, 핵실험으로 인해 생긴 삼중수소의 흐름을 추적해서 바다 태계의 이동경로라든가 조류 흐름을 추정하는데 사용되기도 한다.

5. 위험성

삼중수소가 내놓는 방사선은 전하를 가진 베타입자를 방출하는데, 이건 약해서 피부의 각질층을 못 뚫는다. 각질층은 커녕 공기를 겨우 6mm 뚫을 수 있을 뿐이다. 물론 먹거나 들여마시게 되면 몸 내부에서 직접 방사선을 맞게 되니까 위험성이 있다. 다만 삼중수소는 화학적으로 수소와 완전히 같고, 수소는 탄수화물 등 대부분의 유기화합물에 포함되어 활발히 대사되는 원소이다. 따라서 섭취될 경우 7~14일의 짧은 생물학적 반감기를 지니므로 몸에서 금방 빠져나간다. 삼중수소가 실제로 몸에 큰 해를 입힐 가능성은 대부분의 방사성 물질에 비해 매우 낮다.

하지만 김익중 동국대 의대 미생물학과 교수는 “삼중수소가 우리 몸에 들어오면 보통 물하고 구분을 못한다. 피와 체액 속에 있게 되는데 단백질, 유전자, DNA, RNA 이런 분자들을 공격해 흠집을 낸다”고 설명했다.

해당 조사를 실시한 이윤근 시민방사능감시센터 소장 역시 “원전 주변에 있는 주민은 원전과 떨어져 있는 지역과 비교했을 때 (삼중수소) 농도 차이가 많이 난다는 것이 드러났고, 농산물에 의해 상시적인 섭취가 된다면 낮은 농도라도 누적되는 양은 많을 수 있다”고 말했다.

해외 논문들도 삼중수소의 위험성을 경고했다. <삼중수소 방사선 생물학 및 상대적 생물학적 영향>에서는 “체내 수분에 있는 삼중수소는 감마선이나 X-ray처럼 암, 유전적 영향, 발육이상 등에 영향을 주는 것으로 보인다”고 했고 <삼중수소의 유독성>에서는 “극히 낮은 농도의 삼중수소에서도 이전에 생각했던 것보다 더 많은 손상을 주는 것으로 나타났다”고 말했다.

방사선 영향에 관한 논문 2000여건을 분석한 미국과학아카데미 보고서에는 “피폭의 위험성은 저선량에 이르기까지 비례하며 안전기준치는 없다. 최소한의 피폭이라도 인간에게 위험을 미칠 가능성이 있다”며 안전 문제에 대해서는 보수적으로 접근해야 한다고 강조했다.


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  • [1] 히로시마 원폭의 경우 핵물질의 1.3%만이 폭발했다
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