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플루토늄

last modified: 2015-02-28 15:34:28 by Contributors


악티늄족 원소의 일종으로, 원자번호 94번.


(ɔ) Los Alamos National Laboratory from

순도 99.96%짜리 플루토늄 링(핵무기를 내파할때 이 주위에 폭약을 설치한다.). 무게 5.3kg, 지름 약 11cm로서 이 걸로 핵무기 하나 만들 수 있다. 폭약으로 압축되든, 해머로 찍든 뭉쳐놓기만 하면 핵 연쇄반응이 일어난다.


플루토늄 238을 이용한 원자력 전지를 사용한 페이스메이커

(ɔ) Department of Energy from

우주 탐사선에 넣을 원자력 전지안에 들어갈 플루토늄

93번 원소넵투늄이 발견되었을 때, 이미 94번 원소로서 그 존재가 예상되었으나 그 당시는 관찰할 수가 없었다. 1940년 캘리포니아대학교 버클리캠퍼스의 시보그, 맥밀런 등에 의해서, 사이클로트론으로 우라늄 238을 중수소(重水素)로 충격하여 만든 넵투늄 238의 β붕괴에서 질량수 238인 동위원소가 처음으로 만들어졌다. 근데 플루토늄을 만들고 후에 우라늄 광석을 조사하다가 극미소량의 플루토늄이 발견되었다. 그래도 사람들은 테크네튬처럼 플루토늄이 인공원소인줄 알고 있다.

이 신원소는 태양계의 행성이었던 명왕성(Pluto, 소행성 134340)의 이름을 따서 플루토늄이라고 명명되었다. 이것은 92번 원소인 우라늄과 93번 원소인 넵투늄이 각각 천왕성(Uranus) ·해왕성(Neptune)의 이름을 땄기 때문에, 이들에 계속된다는 것을 뜻한다.

인공적으로 만들어진 원소는 많이 있지만 그 중에서도 많이 생산되는 것이 플루토늄이다. 플루토늄은 핵무기로서 이용되기 때문인데, 1945년 미 공군이 나가사키에 투하한 암호명 팻 맨이라고 이름붙여진 플루토늄 폭탄이 대표적[1]이다.

우라늄 농축은 오직 1.2% 남짓의 질량차에만 의존하므로[2] 고도의 기술이 필요[3]한데, 플루토늄은 우라늄과는 화학적 성질이 다른 별개의 원소이므로 분리 및 농축이 간단[4]하다. 그래서 최근 제조되는 원자폭탄의 대부분은 플루토늄제이다. 플루토늄 농축과 분리를 가리켜 핵연료 재처리라고 부른다. 플루토늄은 우라늄-235보다 효율이 더 좋은 연료[5]이나, 이걸 분리하는 기술을 갖게 된다면, 곧 핵무기 제조가 나오는지라[6] 지금도 머리아픈 물질이다. 현재는 플루토늄과 열화우라늄을 섞은 MOX연료를 차세대 연료로 밀고 있다.

그러나 플루토늄을 저렴하다고 생각하면 매우 곤란하다. 한때 돌아다니던 세계에서 제일 비싼 물질 목록에 이름을 올렸을정도로 비싼몸이다. 플루토늄의 가격은 그램당 4천달러 정도에 달하며, 핵무기로 이용하기 위한 임계질량의 플루토늄은 3100만달러(!!)에 달한다고 한다.

독성이 있긴 하지만 폴로늄이나 비소, 시안화수소에 비하면 약한 편이다. 방사성으로 인해 체내에 들어갔을 때 독성을 띠며 특히 폐에 들어갔을 때 암 발생 확률을 상당히 높이는 것으로 밝혀졌다. 아직까지 플루토늄으로 인한 사망 사례는 보고되지 않았다. 플루토늄의 동위원소는 페이스메이커의 전력원으로 사용되기도 하는데, 50~300명 정도의 사람들이 플루토늄을 몸에 넣고 잘 살아있다.[7]
'앗!' 시리즈에서 나온 소리 때문에 '플루토늄의 독성이 킹왕짱이다!'라고 알고 있는 사람들도 많은 모양인데 딱히 그렇지는 않은 듯. 참고자료에서 악성종기배아라고 명명된 것은 보톨리누스균에 한정. 헌데 정작 사고사례를 보면 암으로 죽은 사람은 거의 없다..? 암 발병전에 거의 다 죽어버렸으니까

그러나 플루토늄의 취급에서 주의할 점이 하나 있는데, 절대로 플루토늄을 한 군데에 많이 모아두면 안 된다는 것이다. 핵분열성(fissile) 물질이면 다 그렇듯, 플루토늄을 임계질량 이상으로 많이 모아둘 경우 제어할 수 없는 핵 연쇄반응을 일으키기 때문이다(물론 우라늄-235도 마찬가지다.). 이것을 '임계사고'라고 하며, 이 때문에 죽은 사람이 하나 둘이 아니다.[8] 임계사고가 일어날 경우 그 플루토늄은 푸른 섬광과 열파를 발산하는데, 이걸 봤다면 당신은 이미 피폭되고 있으니 죽을 힘을 다해 도망쳐라. 운이 좋으면 살 수 있을지도 모른다. 근데 임계질량을 좀 많이 초과한 상태면 그냥 포기하자. 폭발한다
참고로 일본사람은 플루토늄을 먹어도 안전한듯하다. 다른 방사능 원소를 먹어도 안전할텐데 뭐...

이름의 유래인 '명왕성'과 독성, 원자폭탄의 이미지가 합쳐져서 원소주기에서는 사신으로 모에화되었다[9]. 또 일본의 원자력 발전 홍보 비디오인 플루토늄 이야기 도움이 되는 친구 플루토군에서는 플로토늄을 마스코트화한 플루토군이 나온다.

스티브 잭슨 게임즈의 보드게임먼치킨 오리지날 팩에 존재하는 진정한 먼치킨 최강 몬스터가 바로 레벨 20의 플루토늄 드래곤이다. 몰라 뭐야~ 그거 무서워~~

카드게임 먼치킨을 RPG로 만든 룰북도 존재하는데 여기서 나오는 플루토늄 드래곤은 처음 태어났을때 HP가 무려 평균 5,504에 힘 수치가 55...근데 2만 4천살을 먹을때마다 반감기를 겪어 덩치와 모든 게임상의 수치가 절반으로 약해져서 241,000살을 먹으면 거의 이녀석을 못 이길 존재가 없을 정도가 되어버린다.(...)

MDK 시리즈의 등장인물인 닥터 호킨스는 이걸 마시고(!) 헐크같은 근육괴물로 일정시간동안 변신한다. 한 플루토늄 하실래예 여기서의 플루토늄은 녹색 액체로 나오지만 실제 플루토늄은 상온에서는 고체다.

호머 심슨은 플루토늄 폐기물을 퍼 먹어도 안 죽었다. 회사에서 벌로 폐기물 다 쳐먹어 했는 데 그냥 잘 먹었다. 당연히 안 죽었다.

백 투 더 퓨처 드로리안 타임머신의 첫 주재료이기도 한다. 그때 마티 맥플라이충공깽이었다고...
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  • [1] 우라늄 238이 들어가긴 들어갔지만, 중성자 반사재 역할 밖에 되지 않았다.
  • [2] 핵분열성인 소량의 우라늄 235를 대부분의 우라늄 238로부터 분리하는 것인데, 동위원소간이므로 이 둘은 화학적으로 동일하다.
  • [3] 원심분리법, 기체확산법, 화학교환법, 원자레이저법 및 분자레이저법 등이 있는데, 현재 제일 많이 써먹는건 기체확산법과 원심분리기법 등이 있다.
  • [4] 우라늄보단 쉽지만, 농축방법은 꽤 복잡하다. 제일 많이 알려지고 많이 써먹는 방법으론 PUREX가 있다.
  • [5] 가채량 계산시 3600년동안 쓸수 있다.
  • [6] 일본을 제외하고 현재 재처리 공장이 있는 곳들은 모두다 핵무기 보유 국가이다.
  • [7] 플루토늄 238의 방사선은 2.5mm정도의 납판이면 차폐가 가능하다.
  • [8] 원자력 사고 중에는 이런 경우가 꽤 있다. 맨해튼 프로젝트에 참가한 과학자들 중 루이스 슬로틴은 임계질량 미만으로 나뉘어 있던 플루토늄 덩어리가 사고로 결합되는 바람에 피폭당하였고, 해리 K. 더그힐란 2세는 임계량 미만의 플루토늄이 연쇄반응을 일으키는 바람에 피폭되었다. 두 사람 모두 오래 버티지 못하고 사망. 파인만 자서전에 비슷한 이야기가 나오는데, 작업자들이 놀라울 정도로 그것에 무지해서, 푸르스름한 빛을 내며 문제가 생기는 걸 보고 기겁해서 처치를 지시한 적이 있다는 일화가 나온다.
  • [9] 오펜하이머 曰. "나는 죽음이요, 세계의 파괴자이니라(I am become Death, the Shatterer of Worlds.)" 바가바드 기타(Bhagavad Gita)라는 힌두교 경전에 나오는 말인데 세계 최초의 핵폭탄, 트리니티의 실험장에서 오펜하이머가 인용.

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