우라늄 (U)

발견 과정

발견: 1789

The use of pitchblende, uranium in its natural oxide form, dates back to at least the year 79 AD, when it was used in the Roman Empire to add a yellow color to ceramic glazes. Yellow glass with 1% uranium oxide was found in a Roman villa on Cape Posillipo in the Gulf of Naples, Italy, by R. T. Gunther of the University of Oxford in 1912. Starting in the late Middle Ages, pitchblende was extracted from the Habsburg silver mines in Joachimsthal, Bohemia (now Jáchymov in the Czech Republic) in the Ore Mountains, and was used as a coloring agent in the local glassmaking industry. In the early 19th century, the world's only known sources of uranium ore were these mines.

용도와 활용

우라늄 중에서 우라늄-235는 원자력 발전소의 전기 생산 원료로 쓴다. 경수로에 쓰이는 우라늄의 농도는3~5% 정도이다. 이것은 우라늄 농도가 너무 높으면 핵분열이 활발해져 연쇄반응이 일어나서 원자로가 폭발하는 것을 방지하기 위해서이다. 그래서 원자력 발전소에서 쓰는 우라늄은95.5%가 우라늄-238이고, 나머지4.5%는 우라늄-235이다. 핵폭탄에 쓰는 우라늄은99%가 우라늄-235이고1%가 우라늄-238이다. 원자로연료로서 보통 천연 우라늄으로부터 우라늄-235를 분리하거나, 우라늄-238을 플루토늄-239로 변화시켜 사용하고 있으나, 천연 우라늄을 그대로 사용할 때도 있다. 특수한 목적에는 농축시킨 것을 사용하는 경우도 있다(농축 우라늄 사용). 이것은 기체확산분리 과정의 도중에서 뽑아냄으로써 적당한 농축도의 것을 얻을 수 있다. 원자로연료로 여러 가지 형태로 사용되고 있지만 균질로에서는 금속우라늄(때로는 합금 금속우라늄)을 적당히 성형한 것이, 불균질로에서는 황산염, 질산염의 용액이 사용된다. 그 밖에 여러 가지 내식성합금에도 소량 사용되고, 또 이우라늄산나트륨(우라늄황이라고도 한다)으로 유리, 도자기 등의 착색제로도 사용되고 있다.

동위원소

자연에서 발견되는 우라늄 원자 중에서 가장 풍부한 우라늄 원자는 우라늄-238이며, 99.2742%를 차지한다. 그 다음이 원자력 발전소의 원료와 핵폭탄 제조에 많이 쓰이는 우라늄-235이며0.7024%를 차지한다. 우라늄-235는 유일하게 핵분열을 할 수 있으며, 천연에서 매우 적은 비율을 차지하기 때문에 정련하여 옐로케이크라는 우라늄-235가 많은 농축우라늄을 만들어 낸다. 그리고 가장 적은 비율을 차지하는 우라늄-234원자는0.0054%를 차지한다. 우라늄의 반감기는 매우 길고 안정적이다. 반감기는 우라늄-238의 경우44억6800만 년, 우라늄-235의 경우7억380만 년, 우라늄-234의 경우24만5000년이 걸린다. 그 밖에 인공적으로 만든 동위원소를 포함하면 질량수217로부터242까지26종이 존재한다. 천연우라늄은234U(존재 백분율0.0054 %, 반감기24만8000년), 235U(존재백분율0.7024 %, 반감기7억 년), 238U(존재백분율99.2742 %, 반감기45억년) 등3종의 동위원소로 이루어지며, 그 밖에 인공적으로 만든 동위원소를 포함하면 질량수217로부터242까지26종이 존재한다. 235U는 악티늄족 계열 최초의 핵종으로 악티노 우라늄(AcU)이라고도 하며, 열중성자·고속중성자·양성자·i입자·중양성자·i선 등의 충격에 의해서 핵분열하는데, 열중성자에 의한 핵분열에서는 약200MeV의 에너지를 방출하며 평균2.5개의 중성자도 방출한다. 따라서 방출된 중성자가 다른235U원자를 분열시키도록 조건을 주면 연쇄반응을 일으켜 거대한 에너지를 방출한다. 또한 순수한235U에서는1g당 매초 약3만분의1개의 원자가 자발 핵분열을 일으키므로 일정량 이상 모이면 연쇄반응에 의해서 핵폭발이 일어난다. 이것을 이용한 것이1945년8월6일 일본 히로시마에 투하된 최초의 원자폭탄