핵무기의 원료, 우라늄은 무엇인가?
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핵무기의 원료, 우라늄은 무엇인가?
우라늄은 다양한 목적으로 사용되는 화학 원소로,
원자력 발전소에서 에너지를 생산하기 위해
가장 일반적으로 사용된다. 하지만 이 중금속은
핵폭탄 같은 대량살상무기에 사용될 수 있기 때문에
나쁜 평판을 받기도 한다.
최근 우크라이나의 분쟁과 러시아의 핵무기 사용
잠재적 위협으로 주목받기도 했다.
사진을 통해 우라늄에 대해 자세히 알아보자!
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우라늄의 발견
우라늄은 1789년 독일의 화학자
마르틴 하인리히 클라프로트에 의해 발견되었다.
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우라늄의 발견
클라프로트는 피치블렌드을 연구하고 있었는데,
비정상적인 화학 반응 후에
그는 그것이 피치블렌드가 아니며
새로운 원소를 발견했다는 결론을 내렸다.
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이름
클라프로트는 이 새로운 원소의 이름을
천왕성(Uranus)의 이름을 따서 지었다.
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고대
우라늄은 아주 오랫동안 존재해 왔다.
우라늄 사용에 대한 기록은
산화우라늄이 유리와 세라믹 유리에 착색제로
사용되었던 서기 79년으로 거슬러 올라간다.
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우라늄의 빛
우라늄이 유리에 사용되었을 때,
그것은 어둠 속에서 빛이 난다.
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우라늄의 색
순수한 우라늄은 은색이지만,
공기에 노출되면 빠르게 산화된다.
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순수 우라늄
1841년 프랑스의 화학자 외젠 멜키오르 펠리고가
순수 우라늄을 분리하였다. 그는 사염화우라늄을
칼륨으로 가열함으로써 우라늄을 분리했다.
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방사능
1896년 프랑스의 물리학자 앙투안 베크렐은
우라늄 염을 사진판 위에 덮은 검은 종이 위에 놓으면,
우라늄 염에서 나온 선이 종이를 투과해서
사진판에 자국을 남기는 것을 발견해
우라늄이 방사능이라는 것을 최초로 발견했다
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방사능
유명한 폴란드 과학자 마리 퀴리는
베크렐의 발견에 따라
"방사능"이라는 용어를 만들었다.
마리 퀴리는 그녀의 남편인
프랑스 과학자 피에르 퀴리와
함께 방사능 연구의 선구자였다.
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이것은 어디서 오는가?
우라늄은 약 66억년 전에
초신성에서 형성되어 지구로 왔다고 믿어진다.
원소의 느린 방사성 붕괴는 행성 내부의 주요 열원이다.
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은보다 우라늄이 더 풍부하다.
우라늄은 지각암에서 48번째로 풍부한
원소로 은보다 40배나 풍부하다.
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붕괴율
대부분 우라늄의 붕괴율은
우라늄의 종류에 따라 다르지만, 매우 낮다.
예를 들어, 우라늄-238의 반감기는 45억 년이고,
우라늄-234의 반감기는 245,500년이다.
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붕괴율
예외적으로 인공적으로 만들어지고
반감기가 0.5 밀리초인 우라늄-214가 있다!
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우라늄은 방사능이 가장 강한 원소는 아니다.
낮은 붕괴율은 일반적으로 우라늄의 방사능이
그렇게 강하지 않다라는 것을 의미한다.
가장 방사능이 강한 원소는
사실 폴로늄으로, 반감기는 138일이다.
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핵분열
이것은 폭발 잠재력과 관련해 결코 우라늄이
안전하다는 것을 의미하지는 않는다.
이것은 매우 많은 양의 에너지가 방출되는
핵분열이라고 불리는 반응 때문이다.
우라늄-235는 우라늄의 또 다른 동위 원소이다.
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핵폭탄
핵분열은 원자폭탄의 기본 원리이다.
예를 들어 히로시마에서 폭발한 폭탄(리틀 보이)은
1kg 미만의 우라늄이 폭파했고,
폭발력은 15kt(TNT 1.5만 톤의 위력)과 맞먹었다.
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핵폭탄
폭탄의 우라늄 중 1.38%만이 핵분열을 겪었다.
이 폭탄에는 총 64kg의 우라늄이 들어 있었다.
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농축 우라늄 핵분열
우라늄 핵분열을 더 효율적으로 만들기 위해서는
농축되어야 하며, 원자력 발전소는
에너지를 생산하기 위해 농축 우라늄을 사용한다.
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열화우라늄
남은 제품은 열화우라늄으로
총알이나 탱크 갑옷과 같은 것에 사용된다.
열화우라늄은 천연우라늄의
거의 절반의 방사능을 가지고 있다.
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고체산화우라늄
옐로케이크는
고체 우라늄 산화물에 붙여진 이름이다.
이 우라늄은 농축되기 전에 종종
상용화되는 노란색 분말 형태이다.
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우라늄 채굴
우라늄은 전 세계 20개국에서 채굴된다.
그 대부분은 카자흐스탄, 나미비아, 캐나다,
호주, 니제르, 러시아에서 온다.
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우리는 모두 우라늄에 노출되어 있다.
우리는 모두 자연적으로
아주 적은 양의 우라늄에 노출된다.
이 정도의 노출은 안전하지만
음식, 물, 흙, 공기를 통해 발생한다.
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누가 원자력을 사용하는가?
세계 전기의 약 10%가 원자로에서 생산된다.
예를 들어, 미국은 전력의 약 20%를
원자력 발전소에서 얻는 반면,
벨기에, 스웨덴, 우크라이나와 같은 나라들은
30% 이상을 얻는다.
반면에 프랑스는
전력의 70% 이상을 원자로에서 얻는다.
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방사성 동위원소
방사성 동위원소는 어떤 원소의 동위원소 중
핵이 불안정하여 보다 안정한 상태로 바뀌는 과정에서
에너지를 가지는 입자를 방출하는 방사성붕괴를 하는
동위원소를 말한다.
이것들은 또한 "중성자와 양성자의 불안정한 조합
또는 그들의 핵에 과도한 에너지를 포함하는 원자"로
설명될 수 있다.
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핵에너지의 기타 용도
우리는 1950년대부터 인공적으로 생산된
방사성동위원소를 다양한 용도로 사용해왔고,
우리의 삶에 미치는 영향은 엄청나다.
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의학
방사성 동위원소는 진단과 연구에 널리 사용된다.
예를 들어, 암을 치료하기 위해 사용되는 방사선 치료는
방사성 동위원소를 사용한다.
감마선은 또한 광범위한 의료 기구를 살균하는데 사용된다.
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음식
방사성 동위원소는 해충을 죽이는 것에서부터
과일과 채소의 성숙을 조절하는 것까지
음식 보존에 사용된다.
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농작물 및 가축
방사성 동위원소는 농작물과 가축 사육에도 유용하다.
이것은 질병과 날씨의 영향에 더 강한 농작물을
생산하는데 사용된다.
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핵확산금지조약
우라늄은 에너지를 생산하는 데 사용되며
핵확산금지조약(NPT)에 서명한 국가들에 판매된다.
NPT는 우라늄이 평화적인 목적으로 사용되고 있는지
확인하기 위해 국제적인 검사를 허용한다.
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군비축소
1990년대에 광범위한 핵군축 이후,
이전에 군사용으로 사용되었던 많은 우라늄이
전기 생산에 이용 가능하게 되었다.
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군비축소
세계 원자력 협회에 따르면
"2013년까지 20년 동안 미국 전기의 10분의 1이
러시아 무기 우라늄으로 만들어졌다."
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