특별기고

꿈의 원자로라는 것이 있다. 방사성 물질인 핵연료를 핵분열시키면 엄청난 에너지를 생산하고 사용한 연료가 다시 더 월등한 연료로 바뀌는 것이다. 이런 꿈의 원자로에 플루토늄-239와 우라늄-238이 사용된다.

플루토늄 전자상태바닥배치도
플루토늄 전자상태바닥배치도

플루토늄-239는 핵분열을 하기 때문에 원자로의 연료로 쓰인다. 이때 고속 중성자가 방출된다. 이 중성자가 다시 우라늄-238과 충돌해 넵투늄을 거쳐 다시 플루토늄-239를 만든다. 재료는 그대로 다시 만들어지고 에너지는 얻는 것이다.

냉각제로 물을 사용하면 물이 고속 중성자를 감속시켜 저속인 열 중성자로 바꾼다. 냉각로에 소듐을 사용한다고 해서 소듐냉각고속로(SFR; Sodium-cooled Fast Reactor)라고 부른다. 이런 특성을 이용할 경우 기존 경수로보다 핵연료 이용률을 최대 120배 이상 증가할 수 있다. 또 반감기가 긴 핵분열 생성 물질인 폐연료의 방사능 처리기간이 줄어들거나 아예 방사능이 없는 물질로 바꿀 수 있다. 플루토늄 등의 고준위 폐기물 문제를 해결할 가능성이 있는 것이다.

PLUTO

넵투늄을 발견한 맥밀런은 휴가를 끝내고 돌아간 에이벌슨을 뒤로하고 시보그(Glenn Seaborg)에게 연구를 인수인계한다. 시보그는 같은 해 조지프 케네디와 아서 윌과 함께 넵투늄을 이용해 플루토늄을 발견한다. 물론 입자 가속기 안에서이다. 원소 이름은 붕괴 사슬에 따라 천왕성, 해왕성 뒤를 잇는 명왕성(pluto)에서 따왔다. 그래서 92번 우라늄부터부터 원소를 외우기 쉽다. 하지만 단순히 천체의 이름을 딴 것은 아니다. 중의적 표현이기도 하다. 플루토는 그리스 신화에 나오는 지옥의 왕이다. 잘 다루면 인류에 이롭지만 파멸로 이끌 수도 있다는 의미가 내포돼 있다.

Pu

94

원자가전자 : 8

원자량 : 244g/mol

전자배열 : [Rn]5f67s2

plutonium

플루토늄

악티늄족

 

김병민 거의 모든 물질의 화학 작가/한림대 나노융합스쿨 겸임교수
김병민 거의 모든 물질의 화학 작가/한림대 나노융합스쿨 겸임교수

 

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