플루토늄

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Plutonium
([영어식 발음: 플루토우니엄])악티늄족 원소의 일종으로, 원자번호 94번.

주기표|<:>족→
주기↓
123456789101112131415161718
1HHe
2LiBeBCNOFNe
3NaMgAlSiPSClAr
4KCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrKr
5RbSrYZrNbMoTcRuRhPdAgCdInSnSbTeIXe
6CsBaHfTaWReOsIrPtAuHgTlPbBiPoAtRn
7FrRaRfDbSgBhHsMtDsRgCnNhFlMcLvTsOg
LaCePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLu
AcThPaUNpPuAmCmBkCfEsFmMdNoLr
범례
원소 분류 (배경색)
알칼리 금속알칼리 토금속란타넘족악티늄족전이 금속전이후 금속
준금속비금속할로젠비활성 기체미분류
상온(298K(25°C), 1기압 )원소 상태 (글자색)
고체 액체 기체 미분류
이탤릭체 : 자연계에 없는 인공원소 또는 극미량으로 존재하는 원소

[include(틀:주기율표/설명문서)]

순도 99.96%짜리 플루토늄 링. 무게 5.3kg, 지름 약 11cm로서 이걸로 핵무기도 하나 만들 수 있다. 폭약으로 압축되든, 해머로 찍든 뭉쳐놓기만 하면 핵 연쇄반응이 일어난다.자발적 핵 분열로 열이 방출되어 빛을 내는 플루토늄-238. 1kg에서 약 560W의 열이 나오며, 우주탐사선 등에 탑재되는 플루토늄 원자력 전지는 이 열을 전기로 변화시키는 것이다.
플루토늄 238을 이용한 원자력 전지를 사용한 페이스메이커우주 탐사선에 넣을 원자력 전지안에 들어갈 플루토늄

1 개요

93번 원소넵투늄이 발견되었을 때, 이미 94번 원소로서 그 존재가 예상되었으나 그 당시는 관찰할 수가 없었다. 1940년 캘리포니아대학교 버클리캠퍼스의 시보그, 맥밀런 등에 의해서, 사이클로트론으로 우라늄 238에 중수소(重水素)를 충격하여 만든 넵투늄 238의 β붕괴에서 질량수 238인 동위원소가 처음으로 만들어졌다. 그런데 플루토늄을 만들고 후에 우라늄 광석을 조사하다가 우라늄 붕괴 산물에서 나온 극미소량의 자연생성 플루토늄이 발견되었지만 대부분은 인공적으로 만들어 지는 인공원소이다.

이 신원소는 태양계의 행성이었던 명왕성(Pluto)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. 사실 우라늄으로 만든 핵무기는 초창기 외는 굉장히 적은 편이고 현대의 핵무기는 대부분 플로토늄으로 만들어진다.

핵무기에는 플로토늄239가 쓰이는데 이걸 만드는 방법은 원자로에서 핵분열물질인 우라늄235를 핵분열 시키면 핵분열에서 나온 중성자가 핵분열물질이 아닌 우라늄238 에 흡수되어 우라늄239나 넵트늄을 거쳐서 플로토늄239가 된다. 그다음에는 화학적으로 분리해낼 수 있다. 또 핵연료로 쓰이는 우라늄235는 천연 우라늄의 0.8%밖에 안되는 소량이지만 이를 태우고 나서 재처리를 해서 나오는 플로토늄239는 태운 우라늄235보다 훨씬 많은 양을 생산할 수 있으므로 태운 우라늄 연료보다 생산하는 플로토늄 연료가 더 많다. 그래서 이렇게 핵분열 연료를 증식시키는 방식의 원자로가 바로 고속증식로이다.

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. 게다가 플루토늄의 경우 임계질량도 우라늄보다 작다. 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. EDF의 경우 라 아그에서 만든 MOX 연료를 일반 경수로에 박아넣어 사용하고 있다.

핵폭탄이나 원자로의 핵연료의 재료로 쓰이는 플로토늄239 외에 동위원소로 플로토늄 238 도 있는데 이것도 유용하다. 이건 핵폭탄이나 원자로의 연료로는 쓸수 없지만 붕괴하면서 차폐가 쉬운 알파선만 내고 반감기가 88년 정도로 적당해 장기간 일정한 에너지를 발생시켜야 하는 원자력 전지용으로 최적의 연료이다. 그래서 NASA의 우주탐사선용 원자력전지도 대부분 플루토늄 238 을 연료로 사용해 왔는데 이게 생산시설의 유지비가 비싸서 미국은 1988년 이후로 생산을 중단해 재고가 거의 없다. 지금은 원자력 전지 2대 만들기에도 좀 부족한 양 밖에 남아있지 않다. 당분간 생산 재개도 쉽지않고 러시아도 생산을 중단해 수입도 어렵다. 그래서 2011년 발사된 목성 탐사선 Juno는 목성 탐사선으로는 최초로 원자력 전지 대신 커다란 태양전지를 사용하고 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. 그러나 아직까지는 플루토늄으로 인한 사망 사례는 보고되지 않았다.플루토늄의 동위원소는 페이스메이커의 전력원으로 사용되기도 하는데, 50~300명 정도의 사람들이 플루토늄을 몸에 넣고 잘 살아있다.[7]

참고로 이건 어디까지나 순수 플루토늄의 이야기. 플루토늄 산화물로 가면 이야기가 180도 달라진다. 플루토늄 산화물은 악마의 재라는 별칭이 있을 정도로 독성이 강한 물질로, 현존 최악의 독극물 중 하나다. 인간이 지금껏 만들어낸 물질들 중 가장 강력한 독성을 지니고 있다고. 당연히 해독제 역시 있을 리가 없다. 물론 워낙에 보기 힘든 물질이니 이걸 볼 일이 많지는 않지만.

'앗!' 시리즈에서 나온 소리 때문에 '플루토늄의 독성이 킹왕짱이다!'라고 알고 있는 사람들도 많은 모양인데 딱히 그렇지는 않은 듯. [참고자료]에서 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 수도 있다. 임계질량을 좀 많이 초과한 상태면 그냥 포기하자. 너는 이미 죽어있다 또 임계질량에 못미치는 플로토늄이라도 중성자를 잘 반사하는 재질(흑연, 베릴륨, 강철, 텅스텐 카바이드 등) 이 가까이 있으면 중성자 밀도가 높아져 임계사고가 일어나고 데몬 코어 사고 등 실제 사고의 원인이 었다.


2 여담

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. 오프닝마다 맨날 등에 넣고 퇴근하는데 내성이 생긴거다. 사실 핵전쟁 이후의 세상을 위한 내성 기르기다.
11기에서는 토마토와 담배씨를 섞어 뿌린 밭에 플루토늄을 가득 뿌렸다. 그 덕에 토마토 비슷한 괴과일이 자랐는데 토마코라 이름붙여 개당 1달러에 팔았다. 맛은 끔찍했지만 담배 특유의 중독성때문에 초대박이 났다(…).

Nuclear Throne에서는 주인공 돌연변이들에게 경험치의 역할을 하며 이것을 일정치 모아 캐릭터의 레벨이 오를 때마다 새로운 돌연변이를 얻어 강해진다.

던전 크롤에는 이것으로 만든 검이 있다. 적에게 방사능을 안겨주자

백 투 더 퓨처 드로리안 타임머신의 첫 주재료이기도 한다. 그때 마티 맥플라이충공깽이었다고 했다나.(…)

별의 커비(애니메이션)에서는 이 이것을 담은 용기를 쇠망치로 개발살내기도 했다. 애니라서 가능한 얘기지, 실제였다면 피폭 크리.

블루팀 스카웃의 봉크 원자맛 음료에 첨가되어 있다.(…)

  1. 우라늄 238이 들어가긴 들어갔지만, 중성자 반사재 역할 밖에 되지 않았다. 우라늄 238은 자체적으로 핵폭발을 시킬 수도 없다.
  2. 핵분열성인 소량의 우라늄 235를 대부분의 우라늄 238로부터 분리하는 것인데, 동위원소간이므로 이 둘은 화학적으로 동일하다. 게다가 U238에 비해 그 양도 턱없이 적기 때문에 그만큼 더 비싸진다.
  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.