폴로늄: 원소 속성, 용도, 이력 및 안전성

설명

폴로늄은 희귀하고 방사능이 강한 원소입니다. 폴로늄은 화력발전, 정전기 제거, 생물의학 연구 등 다양한 분야에 사용됩니다. 그러나 안전 문제로 인해 사용이 제한됩니다.

폴로늄의 역사와 생산

퀴리 부부가 폴로늄을 발견한 것은 방사능과 핵화학 연구에 있어 중요한 이정표였습니다. 폴로늄은 화학적 방법을 사용하여 우라늄 광석에서 분리되었고, 그 방사능은 곧바로 폴로늄의 결정적인 특성이 되었습니다. 시간이 지남에 따라 과학자들은 폴로늄의 독특한 특성을 활용하는 방법을 배웠지만, 희귀성과 방사능 특성으로 인해 폴로늄 생산에 어려움이 있었습니다.

폴로늄을 생산하는 주요 방법은 일반적으로 원자로에서 비스무트 표적에 중성자를 조사하는 것입니다. 이러한 중성자 조사는 비스무트를 폴로늄의 가장 일반적인 동위원소 중 하나인 폴로늄-210으로 변환합니다. 폴로늄을 추출하고 정제할 때는 자연적으로 풍부하지 않고 다른 부산물이 존재하기 때문에 복잡하고 정교한 화학적 분리가 많이 필요합니다. 따라서 생산 공정이 매우 복잡하기 때문에 생산량이 매우 제한적이고 고가의 원소로 남아 있습니다.

화학적 특성 설명

폴로늄은 원자 번호 84번의 칼코겐 그룹에 속하는 방사성 금속 원소입니다. 일반적으로 +2 산화 상태를 가정하지만 조건이 허용하는 경우 +4 상태도 취할 수 있습니다. 이러한 산화 상태를 통해 폴로늄은 핵화학에서 관심의 대상이 되는 칼코게나이드 및 할로겐화물을 포함한 금속 및 비금속과 다양한 화합물을 형성할 수 있습니다.

방사능은 폴로늄의 자체 가열로 이어져 화학 반응의 동역학에 영향을 미칠 수 있습니다. 이러한 자체 가열 특성은 폴로늄이 고도로 통제된 실험실 조건에서 연구되는 많은 이유 중 하나입니다. 폴로늄의 화합물은 칼코겐 그룹의 더 가벼운 원소 화합물에 비해 덜 안정적이어서 작업의 복잡성을 더욱 가중시킵니다.

물리적 특성

자세한 내용은 Stanford Advanced Materials (SAM).

열 및 전기적 특성

폴로늄의 열적 및 전기적 특성은 방사능 특성을 고려한 것입니다. 폴로늄은 열을 효과적으로 방출하여 우주 임무를 포함한 열전 용도에 응용할 수 있습니다. 폴로늄의 알파 방사능 방출은 몇몇 특수한 산업 및 과학적 용도에서 폴로늄의 핵심적인 중요성 중 하나입니다. 그러나 방사능으로 인해 다른 부품의 작동을 방해하고 심각한 안전 위험을 초래할 수 있기 때문에 전기 회로 내에서 광범위하게 사용되지는 않습니다.

폴로늄의 용도

폴로늄의 방사능과 희귀성에도 불구하고 산업적, 과학적, 생의학적으로 폴로늄이 사용되는 용도는 거의 없습니다. 다음은 몇 가지 주목할 만한 용도입니다:

1. 정전기 제거

사진 필름과 같은 재료에서 정전기를 제거하기 위해 브러시 및 기타 장치에 적용되며 섬유 공장에서 사용됩니다. 폴로늄에서 방출되는 알파 입자는 정전기를 중화시키는 데 매우 효과적이어서 민감한 물질에 먼지와 입자가 쌓이는 것을 방지합니다.

2. 우주 장비용 열전기 전력

폴로늄의 동위원소인 폴로늄-210은 열전 발전기, 특히 우주 위성의 열원 역할을 합니다. 우주의 차가운 진공 상태에서 폴로늄의 방사성 붕괴는 열 에너지를 안정적으로 공급하여 전기 장비를 따뜻하게 유지하고 기능을 유지하는 데 도움이 됩니다. 특히 태양광 발전이 효과적이지 않은 심우주 임무에서 유용합니다.

3. 생의학 연구

Po-210은 강력한 알파 방출로 인해 일부 생의학 연구에 사용되었습니다. 안전 문제로 인해 기초 연구에는 사용이 제한되어 있지만, 방사선 치료 및 기타 의료 응용 분야와 관련된 연구는 이 동위원소가 활용된 일부 분야입니다. 방사능 특성은 특정 표적 치료에 가치를 제공하지만, 취급 위험으로 인해 사용이 엄격하게 통제됩니다.

4. 핵 배터리

폴로늄-210은 심박조율기나 우주선 등 일부 원격 또는 장기 사용 애플리케이션에 사용되는 핵 배터리에 사용되는 것으로 고려되어 왔습니다. 알파 방사선은 오랜 기간 동안 일관된 에너지원을 제공하지만, 안전 문제로 인해 광범위한 사용이 제한됩니다.

안전 및 위험

폴로늄은 높은 수준의 방사능, 특히 방출하는 알파 방사능으로 인해 매우 위험합니다. 알파 입자는 피부를 투과할 수 없지만 폴로늄을 삼키거나 흡입하여 체내로 흡수하면 심각한 손상을 일으킬 수 있습니다. 소량의 폴로늄-210에 노출되더라도 실제로는 치명적입니다.

폴로늄을 취급하려면 특수 장비와 예방 조치가 필요합니다. 폴로늄을 다루는 실험실에는 차폐된 인클로저가 있어야 하며, 이러한 절차에 참여하는 직원은 오염을 방지하는 보호 장비를 착용해야 합니다. 또한 방사성 물질은 환경을 오염시키지 않기 위해 엄격한 프로토콜에 따라 폐기하고 보관해야 합니다.

2006년 폴로늄-210을 독극물로 투여한 전 러시아 스파이 알렉산더 리트비넨코의 독살 사건은 폴로늄의 위험성을 비극적으로 보여주었습니다. 이 사건으로 폴로늄의 위험성과 취급 시 주의가 필요하다는 사실이 전 세계적으로 알려졌습니다.

자주 묻는 질문

1. 폴로늄이란 무엇이며 어디서 발견되었나요?

폴로늄은 1898년 마리 퀴리와 피에르 퀴리에 의해 발견된 강력한 방사성 원소입니다. 이 이름은 마리 퀴리의 모국인 폴란드에서 유래되었습니다.

2. 폴로늄은 어떻게 생산되나요?

폴로늄은 원자로에서 비스무트 표적을 중성자에 노출시켜 만들어집니다. 이렇게 하면 비스무트가 폴로늄-210으로 변환됩니다. 그런 다음 복잡한 화학적 분리 기술을 통해 원소를 얻습니다.

3. 폴로늄의 주요 응용 분야는 무엇인가요?

폴로늄과 관련된 응용 분야에는 정전기 제거기, 우주 응용 분야의 열원, 핵 배터리 및 알파 방사선을 활용하는 생물의학 응용 분야가 있습니다.

4. 폴로늄은 왜 위험한가요?

폴로늄은 방사능이 높기 때문에 독성이 매우 강합니다. 폴로늄의 알파 방사선은 섭취하거나 흡입하면 생체 조직에 매우 파괴적입니다.

5. 폴로늄을 취급할 때 어떤 안전 예방 조치가 필요하나요?

폴로늄은 방사성 원소이므로 매우 주의해서 취급해야 합니다. 특수 장비, 차폐된 실험실, 엄격한 안전 프로토콜을 통해 작업자의 오염과 피해를 방지해야 합니다.