악티늄족

시보그의 새로운 줄

1940년대까지 토륨, 프로트악티늄, 우라늄은 주기율표 본체의 하프늄, 탄탈럼, 텅스텐 아래에 놓여 있었다. 글렌 시보그의 연구진이 아메리슘과 퀴륨을 만들고 이들이 희토류처럼 행동한다는 것을 발견하자, 그는 가장 무거운 원소들이 란타넘족 아래에 두 번째 계열을 이룬다고 제안했다. 동료들은 이 생각이 그의 경력을 망칠 것이라고 경고했다. 그러나 그의 생각은 옳았고, 이후 모든 악티늄족 원소의 발견을 이끌었다.

찾아낸 것이 아니라 만들어 낸 것

자연에 의미 있는 양으로 존재하는 것은 악티늄, 토륨, 프로트악티늄, 우라늄뿐이며, 넵투늄과 플루토늄은 흔적 정도로만 있다. 아메리슘부터의 모든 원소는 원자로, 사이클로트론, 그리고 아인슈타이늄과 페르뮴의 경우에는 수소 폭탄 실험의 잔해 속에서 처음 인공적으로 만들어졌다.

계열의 뒤로 갈수록 만들기는 더 어려워지고 붕괴는 더 빨라진다. 플루토늄은 톤 단위로 만들어지고, 캘리포늄은 전 세계를 통틀어 한 해에 그램 단위로 생산되며, 페르뮴부터 로렌슘까지 가장 무거운 악티늄족 원소는 언제나 한 번에 원자 몇 개씩만 만들어진다.

모든 악티늄족은 방사성

악티늄족 원소 가운데 안정 동위원소를 가진 것은 하나도 없다. 토륨-232와 우라늄-238은 수십억 년에 걸쳐 아주 느리게 붕괴하므로, 지구가 생길 때 만들어진 양의 상당 부분이 아직 남아 있다. 이들의 붕괴는 지구 내부를 데우고, 우리가 땅에서 뽑아내는 헬륨의 대부분을 만들어 낸다.

다른 원소들은 수명이 너무 짧아 그 성질이 이론으로만 알려져 있다. 방사능이 강한 악티늄족 원소를 다루려면 글러브 박스, 원격 조작 장치, 차폐 설비가 필요하다.

에너지, 무기, 그리고 화재 감지기

악티늄족을 유용하게 만드는 바로 그 핵적 성질 때문에 그 폐기물은 관리하기 어렵다. 사용 후 핵연료는 수천 년 동안 위험한 상태로 남으며, 핀란드 같은 나라는 이를 격리하기 위해 심층 지질 처분장을 짓고 있다.

• 우라늄: 세계 전력의 약 10분의 1을 공급하는 원자력 발전소의 연료
• 플루토늄: 핵무기, 원자로 연료, 보이저 같은 우주 탐사선의 플루토늄-238 전원
• 아메리슘: 대부분의 가정용 화재 감지기 속 이온화 선원
• 캘리포늄: 원자로 가동과 물질 분석에 쓰이는 휴대용 중성자원
• 토륨: 우라늄보다 풍부해 미래의 원자로 연료로 거론되는 원소