프로메튬

3. 역사

1902년 체코의 화학자 보후슬라프 브라우너(Bohuslav Brauner)는 네오디뮴과 사마륨 사이의 성질 차이가 당시 알려진 란타넘족 원소들 중 가장 크다는 것을 발견하고, 그 사이에 중간적인 성질을 가진 원소가 존재할 것이라고 제안했다.^[21] 1914년 헨리 모즐리(Henry Moseley)는 원자번호가 실험적으로 측정 가능한 원소의 성질임을 발견하고, 몇몇 원자번호에 해당하는 원소가 알려져 있지 않다는 것을 알아냈는데, 61번 원소도 그 중 하나였다.^[22]

이후 여러 연구팀이 61번 원소를 찾기 위한 노력을 시작했고, 1926년에는 두 팀이 발견을 주장하기도 했다. 이탈리아의 과학자들은 모나자이트(monazite)에서 분리한 용액에서 61번 원소의 X선 스펙트럼을 얻었다고 주장하며 "플로렌티움(florentium)"이라는 이름을 붙였고,^{[25][26][27][28][29][30]} 미국의 과학자들은 "일리늄(illinium)"이라는 이름을 제안했다.^[31][32][33] 그러나 이들의 발견은 모두 불순물에 의한 오인으로 밝혀졌다.

1934년 요제프 마타우흐(Josef Mattauch)가 마타우흐 동중원소 규칙(Mattauch isobar rule)을 발표하면서 61번 원소가 안정한 동위원소를 가질 수 없다는 것이 밝혀졌다.^[34]

프로메튬은 1945년 오크리지 국립 연구소에서 제이콥 A. 마린스키(Jacob A. Marinsky), 로렌스 E. 글렌데닌(Lawrence E. Glendenin), 찰스 D. 코리엘(Charles D. Coryell)이 우라늄 핵분열 생성물을 분석하는 과정에서 처음으로 발견되었으나,^[36][37] 제2차 세계 대전으로 인해 1947년에야 공식 발표되었다.

3. 1. 61번 원소 탐색

3. 2. 프로메튬의 발견과 합성

4. 자연에서의 존재

5. 생산

프로메튬은 자연에서 극미량으로 발견되거나, 핵반응을 통해 인공적으로 생성된다.

우라늄-238의 자발 핵분열 생성물로서 자연에서 생성될 수 있다. 피치블렌드 샘플에서는 질량으로 4 × 10⁻¹⁸ 농도의 프로메튬이 함유된 것으로 밝혀졌다.^[17] 지구 지각에는 우라늄으로 인해 560g의 프로메튬이 존재하는 것으로 추정된다.^[18]

1965년, 올라비 에라메츠는 아파타이트에서 정제된 희토류 농축물에서 미량의 ¹⁴⁷Pm을 분리하여 자연계에서 프로메튬의 존재량 상한선이 10⁻²¹임을 밝혔다. 이는 우라늄의 자연 핵분열이나 ¹⁴⁶Nd의 우주선 파쇄에 의해 생성되었을 수 있다.^[15]

안드로메다자리의 별 HR 465의 스펙트럼에서도 프로메튬이 확인되었으며, HD 101065(프리빌스키의 별)와 HD 965에서도 발견되었다.^[19] 프로메튬 동위원소의 반감기가 짧기 때문에, 이들은 그러한 별의 표면 근처에서 생성되어야 한다.^[20]

산업적으로 응용되는 유일한 동위원소는 프로메튬-147이다. 프로메튬-147은 주로 우라늄-235에 열중성자를 충돌시켜 대량으로 생산되며, 총 생산량의 2.6%를 차지한다.^[45] 다른 방법으로는 네오디뮴-147을 이용하는 방법이 있는데, 네오디뮴-147은 짧은 반감기를 가지고 프로메튬-147로 붕괴한다. 네오디뮴-147은 풍부화된 네오디뮴-146에 열중성자를 충돌시키거나,^[45] 입자 가속기에서 탄화우라늄 표적에 고에너지 양성자를 충돌시켜 얻을 수 있다.^[42] 또는, 우라늄-238에 고속 중성자를 충돌시켜 고속 핵분열을 일으켜서 생성할 수도 있다.^[43]

1960년대 초, 오크리지 국립 연구소는 연간 650그램의 프로메튬을 생산할 수 있었으며,^[44] 세계 유일의 대량 생산 시설이었다. 미국에서는 1980년대 초 프로메튬의 그램 단위 생산이 중단되었지만, 2010년 이후 재개될 가능성이 있다. 2010년 기준으로 러시아는 상대적으로 대량으로 프로메튬-147을 생산하는 유일한 국가였다.^[45]

6. 응용

프로메튬-147은 실험실 밖에서 사용되는 유일한 프로메튬 동위원소이다.^[20] 주로 산화물이나 염화물 형태로 사용되며, 반감기가 비교적 길고 감마선을 방출하지 않아 비교적 안전하다.^[20]

일부 신호등에는 프로메튬-147을 포함한 야광 페인트가 사용된다. 이 페인트는 프로메튬-147이 방출하는 베타선을 흡수하여 빛을 내는 형광체를 포함하고 있다.^[20] 과거에는 라듐-226이 야광 도료에 사용되었지만, 안전 문제로 인해 프로메튬-147과 삼중수소로 대체되었다.^[46]

원자력 전지에서는 프로메튬-147이 방출하는 베타 입자를 작은 프로메튬 광원에 두고, 두 개의 반도체 판 사이에서 전류로 변환한다.^[3][20] 최초의 프로메튬 기반 배터리는 1964년에 조립되었으며, 약 5년의 수명을 가진다.^[48][3]

프로메튬은 재료의 두께를 측정하는 데에도 사용된다.^[20] 프로메튬 광원에서 나오는 방사선의 양을 측정하여 재료의 두께를 파악한다.^[49] 또한, 휴대용 X선 광원, 우주 탐사선 및 인공위성의 보조 열원이나 전력원으로 사용될 가능성이 있다.^[50]

프로메튬-147은 일부 필립스 CFL(소형 형광등) 글로우 스위치에도 사용된다.^[52] 과거 시계 문자판 등의 야광 도료에도 사용되었으나, 안전 문제로 현재 일본에서는 사용이 제한되고 있다.

7. 주의사항

프로메튬은 생물학적 역할이 없다. 프로메튬-147은 베타 붕괴 과정에서 모든 생명체에 위험한 감마선을 방출한다.^[53] 소량의 프로메튬-147을 다룰 때는 일정한 주의사항을 준수하면 위험하지 않다.^[54] 일반적으로 장갑, 신발 덮개, 안전 고글, 그리고 쉽게 제거할 수 있는 보호복을 착용해야 한다.^[55]

프로메튬이 인체 எந்த 기관에 영향을 주는지 알려져 있지 않지만, 골조직이 영향을 받을 가능성이 있다.^[55] 밀봉된 프로메튬-147은 위험하지 않으나, 포장이 손상되면 환경과 인간에게 위험해진다. 방사능 오염이 발견되면 오염된 지역을 비누와 물로 씻어야 하지만, 프로메튬은 주로 피부에 영향을 미치므로 피부를 긁어서는 안 된다. 프로메튬 누출이 발견되면 해당 지역을 위험 지역으로 지정하고 대피시킨 후, 응급 서비스에 연락해야 한다. 방사능을 제외하고는 프로메튬의 위험은 알려져 있지 않다.^[55]

참조

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