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라듐

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목차

1. 개요

라듐은 1898년 마리 퀴리와 피에르 퀴리 부부에 의해 발견된 방사성 원소이다. '광선'을 뜻하는 라틴어에서 유래된 이름처럼, 라듐은 에너지를 방출하며, 피치블렌드에서 추출되었다. 라듐은 은백색 금속으로, 공기 중에 노출되면 검게 변하고, 2족 원소로 +2의 산화수를 갖는다. 라듐은 시계 야광 페인트, 암 치료 등에 사용되었으나 방사능 위험성으로 인해 현재는 제한적으로 사용된다. 라듐 걸스 사건과 라디토르 사건 등 라듐과 관련된 여러 사건들이 발생했다.

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  • 라듐 - 라듐 동위 원소
    라듐은 총 33개의 동위 원소가 알려져 있으며, 자연에서는 4가지 동위 원소가 발견되고, 라듐-226이 가장 안정적이며 과거에 사용되었으나 현재는 안전 문제로 사용이 제한된다.
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라듐
라듐 정보
라듐-226
라듐-226
원소 이름라듐
일본어 이름라ジウム
영어 이름Radium
독일어 이름Radium
라틴어 이름Radium
문화어 이름라디움
원자 번호88
원소 기호Ra
발음/?re?di?m/
왼쪽 원소프랑슘
오른쪽 원소악티늄
위쪽 원소바륨
아래쪽 원소운비닐륨
분류알칼리 토금속
족2
주기7
구역s
겉모습은백색
원자 정보
원자 질량(226)
전자 배치[Rn] 7s2
껍질 당 전자 수2, 8, 18, 32, 18, 8, 2
상태고체
밀도 (상온)5.5 g/cm³
녹는점973 K (700 °C, 1292 °F)
끓는점2010 K (1737 °C, 3159 °F)
융해열8.5 kJ/mol
기화열113 kJ/mol
증기압1 Pa: 819 K
10 Pa: 906 K
100 Pa: 1037 K
1 kPa: 1209 K
10 kPa: 1446 K
100 kPa: 1799 K
결정 구조체심 입방 구조
산화 상태2 (강염기성 산화물)
전기 음성도0.9
이온화 에너지1차: 509.3 kJ/mol
2차: 979.0 kJ/mol
공유 반지름221 ± 2 pm
반데르발스 반지름283 pm
자기 정렬반자성
전기 저항 (20°C)1 μΩ·m
열전도율18.6 W/(m·K)
동위 원소
동위 원소질량수: 223
존재비: 미량
반감기: 11.43 d
붕괴 방식: α
붕괴 에너지: 5.99 MeV
붕괴 후 원자핵: 219Rn
질량수: 224
존재비: 미량
반감기: 3.6319 d
붕괴 방식: α
붕괴 에너지: 5.789 MeV
붕괴 후 원자핵: 220Rn
질량수: 226
존재비: ~100%
반감기: 1601 y
붕괴 방식: α
붕괴 에너지: 4.871 MeV
붕괴 후 원자핵: 222Rn
질량수: 228
존재비: 미량
반감기: 5.75 y
붕괴 방식: β-
붕괴 에너지: 0.046 MeV
붕괴 후 원자핵: 228Ac
기타
CAS 등록 번호7440-14-4

2. 역사

1898년 마리 퀴리와 피에르 퀴리 부부는 북부 보헤미아에서 산출된 피치블렌드에서 라듐을 발견하였다.[18] 퀴리 부부는 야히모프산의 우라니나이트(피치블렌드) 샘플을 연구하던 중, 우라늄을 제거하고 남은 물질에서 방사능이 나오는 것을 발견했다. 1898년 7월, 피치블렌드를 연구하여 폴로늄을 분리하였고, 이후 방사성 혼합물에서 밝은 녹색 불꽃색을 내는 바륨 화합물과 이전에 기록된 적이 없는 카르민 스펙트럼선을 내는 방사성 화합물을 발견하였다. 이 방사성 화합물은 바륨 화합물과 유사하지만 용해도가 낮아 분리가 가능했고, 퀴리 부부는 1898년 12월 26일 프랑스 과학 아카데미에 이 발견을 발표했다.[19] 라듐(radium)이라는 이름은 '광선'을 뜻하는 라틴어 ''radius''에서 유래한 프랑스어에서 따온 것으로, 라듐이 광선 형태로 에너지를 방출하는 것을 나타낸다.[20]

앙드레 카스타뉴의 그림, 라듐을 실험하는 마리 퀴리와 피에르 퀴리


1927년 미국 표준국이 보관했던 염화라듐 시험관. 당시 미국의 방사능 기준이 되었다.


퀴리 부부는 방사선 측정과 분광학적 측정을 통해 피치블렌드에서 바륨과 비슷한 화학적 거동을 보이는 방사성 물질을 발견했다. 이들은 피치블렌드에 새로운 물질이 있다고 생각하고, 바륨으로부터 이를 분리하여 정제하는 과정을 거쳐 인광을 발하는 염화 라듐을 얻었고, 이를 통해 라듐의 존재를 증명했다.

1910년 9월, 마리 퀴리와 앙드레 루이 드비에르는 순수한 수은 음극을 사용하여 순수한 라듐 염화물(RaCl2) 용액을 전기 분해하여 라듐-수은 아말감을 생성하고, 이를 수소 기체 분위기에서 가열하여 수은을 제거하여 순수한 라듐 금속을 분리했다.[22][23] 같은 해, E. 에블러는 라듐의 아지드 Ra(N3)2의 열분해를 통해 라듐 금속을 분리했다.[24][25]

방사능의 일반적인 역사적 단위인 퀴리는 226Ra의 방사능을 기반으로 한다. 원래는 1그램의 라듐-226의 방사능으로 정의되었지만,[28] 나중에 3.7 × 1010 초당 붕괴수로 정의가 수정되었다.[29]

2. 1. 발견

1898년 마리 퀴리와 피에르 퀴리 부부는 북부 보헤미아에서 산출된 피치블렌드에서 라듐을 발견하였다.[18] 퀴리 부부는 야히모프산의 우라니나이트(피치블렌드) 샘플을 연구하던 중, 우라늄을 제거하고 남은 물질에서 방사능이 나오는 것을 발견했다. 1898년 7월, 피치블렌드를 연구하여 폴로늄을 분리하였고, 이후 방사성 혼합물에서 밝은 녹색 불꽃색을 내는 바륨 화합물과 이전에 기록된 적이 없는 카르민 스펙트럼선을 내는 방사성 화합물을 발견하였다. 이 방사성 화합물은 바륨 화합물과 유사하지만 용해도가 낮아 분리가 가능했고, 퀴리 부부는 1898년 12월 26일 프랑스 과학 아카데미에 이 발견을 발표했다.[19] 라듐(radium)이라는 이름은 '광선'을 뜻하는 라틴어 ''radius''에서 유래한 프랑스어에서 따온 것으로, 라듐이 광선 형태로 에너지를 방출하는 것을 나타낸다.[20]

퀴리 부부는 방사선 측정과 분광학적 측정을 통해 피치블렌드에서 바륨과 비슷한 화학적 거동을 보이는 방사성 물질을 발견했다. 이들은 피치블렌드에 새로운 물질이 있다고 생각하고, 바륨으로부터 이를 분리하여 정제하는 과정을 거쳐 인광을 발하는 염화 라듐을 얻었고, 이를 통해 라듐의 존재를 증명했다.

1910년 9월, 마리 퀴리와 앙드레 루이 드비에르는 순수한 수은 음극을 사용하여 순수한 라듐 염화물(RaCl2) 용액을 전기 분해하여 라듐-수은 아말감을 생성하고, 이를 수소 기체 분위기에서 가열하여 수은을 제거하여 순수한 라듐 금속을 분리했다.[22][23] 같은 해, E. 에블러는 라듐의 아지드 Ra(N3)2의 열분해를 통해 라듐 금속을 분리했다.[24][25]

방사능의 일반적인 역사적 단위인 퀴리는 226Ra의 방사능을 기반으로 한다. 원래는 1그램의 라듐-226의 방사능으로 정의되었지만,[28] 나중에 3.7 × 1010 초당 붕괴수로 정의가 수정되었다.[29]

2. 2. 초기 연구

1898년, 피에르 퀴리와 마리 퀴리 부부는 방사선 측정과 분광학적 측정을 통해 라듐을 발견했다. 그들은 피치블렌드(역청우라늄광)에서 원소를 분리하는 과정에서 바륨과 비슷한 화학적 거동을 보이는 부분에 높은 방사능이 존재하는 것을 발견했다. 피치블렌드 안에 새로운 물질이 존재한다고 생각하고, 이 새로운 물질을 바륨으로부터 분리하여 정제했다. 이 과정을 통해 인광을 발하는 염화라듐이 분리되었고, 이로써 라듐의 존재가 증명되었다. 남편인 피에르 퀴리가 사망한 후에도 마리 퀴리는 라듐 연구를 계속하여 염화라듐의 전기분해를 통해 금속 라듐을 얻는 데 성공했다.

2. 3. 한국 도입

1903년, 다나카다테 아이키츠에 의해 일본에 처음으로 라듐이 반입되었다.[90] 1904년에는 미우라 킨노스케가 「라듐에 관하여」라는 신경학 잡지를 발표했다. 또한 그는 도쿄의학회례회에서 라듐을 이용한 치료에 대해 언급했다.[90] 1906년에는 나가오카 한타로가 라듐의 특징에 대해 소개했다.[90]

3. 성질

라듐의 물리적 성질은 다음과 같다. 라듐은 휘발성이 있는 광택 있는 은백색 금속이지만, 공기에 노출되면 질화라듐(Ra3N2) 생성으로 인해 빠르게 검게 변한다. 녹는점은 700°C 또는 960°C이며, 끓는점은 1737°C이다.[1] 이러한 값들은 바륨의 값보다 약간 낮으며, 2족 원소의 주기적 경향을 보여준다.[2]

바륨과 알칼리 금속처럼, 라듐은 표준 온도 및 압력에서 체심입방 구조로 결정화된다.[3] 라듐-라듐 결합 거리는 514.8 피코미터이다.[3] 밀도는 5.5 g/cm3이며, 바륨보다 높다.[4][5]

라듐의 화학적 성질은 다음과 같다. 라듐은 알려진 알칼리 토금속 중 가장 무겁고, 이족 원소 중 유일하게 방사성인 원소이다. 88번 원소이고 2족이기 때문에 원자의 산화수는 +2이다. 그때문에 전자가 2가 음이온과 반응을 일으킬 수 있으며, 인체에 매우 치명적이다. 수용액에서 +2의 산화 상태만을 나타내며, 무색의 Ra2+ 양이온을 형성한다.[14] 이 양이온은 강한 염기로 작용하며, 쉽게 착물을 형성하지 않는다.[14] 따라서 대부분의 라듐 화합물은 간단한 이온 화합물이다. 하지만 상대론적 효과 때문에 6s 및 6p 전자(원자가 7s 전자 외)의 참여가 예상되며, RaF2 및 RaAt2와 같은 라듐 화합물의 공유 결합 성질을 강화할 것이다.[14]

고체 라듐 화합물은 라듐 이온이 특정 색을 나타내지 않아 흰색이지만, 자체 방사선 분해로 인해 시간이 지남에 따라 황색, 어두운색으로 변한다.[14] 불용성 라듐 화합물은 바륨, 스트론튬, 납 화합물과 공침된다.[14]

산화 라듐(RaO)은 라듐과 공기의 반응으로 질화 라듐이 생성되기 때문에 특성이 잘 알려져 있지 않다.[15] 수산화 라듐(Ra(OH)2)은 알칼리 토류 수산화물 중 가장 용해도가 높고, 수산화 바륨보다 강한 염기이다.[14] 수산화 악티늄과 수산화 토륨보다도 용해도가 높으며, 암모니아로 침전시켜 분리할 수 있다.[14]

염화 라듐(RaCl2)는 무색의 루미네선스성 화합물로, 시간이 지나면 황색으로 변한다. 소량의 바륨 불순물은 장미색을 띠게 한다.[14] 물에 용해되지만 염화 바륨보다는 용해도가 낮고, 염산 농도가 증가하면 용해도가 감소한다.[14] 수용액에서 결정화하면 이수화물 RaCl2·2H2O가 생성된다.[14] 브롬화 라듐(RaBr2) 또한 무색의 루미네선스성 화합물이며, 물에서 염화 라듐보다 용해도가 높다.[14] 브롬화 라듐에서 방출되는 이온화 방사선은 공기 중의 질소 분자를 여기시켜 빛을 내게 하며, 결정 내부에 축적된 헬륨 때문에 결정이 깨지거나 폭발할 수 있다.[14]

질산 라듐(Ra(NO3)2)는 탄산 라듐을 질산에 용해시켜 만들 수 있는 백색 화합물이며, 질산 농도가 증가함에 따라 용해도가 감소한다.[14] 라듐은 황산 라듐(RaSO4), 크롬산 라듐(RaCrO4), 탄산 라듐(RaCO3), 요오드산 라듐(Ra(IO3)2), 사불화베릴륨 라듐(RaBeF4) 등 불용성 염을 형성한다. 탄산염을 제외하고 모두 해당 바륨 염보다 물에 대한 용해도가 낮지만, 모두 바륨과 동형구조이다.[14] 인산 라듐, 옥살산 라듐, 아황산 라듐도 불용성일 가능성이 높다.[14] 황산 라듐의 매우 낮은 용해도는 생물학적으로 위험성이 낮은 라듐 화합물 중 하나임을 의미한다.[14]

3. 1. 물리적 성질

라듐은 휘발성이 있는 광택 있는 은백색 금속이지만, 공기에 노출되면 질화라듐(Ra3N2) 생성으로 인해 빠르게 검게 변한다. 녹는점은 700°C 또는 960°C이며, 끓는점은 1737°C이다.[1] 이러한 값들은 바륨의 값보다 약간 낮으며, 2족 원소의 주기적 경향을 보여준다.[2]

바륨과 알칼리 금속처럼, 라듐은 표준 온도 및 압력에서 체심입방 구조로 결정화된다.[3] 라듐-라듐 결합 거리는 514.8 피코미터이다.[3] 밀도는 5.5 g/cm3이며, 바륨보다 높다.[4][5]

3. 2. 화학적 성질

라듐은 알칼리 토금속으로, 원자의 산화수는 +2이다. 주기율표에서 마그네슘 아래 네 번째 자리에 위치하며, 공기 중에서 마그네슘보다 반응성이 크다.[15] 라듐은 수용액에서 +2의 산화 상태만을 나타내며, 무색의 Ra2+ 양이온을 형성한다.[14] 이 양이온은 강한 염기로 작용하며, 쉽게 착물을 형성하지 않는다.[14] 하지만 상대론적 효과 때문에 6s 및 6p 전자의 참여가 예상되어 RaF2 및 RaAt2와 같은 화합물에서 공유 결합 성질이 강화된다.[14]

라듐은 공기 중에서 표면을 보호하는 얇은 산화물 층으로 덮여 있으며, 이 층은 마그네슘의 산화물 층보다 얇다.[15] 공기 중에서 연소하여 산화 라듐(RaO)과 질화 라듐(Ra3N2)을 생성하는지는 확실하지 않으나, 과산화 라듐(RaO2)이 생성될 가능성이 있다.[15] 물과는 수소 기체(H2)를 발생시키고 수산화 라듐(Ra(OH)2)을 형성하며, 이 반응은 바륨보다 빠를 것으로 예상된다.[15] 할로젠과의 직접적인 반응은 확인되지 않았으나, 염화 라듐(RaCl2)과 브로민화 라듐(RaBr2)이 알려져 있다.[15]

고체 라듐 화합물은 라듐 이온이 특정 색을 나타내지 않아 흰색이지만, 자체 방사선 분해로 인해 시간이 지남에 따라 황색, 어두운색으로 변한다.[14] 불용성 라듐 화합물은 바륨, 스트론튬, 납 화합물과 공침된다.[14]

산화 라듐(RaO)은 라듐과 공기의 반응으로 질화 라듐이 생성되기 때문에 특성이 잘 알려져 있지 않다.[15] 수산화 라듐(Ra(OH)2)은 알칼리 토류 수산화물 중 가장 용해도가 높고, 수산화 바륨보다 강한 염기이다.[14] 수산화 악티늄과 수산화 토륨보다도 용해도가 높으며, 암모니아로 침전시켜 분리할 수 있다.[14]

염화 라듐(RaCl2)는 무색의 루미네선스성 화합물로, 시간이 지나면 황색으로 변한다. 소량의 바륨 불순물은 장미색을 띠게 한다.[14] 물에 용해되지만 염화 바륨보다는 용해도가 낮고, 염산 농도가 증가하면 용해도가 감소한다.[14] 수용액에서 결정화하면 이수화물 RaCl2·2H2O가 생성된다.[14] 브롬화 라듐(RaBr2) 또한 무색의 루미네선스성 화합물이며, 물에서 염화 라듐보다 용해도가 높다.[14] 브롬화 라듐에서 방출되는 이온화 방사선은 공기 중의 질소 분자를 여기시켜 빛을 내게 하며, 결정 내부에 축적된 헬륨 때문에 결정이 깨지거나 폭발할 수 있다.[14]

질산 라듐(Ra(NO3)2)는 탄산 라듐을 질산에 용해시켜 만들 수 있는 백색 화합물이며, 질산 농도가 증가함에 따라 용해도가 감소한다.[14] 라듐은 황산 라듐(RaSO4), 크롬산 라듐(RaCrO4), 탄산 라듐(RaCO3), 요오드산 라듐(Ra(IO3)2), 사불화베릴륨 라듐(RaBeF4) 등 불용성 염을 형성한다. 탄산염을 제외하고 모두 해당 바륨 염보다 물에 대한 용해도가 낮지만, 모두 바륨과 동형구조이다.[14] 인산 라듐, 옥살산 라듐, 아황산 라듐도 불용성일 가능성이 높다.[14] 황산 라듐의 매우 낮은 용해도는 생물학적으로 위험성이 낮은 라듐 화합물 중 하나임을 의미한다.[14]

4. 동위 원소

라듐은 질량수 202에서 234까지 33개의 알려진 동위원소를 가지고 있으며, 모두 방사성을 띤다. 이 중 자연에 존재하는 4가지 동위 원소는 223Ra(반감기 11.4일), 224Ra (3.64일), 226Ra (1600년), 228Ra (5.75년)이다.223Ra는 우라늄-235에서, 226Ra는 우라늄-238에서, 나머지 두 가지는 토륨-232의 붕괴 사슬에서 자연적으로 발생한다. 그러나 이러한 동위원소들은 반감기가 너무 짧아 원시 방사성 핵종이 될 수 없으며, 붕괴 사슬에서만 자연적으로 존재한다.

붕괴 사슬의 U, Ra의 원시 모원소
226Ra는 라듐의 가장 안정적인 동위원소이며, 우라늄-238의 붕괴 사슬의 마지막 동위원소이다. 이것은 자연 라듐의 거의 전부를 차지한다. 226Ra는 알파 붕괴하여 밀도가 높은 방사성 비활성 기체인 라돈(특히 222Rn)을 생성하는데, 이는 환경 라듐 위험의 상당 부분을 차지한다. 자연 라듐(대부분 226Ra)은 주로 알파 입자를 방출하지만, 붕괴 사슬의 다른 단계는 알파 또는 베타 입자를 방출하며, 거의 모든 입자 방출은 감마선을 동반한다.

실험적 핵물리학 연구에 따르면, 222Ra, 224Ra, 226Ra와 같은 여러 라듐 동위원소의 핵은 반사 비대칭("배 모양")을 가지고 있다. 특히, 라듐-224에 대한 이러한 실험 정보는 ISOLDE에서 쿨롱 여기라고 하는 기술을 사용하여 얻었다.

5. 산출

라듐의 모든 동위원소들은 방사능이 있으며, 연구 목적을 위하여 라듐을 인공적으로 제조한다.[16] 지구상에 매우 희귀하기 때문에 우라늄 광석 10 톤에 1g도 채 들어있지 않다. 매우 작은 규모의 라듐은 액체 상태의 염화 라듐(RaCl2)의 전기 분해에 의해 제조할 수 있다. 이는 처음에 수은 음극을 사용하여 라듐 아말감을 제조한다. 금속은 증류에 의해 아말감으로부터 얻었다.[16]

;양극: 2Cl-(l) → Cl2 (g) + 2e-

;음극: Ra2+(l) + 2e- → Ra

라듐의 모든 동위원소는 지구의 나이보다 훨씬 짧은 반감기를 가지므로, 초기 라듐은 오래 전에 이미 붕괴되었을 것이다. 그럼에도 불구하고 라듐은 여전히 환경에서 발견되는데, 그 이유는 223Ra, 224Ra, 226Ra, 228Ra 동위원소들이 천연 토륨과 우라늄 동위원소의 붕괴 사슬의 일부이기 때문이다.[16] 토륨과 우라늄은 매우 긴 반감기를 가지고 있으므로, 이러한 붕괴 생성물들은 지속적으로 붕괴 과정을 통해 생성된다. 이 네 가지 동위원소 중 가장 반감기가 긴 것은 226Ra(반감기 1600년)이며, 이는 천연 우라늄의 붕괴 생성물이다. 상대적으로 긴 수명 때문에 226Ra는 가장 흔한 라듐 동위원소이며, 지구 지각의 약 1조분의 일을 차지한다. 사실상 모든 천연 라듐은 226Ra이다. 따라서 라듐은 우라늄 광석인 우라니나이트와 기타 여러 우라늄 광물에 미량으로 존재하며, 토륨 광물에는 그보다 더 적은 양으로 존재한다. 톤의 피치블렌드에서 일반적으로 약 7분의 1그램의 라듐을 얻을 수 있다.[16] 지구 지각 1킬로그램에는 약 900피코그램의 라듐이 포함되어 있으며, 리터의 바닷물에는 약 89펨토그램의 라듐이 포함되어 있다.[17]

6. 생산

19세기 후반에는 우라늄의 대규모 응용이 없었기 때문에 대규모 우라늄 광산도 존재하지 않았다. 초기에는 오스트리아-헝가리 제국(현재 체코)의 야히모프(Jáchymov)에 있는 은광이 우라늄 광석의 유일한 대규모 공급원이었다.[18] 우라늄 광석은 채굴 활동의 부산물에 불과했다.[50]

최초의 라듐 추출에서 퀴리 부부는 피치블렌드에서 우라늄을 추출한 후 남은 잔류물을 사용했다. 이들은 황산에 용해시켜 우라늄을 추출했는데, 황산바륨과 유사하지만 잔류물에서 용해도가 더 낮은 황산라듐이 남았다. 잔류물에는 상당량의 황산바륨도 포함되어 있어 황산라듐을 운반하는 역할을 했다. 라듐 추출 과정의 첫 단계는 수산화나트륨으로 끓인 다음 염산 처리하여 다른 화합물의 불순물을 최소화하는 것이었다. 그런 다음 남은 잔류물을 탄산나트륨으로 처리하여 황산바륨을 탄산바륨(라듐을 운반)으로 전환시켜 염산에 용해되도록 했다. 용해 후 바륨과 라듐을 황산염으로 재침전시켰고, 이 과정을 반복하여 혼합 황산염을 더욱 정제했다. 불용성 황화물을 형성하는 일부 불순물은 염화물 용액을 황화수소로 처리한 다음 여과하여 제거했다. 혼합 황산염이 충분히 순수해지면 다시 혼합 염화물로 전환했고, 그 후 분별결정법(fractional crystallisation)으로 바륨과 라듐을 분리하면서 분광기(라듐은 녹색 바륨 선과 달리 특징적인 붉은 선을 나타냄)와 전위계를 사용하여 진행 상황을 모니터링했다.[51]

마리 퀴리와 피에르 퀴리가 야히모프(Jáchymov)의 우라늄 광석에서 라듐을 분리한 후, 여러 과학자들이 소량의 라듐을 분리하기 시작했다. 나중에 소규모 기업들이 야히모프 광산의 광미를 구입하여 라듐을 분리하기 시작했다. 1904년 오스트리아 정부는 광산을 국유화하고 원광 수출을 중단했다. 1912년 라듐 생산이 증가할 때까지 라듐의 가용성은 낮았다.[50]

오스트리아의 독점 형성과 다른 국가들이 라듐에 접근하려는 강한 욕구로 인해 전 세계적으로 우라늄 광석을 찾는 작업이 진행되었다. 미국은 1910년대 초에 주요 생산국이 되었고,[18] 1913년부터 1920년까지 피츠버그(Pittsburgh)에서만 총 70g을 생산했다.[54]

1940년에도 퀴리 부부의 방법이 라듐 산업적 추출에 사용되었지만, 그때는 분별을 위해 혼합 브롬화물을 사용했다. 우라늄 광석의 바륨 함량이 충분하지 않으면 라듐을 운반하기 위해 추가적인 바륨을 첨가할 수 있다. 이러한 공정은 고품위 우라늄 광석에 적용되었지만 저품위 광석에는 효과가 없을 수 있다.[52] 소량의 라듐은 1990년대 후반까지 혼합 침전 및 이온 교환 방법으로 우라늄 광석에서 추출되었지만, 2011년 현재는 사용후 핵연료에서만 추출된다. 순수한 라듐 금속은 1,200°C의 진공 상태에서 알루미늄 금속으로 산화라듐을 환원시켜 분리한다.

1954년 전 세계 정제 라듐의 총 공급량은 약 2.3kg이었다.[53] 자이르(Zaire)와 캐나다는 1970년대 후반에 잠시 라듐 최대 생산국이었다.[54] 1997년 현재 주요 라듐 생산국은 벨기에, 캐나다, 체코, 슬로바키아, 영국, 러시아였다. 1984년 현재 라듐 화합물의 연간 생산량은 총 100g에 불과했고, 2018년에는 연간 라듐 생산량이 100g 미만으로 감소했다.[55]

7. 용도

라듐은 1900년대 중반 손목 시계와 괘종 시계의 시계 바늘과 숫자들을 도색하는 페인트로 사용되었다. 이 페인트는 라듐 화합물과 인광체로 구성되어 있어, 어두운 곳에서 빛을 냈다. 1950년대 중반까지 암 치료에 널리 이용되었고 시계나 측정기기의 눈금판이나 문자판에 쓰이는 형광 페인트의 주요 성분이었다. 지금은 더 안전하고 값싼 방사성 물질이 의료 부문과 공업에 라듐 대신 쓰이고 있다. 몸에 해로운 높은 에너지의 방사선을 많이 방출하는데 몸에 흡수되면 칼슘처럼 뼈에 쌓인다. 이와 같이 뼈에 쌓인 라듐이 방출하는 방사선은 뼈의 골수에 충격을 주고 적혈구를 만드는 조직을 파괴하며 뼈에 암세포를 만들기도 한다. 예전에는 형광시계의 문자판을 생산하는 공장에서 라듐을 다루는 몇몇 노동자들이 방사선을 지나치게 흡수해 사망하기도 했다. 이전에는 방사선원으로 방사선 치료에 사용되었지만, 현재는 산업적인 용도는 거의 없다.[91] 또한, 1960년대 이전에는 시계의 문자판 등의 야광 페인트로 사용되었다. 당시 라듐은 시계에 수작업으로 도포되었는데, 작업을 하던 여성 노동자들은 방사능을 가진 라듐이 묻은 붓을 핥아 붓끝을 다듬었다. 이로 인해 시계 생산에 관련된 여성들 사이에서 라듐이 원인으로 추정되는 질병이 다발하여 잇따라 사망했다. 시계 공장의 여성 노동자들은 소송을 제기하여 라듐 걸즈라고 불렸다. 이 소송은 종업원이 회사를 고소할 권리를 확립한 최초의 사례가 되어, 노동법 역사상 획기적인 사건으로 여겨진다.[92]223Ra는 골 전이가 있는 거세 저항성 전립선암에 사용된다.[93]

7. 1. 과거 용도

라듐은 20세기 초, 야광 페인트의 주성분으로 사용되었다.
자외선 아래에서 라듐 도료로 코팅된 시계 바늘
시계, 항공기 스위치, 계기판 등 다양한 제품에 사용되었으며[53], 특히 제1차 세계 대전과 제2차 세계 대전 당시 군사용 장비에 널리 사용되었다.
제1차 세계 대전 당시 독일의 고도계. 라듐 야광 페인트로 칠해졌던 다이얼은 형광 황화 아연 매체의 열화로 인해 노란색으로 변색되었다.
그러나 라듐의 방사능 위험성이 알려지면서, 1960년대부터는 사용이 중단되었다.[32] 라듐 도료를 바르는 작업을 하던 여성 노동자들, 즉 '라듐 걸'들은 붓끝을 다듬기 위해 붓을 핥는 과정에서 라듐을 섭취하게 되었고, 궤양, 빈혈, 골암 등 심각한 건강 문제를 겪었다.[30][67] 이들은 미국 라듐 회사(United States Radium Corporation)를 상대로 소송을 제기했고, 이는 노동법 역사상 획기적인 사건으로 기록되었다.[31][92]



라듐은 암 치료에도 사용되었다.[1] 염화라듐이나 브롬화라듐 형태로 암 치료에 사용되었으며, 라듐에서 발생하는 라돈 가스를 이용하기도 했다.[1] 그러나 라듐의 유해성이 밝혀지면서, 현재는 Co과 같은 더 안전한 방사성 동위원소가 라듐을 대체하고 있다.[45]

이 외에도 라듐은 치료 효과를 내세운 화장품, 음료 등 다양한 상품에 첨가되기도 했다.[41] 그러나 이러한 제품들은 건강에 심각한 악영향을 미칠 수 있다는 사실이 밝혀지면서 금지되었다.[41]

7. 2. 현대 용도

라듐은 2013년 미국 식품의약국에서 223Ra 동위원소(염화 라듐-223 포함)를 골 전이암 치료제로 승인받았다.[62][63] 주로 거세 저항성 전립선암으로 인한 골 전이 치료에 사용된다.[64][93] 과거에는 암 치료에 널리 이용되었으나,[1] 현재는 Co와 같은 더 안전하고 값싼 방사성 물질로 대체되었다.[46] 그러나 코발트 가격 상승과 방사성 물질 보관 위험 등의 요인으로 선형 입자 가속기 사용이 증가하는 추세이다.[46]

원자, 분자 및 광학 물리학 분야에서 라듐을 활용하는 연구가 증가하고 있다.[56][13] 라듐은 표준 모형을 넘어서는 새로운 물리학을 제약하는 데 적합하며,[57] 특히 라듐-225는 전하-패리티 위반에 대한 민감도를 향상시킨다.[58] 또한 라듐 이온은 광 시계의 유망한 후보 물질로, 휴대용 광 시계 개발에 기여할 수 있다.[59][60]

라듐은 베릴륨과 혼합하여 중성자원으로 사용될 수 있다.[66] 과거에는 라듐-베릴륨 중성자원이 사용되었지만,[67] 현재는 폴로늄이나 아메리슘과 같은 다른 물질이 더 일반적으로 사용된다.[67] , 226Ra 동위원소는 주로 원자로에서 중성자 조사를 통해 227Ac을 생성하는 데 사용된다.

8. 위험성 및 안전 관리

라듐은 그 자체와 붕괴 생성물인 라돈 기체 모두 강한 방사성을 띤다. 섭취된 라듐의 80%는 대변을 통해 배출되지만, 나머지 20%는 혈류로 들어가 주로 뼈에 축적된다.[67] 이는 신체가 라듐을 칼슘으로 인식하여 뼈에 축적하기 때문이며, 방사능은 골수를 손상시키고 뼈 세포의 돌연변이를 일으킬 수 있다. 내부 또는 외부 노출 모두 라듐은 붕괴 시 알파 입자와 감마선을 방출하여 세포를 사멸시키고 돌연변이를 일으키므로 암과 기타 질환을 유발할 수 있다.[67]

라듐의 생물학적 영향 중에는 원소 발견 2년 후인 1900년에 보고된 최초의 "라듐 피부염" 사례가 있다. 프랑스 물리학자 앙투안 앙리 베크렐은 6시간 동안 조끼 주머니에 소량의 라듐 앰풀을 휴대했는데, 피부가 궤양이 되었다고 보고했다. 피에르 퀴리는 10시간 동안 팔에 라듐이 든 관을 부착했는데, 그 결과 피부 병변이 나타났으며, 이는 라듐이 건강한 조직을 공격한 것처럼 암 조직을 공격하는 데 사용될 수 있음을 시사했다. 마리 퀴리의 사망 원인은 재생불량성 빈혈로 라듐 취급 때문이라고 여겨져 왔으나, 사후 라듐 노출 수준 분석 결과 허용 안전 수준 내에 있었고, 그녀의 질병과 사망 원인은 방사선 사진 사용 때문으로 분석되었다.[71] 라듐의 위험성 중 상당 부분은 딸 원소인 라돈에서 기인하는데, 라돈은 기체이기 때문에 모 원소인 라듐보다 훨씬 더 쉽게 체내로 들어갈 수 있다.[67]

8. 1. 국제적 규제

라듐 및 일반적인 방사선으로부터의 보호를 위한 최초의 권고안은 영국 X선 및 라듐 방호 위원회에서 제시되었으며, 1928년 국제방사선방호위원회의 첫 번째 회의에서 국제적으로 채택되었다.[72] 이는 뢴트겐 학회가 작성한 예비 지침에 따른 것이었다.[72] 이 회의는 위원회가 대표하는 모든 국가에서 조정된 방사선 방호 프로그램의 추가 개발로 이어졌다.[73][74]

라듐 노출은 세계보건기구와 함께 ICRP에 의해 국제적으로 규제되고 있다.[75] 국제원자력기구는 안전 기준을 발표하고 천연 방사성 물질 및 광범위한 국제 기본 안전 기준[76]에 대한 연구에서 라듐 취급 및 노출에 대한 권고 사항을 제공한다. 이 기준은 IAEA에 의해 시행되는 것은 아니지만, 기구 회원국이 채택할 수 있다.[77] 또한, 라듐을 함유한 오래된 방사선 치료 장치의 양을 줄이기 위한 노력으로, IAEA는 2022년부터[78] 사용되지 않는 226Ra(라듐-226) 원천의 관리 및 재활용을 위해 노력해 왔다.[79][80]

몇몇 국가에서는 IAEA 및 ICRP가 권장하는 기준을 넘어 추가 규정이 존재하며 적용된다. 예를 들어, 미국에서는 미국 환경보호청에서 정의한 라듐의 최대 오염물질 수준(Maximum Contaminant Level)은 음용수의 경우 5 pCi/L이다.[81] 1940년대 맨해튼 계획 당시 근로자의 "허용 수준"은 섭취된 라듐 0.1 마이크로그램으로 설정되었다.[82] 미국 직업안전보건청은 라듐에 대한 노출 한계를 구체적으로 설정하지 않고, 대신 신체 노출 부위에 따라 렘 단위로 이온화 방사선 노출을 제한한다. 근로자의 노출보다는 라듐 원천 자체가 미국 원자력규제위원회에 의해 더욱 엄격하게 규제되며,[83] 0.01 μCi(마이크로큐리) 이상의 활동성을 가진 226Ra(라듐-226)를 소지하는 모든 사람에게 라이선스를 요구한다.[84] 방사성 물질과 원자력을 규제하는 특정 기관은 원자력기구(Nuclear Energy Agency)에 의해 회원국에 대해 기록된다.[85]

대한민국에서는 1985년 설립된 한국원자력연구원과 1990년 설립된 한국원자력안전기술원이 국가 방사선 안전 기준을 관리한다.[86]

IAEA는 방사성 물질에 대한 정부 규정이 없는 지역에 규제 기관을 설립하는 노력을 주도하고 있다.[87][88]

8. 2. 대한민국 규제

대한민국에서는 1985년 설립된 한국원자력연구원과 1990년 설립된 한국원자력안전기술원이 국가 방사선 안전 기준을 관리한다.[86]

9. 라듐 관련 사건


  • 1920년대부터 1930년대에 걸쳐 미국에서 발생한, 야광 페인트를 시계의 문자판에 바르는 작업에 종사했던 여성 공장 노동자들이 방사선 장애를 입은 사건과 그 소송. '''라듐 걸스''' 참조.
  • 1920년대부터 1930년대에 걸쳐 미국에서 판매된 "라디토ール"은 라듐을 물에 용해시킨 특허의약품/Patent Medicine영어이었으며, 복용한 사람들에게 건강 피해를 입혔다. 미국의 사교계 명사이자 실업가인 에번 바이어스는 이 약으로 인한 건강 피해를 입고 사망했다.
  • 2011년 10월, 일본 도쿄도 세타가야구의 목조 민가 지하에서 라듐 226으로 추정되는 물질이 발견되었다. 시계용 야광 페인트로 사용되었던 것으로 보인다. 이 지하의 라듐은 시간당 600 μSv(연간 5256 mSv)였다. 라듐이 발견되었을 경우의 폐기 비용의 고액과 그 부담이 문제가 되고 있다.
  • 2014년 6월, 스위스 북부 비엘의 폐기물 처리장에 120kg에 달하는 라듐 폐기물이 반입되었던 것이 발각되었다. 장소에 따라서는 방사선량이 시간당 300 μSv에 달하는 곳도 있었다. 폐기물은 도로 공사 중에 발견된 것으로, 시계의 야광 페인트에 사용되었던 것으로 추정된다. 야광 페인트로서의 라듐은 스위스에서는 1963년에 사용이 금지되었기 때문에, 주민들에게 불안을 주지 않도록 사실이 1년간 은폐되었다.
  • 후생노동성의 『放射性物質等の運搬に関する基準（平成十七年十一月二十四日厚生労働省告示第四百九十一号）』는 "용기에 봉입할 필요가 있는 방사성 물질"의 기준치를 정하고 있지만[94], 한편, 라듐 223에 의해 오염된 물질의 방사성 물질 농도 기준은 2016년 현재, 『放射性物質等の運搬に関する基準の一部を改正する件（案）』에 의해 기준치의 재검토가 이루어지고 있다[95].

9. 1. 라듐 걸스 사건

라듐은 과거 시계, 항공기 스위치, 벽시계, 계기판 등의 자체 발광 도료에 사용되었다. 라듐 도료를 사용하는 일반적인 자체 발광 시계에는 약 1 마이크로그램의 라듐이 포함되어 있다.[53] 1920년대 중반, 5명의 사망 직전의 "라듐 걸" – 라듐 기반 야광 페인트를 시계와 벽시계 부품에 칠했던 다이얼 페인터 – 들이 미국 라듐 회사(United States Radium Corporation)를 상대로 소송을 제기했다.[32] 다이얼 페인터들은 붓에 정교한 끝을 내기 위해 붓을 핥도록 지시받았고, 그 결과 라듐을 섭취했다.[30] 라듐에 노출됨으로써 궤양, 빈혈 및 골암을 포함한 심각한 건강 문제가 발생했다.[67]

소송 과정에서 회사의 과학자와 경영진이 방사선의 영향으로부터 자신들을 보호하기 위해 상당한 예방 조치를 취했지만, 직원들을 보호하지는 못한 것으로 밝혀졌다. 게다가 수년 동안 회사들은 라듐 걸들이 매독으로 고통받고 있다고 주장하며 영향을 은폐하고 책임을 회피하려고 시도했다.[31] 이 사건은 1920년대부터 1930년대에 걸쳐 미국에서 발생했으며, 야광 페인트를 시계의 문자판에 바르는 작업에 종사했던 여성 공장 노동자들이 방사선 장애를 입은 사건과 그 소송을 말하며, '''라듐 걸스'''라고 불린다.

소송 결과와 미국 공중 보건 서비스(U.S. Public Health Service)의 광범위한 연구를 통해 방사능의 악영향이 널리 알려졌고, 라듐 다이얼 페인터들에게 적절한 안전 예방 조치와 보호 장비가 제공되었다. 라듐은 특히 제2차 세계 대전 중 제조 과정에서 다이얼에 계속 사용되었지만, 1925년 이후로는 다이얼 페인터의 추가적인 부상은 없었다.[32]

9. 2. 라디토르 사건



라듐은 한때 치료 효과가 있다고 여겨져 화장품, 음료수 등 다양한 제품에 첨가되었다.[41] 이러한 제품들은 방사성 물질의 위험성이 밝혀진 후 대부분 금지되었다.[41] 1920년대부터 1930년대에 걸쳐 미국에서는 라듐을 함유한 "라디토르"라는 이 판매되었는데, 이를 복용한 미국의 사교계 명사이자 실업가인 에번 바이어스가 사망하는 사건이 발생했다.

9. 3. 기타 사건

1920년대부터 1930년대에 걸쳐 미국에서 발생한, 야광 페인트를 시계의 문자판에 바르는 작업에 종사했던 여성 공장 노동자들이 방사선 장애를 입은 사건과 그 소송은 '''라듐 걸스'''를 참조하라. 같은 시기 미국에서 판매된 "라디토ール"은 라듐을 물에 용해시킨 이었으며, 복용한 사람들에게 건강 피해를 입혔다. 미국의 사교계 명사이자 실업가인 에번 바이어스는 이 약으로 인한 건강 피해를 입고 사망했다.

2011년 10월, 일본 도쿄도 세타가야구의 목조 민가 지하에서 시간당 600 μSv(연간 5256 mSv)의 라듐 226으로 추정되는 물질이 발견되었다. 시계용 야광 페인트로 사용되었던 것으로 보이며, 폐기 비용의 고액과 그 부담이 문제가 되고 있다.

2014년 6월, 스위스 북부 비엘의 폐기물 처리장에 120kg에 달하는 라듐 폐기물이 반입되었던 것이 발각되었다. 장소에 따라서는 방사선량이 시간당 300 μSv에 달하는 곳도 있었다. 폐기물은 도로 공사 중에 발견된 것으로, 시계의 야광 페인트에 사용되었던 것으로 추정된다. 야광 페인트로서의 라듐은 스위스에서는 1963년에 사용이 금지되었기 때문에, 주민들에게 불안을 주지 않도록 사실이 1년간 은폐되었다.

후생노동성의 『放射性物質等の運搬に関する基準（平成十七年十一月二十四日厚生労働省告示第四百九十一号）』는 "용기에 봉입할 필요가 있는 방사성 물질"의 기준치를 정하고 있지만[94], 한편, 라듐 223에 의해 오염된 물질의 방사성 물질 농도 기준은 2016년 현재, 『放射性物質等の運搬に関する基準の一部を改正する件（案）』에 의해 기준치의 재검토가 이루어지고 있다[95].

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[90] 서적 初期のラジウム利用の歴史 1998
[91] 서적 Newton別冊ありとあらゆる「物質」の基礎がわかる完全図解周期表第2版 2015-10-01
[92] 서적 世界で一番美しい元素図鑑 創元社
[93] 문서 ゾーフィゴ静注 https://web.archive.[...]
[94] 웹사이트 放射性物質等の運搬に関する基準 https://web.archive.[...] 厚生労働省 2005-11-24
[95] 웹사이트 放射性物質等の運搬に関する基準の一部を改正する件（案）に関する意見の募集について https://public-comme[...] 厚生労働省 2015-12-28

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