원소로 보는 화학사 Vol. 047. 원자번호 98번 ‘캘리포늄’을 소개합니다.

원자번호 98번 ‘캘리포늄’을 소개합니다!

세상에서 가장 비싼 보석은 다이아몬드입니다. 그렇다면 세상에 존재하는 모든 원소 중 가장 비싼 것은 무엇일까? 바로 캘리포늄(californium)입니다. 2012년 자료에 의하면 캘리포늄은 1g 당 약 2700만 달러 (약 300억 원)에 거래되었습니다. 다이아몬드보다 최소 500배 이상 비싼 값이죠. 심지어 1990년대 후반에 캘리포늄 생산량이 저조했을 때는 1g당 1조 원이 넘었다고 합니다. 현재도 특수핵반응로에서 인공적인 핵반응을 통해 얻는 양이 매년 0.3g정도일 정도로 그 희소가치 또한 높습니다.

캘리포늄은 은백색의 방사성 금속 원소입니다. 전성이 있으며, 면도칼로 쉽게 자를 수 있을 정도로 비교적 무릅니다. 녹는점은 900±30℃로 보고되었고, 끓는점은 1470℃입니다. 캘리포늄은 외부의 자극 없이 자발적으로 핵분열을 일으킵니다. 일반적인 핵분열에서는 중성자나 양성자 등을 원자핵에 충돌시켜야 하지만, 자발핵분열에서는 그럴 필요가 없기 때문에 손쉬운 중성자원이 됩니다.

‘캘리포늄’이 발견되기까지의 과정 그리고 원소명의 유래

www.universityofcalifornia.edu/

캘리포늄은 천연으로는 존재하지 않고 모두 인공적으로 만들어진 것입니다. 인공적 방사능 동위원소인 캘리포늄은 1950년 캘리포니아 대학교 연구실에서 퀴륨에 알파선을 비추는 핵반응에 의하여 처음 세상에 알려지게 되었습니다. 스탠리 톰프슨(Stanley G. Thompson, 1894~1953), 스트리트 주니어(Kenneth Street Jr., 1920~2006), 앨버트 기오르소(Albert Ghiorso, 1915~2010), 그리고 글렌 시보그(Glenn. T. Seaborg, 1912~1999)가 진행하는 실험 중 발견되었습니다. 이들은 연구소 버클리의 60인치 사이클로트론(cyclotron)을 써서 퀴륨에 α입자를 쪼여, 질량수가 245인 캘리포늄 동위원소 ²⁴⁵Cf를 얻어냈습니다.

시보그 등 연구진은 자신들이 속한 대학이 있는 미국 캘리포니아(California)주의 이름을 따서 캘리포늄이라 명명했습니다. 캘리포늄 앞에 있는 원자번호 95~97번의 세 원소 아메리슘, 퀴륨, 버클륨은 주기율표에서 각각의 원소 바로 위에 있는 유로퓸, 가돌리늄, 터븀의 명명 방식을 따서 이름 지었는데, 캘리포늄이란 명명은 이런 관행을 깬 것입니다.

‘캘리포늄’은 어디에 사용될까요?

캘리포늄은 의료분야에서 아주 중요한 역할을 합니다. ‘암 치료’에 효과가 있기 때문입니다. 캘리포늄은 1972년 중성자 치료요법에 유용한 재료로, 연구 대상이 되었습니다. 결과는 성공적이었습니다. 방사선 붕괴로 알파 입자가 아닌 중성자를 방출하는데, 중성자는 몸을 투과하는 능력이 뛰어나 다른 방사성 요법으로 치료하기 힘든 뇌종양, 자궁경부암 등을 치료하는 데 효과적이었습니다. 게다가 캘리포늄은 아주 적은 양으로도 효과를 낼 수 있습니다. 미량의 캘리포늄을 암 조직에 이식시켜 캘리포늄에서 방출되는 중성자가 암 조직을 파괴하게 되는데, 특히 자궁경부암에 치료에 탁월한 것으로 알려져 있습니다. 중성자 항암치료 기술은 아직 임상 단계에 있지만 차세대 항암 치료법으로 자리매김할 가능성이 큽니다. 캘리포늄의 가치가 더 높아지겠죠?

캘리포늄은 투과력이 뛰어나 땅이나 밀폐된 용기에 있는 금속, 지뢰 등을 탐지하는 데 유용합니다. 예전에는 공항의 수하물 검사기계에도 이용했으며 주로 폭탄을 검출하는 데 썼습니다. 또한 캘리포늄은 원자로를 가동할 때 중성자원으로도 중요한 역할을 합니다. 그러나 강한 방사선을 내고 생체에 농축되는 가장 위험한 원소의 하나이므로 취급에 세심한 주의가 필요합니다.

오늘은 세상에서 가장 비싼 인공원소이자 매우 효율적인 휴대형 중성자원으로 암 치료 등에 유용하게 쓰이는 캘리포늄에 대해 소개해 드렸습니다. 다음 이 시간에는 액정표시장치(LCD)의 투명 전극 등에 쓰이는 금속 ‘인듐(원자번호 49번)’ 에 대한 이야기를 들고 돌아오겠습니다.

<내용 출처> 누구나 쉽게 배우는 원소 (그림으로 배우는 118종 원소 이야기) / 원소의 세계사 (주기율표에 숨겨진 기상천외하고 유쾌한 비밀들) /원소가 뭐길래 (일상 속 흥미진진한 화학 이야기) / Big Questions 118 원소 (사진으로 공감하는 원소의 모든 것)