안녕하세요 오늘은 삼중수소의 개념, 구조, 생성, 활용, 그리고 안전 문제에 대해 알아볼건데요.
과연 정말 후쿠시마 오염수의 방사능 물질인 삼중수소는 제거를 못할까요?
그리고 제거를 못한다면 어떻게 되는 걸까요?
삼중수소의 개념과 구조
모두 중학생 때 수소는 배웠어도, 삼중수소는 잘 기억이 나지 않으시죠? 먼저 삼중수소 알려드리자면, 삼중수소는 동위 원소 중 하나로, 원자번호 1과 질량수 3의 원소입니다. 기호로는 T 또는 ³H로 표기하고요. 그렇다면 삼중수소와 일반 수소의 차이는 무엇일까요?(아니 숫자만 다른 게 아니라고?) 바로 삼중수소와 일반 수소의 차이는 원자내 중성자의 개수에서 차이가 나타납니다. 구체적으로 보면, 수소에는 세 가지 동위 원소가 있는데. 원자 내 양성자와 중성자 수에 따라 프로토튬 (¹H), 드튬(²H) 그리고 삼중수소(³H)로 구분된다는 거죠. 그렇다면 수소가 아닌 삼중수소는 어떠한 물리적 특성을 가지고 있을까요?
- 비중 및 무게 - 삼중수소의 원자 구조는 2개의 중성자를 가지며, 이로 인해 보토의 수소보다 약 3배 무겁다.
- 방사선- 삼중수소는 수소의 다른 동위 원소들과 달리 방사성을 가지고 있어, 베타 방사선을 방출하는 특성이 있다.
여기서 위에 베타 방사선을 잘모르시는 분들을 위해 설명드리자면, 베타 방사선은 방사능 물질이 퇴비해질 때 발생되는 입자 중 하나로, 원자핵 내에서 중성자가 양성자로 변환되면서 방출되는 빠른 속도의 전자입니다. 간단하게 말하자면, 베타 방사선은 빠르게 이동하는 전자로 이루어진 방사선이라는 거죠. 그렇기에 안전 문제로 인해 주의가 필요한 원소 중 하나입니다.
삼중 수소의 생성 방식
삼중수소의 생성 방식은 크게 자연적 생성과 인공적 생성으로 나뉘는데요. 이러한 생성 방식을 설명 드리자면,
1. 자연적 생성
삼중수소는 수소와 달리 자연에서 매우 드물게 발생합니다. 바로 대기 중에서의 코스모제닉 생성과 지각 중에서의 지형학적 생성 때문인데요. 밑에 설명을 보시면 왜 드문지 이해가 되실겁니다.
- 코스모제닉 생성: 대기 중에서의 삼중수소 생성은 태양으로부터의 고에너지 입자와 우주에서 들어오는 입자가 지구 대기와 상호작용할 때 발생하게 됩니다. 이러한 고에너지 입자들은 대기 중의 질소나 산소와 충돌하면서 중성자를 생성하는데, 이러한 중성자들이 대기 중의 수소와 충돌해 삼중수소를 만들게 됩니다.
- 지형학적 생성: 지각 내부에서의 삼중수소 생성은 지구의 내부에서 발생하는 자연 방사선으로 인해 일어납니다. 우라늄, 토륨 등 방사성 원소의 퇴비가 원자핵의 알파, 베타, 감마 방사선을 방출하는데, 이것들이 수소와 상호작용하여 대부분 드물지만 삼중수소를 생성할 수 있습니다.
2. 인공적 생성
삼중수소는 핵 연료 및 여러 과학 연구에서 인위적으로 생성되기도 하는데요. 한 번 두가지로 분리해보겠습니다.
- 핵발전소: 고준위 방사성폐기물을 처리하는 과정에서 삼중수소가 생성됩니다. 핵분열 과정에서 발생한 중성자가 핵연료 주변의 물과 상호작용하면서 삼중수소가 생성되는데, 이 때문에 비록 양이 적더라도 핵발전소의 쿨링 시설에서 생기는 삼중수소를 가진 오염수 처리 문제가 생기는 겁니다.
- 핵융합 연구: 핵융합에 첸 리음과 트리튬을 사용할 때 생성되며 연구 과정에서 발생합니다.(이건 어려우니 패스..)
이처럼 삼중수소는 자연적 생성과 인공적 생성 방식을 통해 생성되는데요. 여러 분야에서 활용되고 있는만큼 특히나 배출과 관련된 처리방안이 필요하다고 생각합니다.
삼중수소의 활용 분야
네 앞서 말한 것처럼 활용 분야가 많다 했으니, 활용 분야까지 써보도록 하겠습니다.
1. 핵융합 에너지
삼중수소는 핵융합 연구에서 주요한 원천력으로 사용됩니다. 드터륨-삼중수소 반응은 가장 흔히 연구되는 핵융합 반응 중 하나로, 높은 반응율과 에너지 생산 효율 때문에 주목을 받고 있죠. 이에 핵융합 에너지는 깨끗하고 지속 가능한 에너지로써 주목 받고있습니다(위험하지만 깨끗하고 지속적이니 연구는 계속 진행되겠죠..)
2. 방사선 선량계
삼중수소는 방사성을 이용하여 방사선의 선량을 측정하는 선량계 제작에 활용됩니다. 이 기계들은 원자력 발전소, 연구시설, 병원 등에서 방사선 노출의 안전성을 관리하는데 사용된다고 하죠.
3. 라디오 루미네센트
삼중수소는 특수한 열분해 공정을 거친 인쇄회로 기판에 불을 붙이는 방식으로 라디오루미네센트 조명 공산품 제조에 활용되고 있습니다. 이러한 조명 공산품은 발광하는 특성 때문에 대피 문, 응급 구조원들 책장 등 야외 사용에 유용하다고 합니다.(처음엔 뭔소린가 했는데 좋은 거 였습니다!)
안전 문제
네 마지막으로는 안전 문제에 대해 알려드리도록 하겠습니다.(아무리 좋아도 위험하면 소용이 없으니까요.)
1. 방사선 피폭
삼중수소는 베타 방사선을 방출하는 방사성 물질입니다. 베타 방사선은 생체 내부로 침투할 수 있고, 이는 세포 내의 과정을 방해해서 DNA 손상의 가능성이 있습니다. 따라서 삼중수소를 사용하거나 관련된 작업을 수행할 때에는 방사선 방호를 위한 관리 및 지침을 따르는 것이 중요하겠죠.
2. 오염수 처리
핵발전소의 경우, 쿨링시설에서 발생하는 오염수에는 삼중수소를 포함한 방사성 물질이 포함됩니다. 그렇다면 이 오염수를 안전하게 처리할 수 있냐, 없냐가 가장 큰 문제겠죠. 당연히 올바른 처리 방안이 없다면 이 오염수가 환경에 유출되어 방사선 피폭 또는 오염 문제가 발생할 수 있으니까요.(현재 거론 중인 후쿠시마 오염수 방출 문제)
3. 환경 영향
삼중수소에 의해 오염된 물이나 토양은 생태계와 인간의 건강에 영향을 줍니다. 바로 바다 및 지하수 오염이 물고기와 식물에 영향을 미치기에 이는 생태계 뿐만 아니라 인간에게도 영향을 줄 수 있다는 말이죠.(먹이사슬 구조)
결론
이번 글에서는 삼중수소의 개념, 원자 구조, 생성 과정, 활용 분야, 그리고 안전 문제에 대해 알아보았는데요.
삼중수소는 핵융합 연구 등에서 많은 가능성을 보여주고 있지만, 동시에 안전 문제로 인해 주의가 필요한 원소입니다.
그렇기에 꼭 올바르게 삼중수소가 사용되길 빌며, 글을 마치도록 하겠습니다.
(후쿠시마 오염수, 삼중수소 제거 불가)