우라늄의 원소 기호는 무엇인가?
우라늄
우라늄(←)은 화학 원소로 원소 기호는 U(←), 원자 번호는 92인 은회색의 방사성 금속 원소이다. 모든 대형 상업용 원자력 발전소에서는 전기 에너지를 얻는 에너지원으로 우라늄을 쓰고 있다. 소프트볼 공만한 크기의 우라늄에서는 그 무게의 300만 배에 해당하는 석탄에서 나오는 것보다 더 많은 에너지를 얻을 수 있다. 또한, 우라늄은 일부 핵무기에 쓰여 엄청난 폭발력을 나타낸다.
하프늄
하프늄(←, ←)은 화학 원소로 기호는 Hf(←), 원자 번호는 72이다. 은회색의 광택이 있는 전이 금속으로, 화학적으로 지르코늄과 비슷하고 지르코늄을 함유한 광석에서 함께 발견된다. 1869년 드미트리 멘델레예프가 하프늄의 존재를 처음으로 예상하였고 1923년 발견되어 안정한 원소 중에서는 마지막에서 두 번째로 발견된 원소가 되었다. 원소가 발견된 도시인 코펜하겐의 라틴어 지명 하프니아(Hafnia)에서 이름을 땄다.
셀레늄
셀레늄(←) 또는 셀렌(←)은 화학 원소로 기호는 Se(←)이고 원자 번호는 34이다. 독성이 있는 비금속 원소로, 화학적 성질은 황과 텔루륨과 가깝다. 여러 가지 형태로 존재하나, 회색의 금속성 상태가 가장 안정적이다. 자연 상태에서는 순수하게 발견되는 일이 드물다. 주로 구리 광석을 제련하는 과정에서 부산물로 생성되며, 황철석 등의 황화물 광석에서도 산출된다. 반도체의 성질을 지니고 어두울 때보다 밝을 때의 전기 저항이 작아 광저항을 만드는 데 사용되며, 유리 제조, 염색, 광전지 등에도 사용된다.
생물체 내에서 양이 많으면 독성을 나타내기도 하지만 미량이면 모든 동물 세포와 많은 수의 식물 세포에 필수적인 역할을 한다.
가돌리늄
가돌리늄(←, ←)은 화학 원소로 기호는 Gd(←), 원자 번호는 64이다. 이 원소는 희토류 원소 중 하나이다. 핀란드의 화학자 요한 가돌린의 이름을 딴 원소이다. 은백색의 연성과 전성이 있는 금속으로 희토류 원소에 속한다. 1880년 스위스의 마리냐크(Jean Charles Galissard de Marignac)가 분광기를 이용해 처음 발견하여 이름을 붙였다. 1886년 프랑스의 화학자 르코크 드 부아보드랑이 최초로 순수한 형태로 분리하였다.
감손 우라늄
감손 우라늄(減損 - ), 열화 우라늄(劣化 - ) 또는 폐기 우라늄()은 천연 우라늄에 비해 우라늄-235의 비율이 낮은 우라늄을 말한다. 원자력 발전에 사용하기 위해 우라늄235의 농도를 높인 농축 우라늄을 추출하고 남은 폐기물이다.
우라늄 동위 원소
이러한 성질로 제 4세대 원전들 중 하나인 토륨 원전은 우라늄-233을 이용할 목표를 삼고 있다.
자발 핵분열
우라늄-238의 자발 핵분열은 핵분열의 파편이 결정구조를 통해 나아감에 따라 우라늄을 가지고 있는 광물에 자국을 남긴다. 이러한 자국은 방사성 연대 측정법의 기본이 된다.실질적으로, 플루토늄-239는 생성시에 추가로 중성자를 흡수하려는 경향이 있으므로, 항상 일정량의 플루토늄-240을 포함하고 있다. 플루토늄-240의 높은 자발 핵분열 비율은 이를 부적절한 혼합물이게 한다. 무기로 사용할 만한 플루토늄은 7% 이하의 플루토늄-240을 포함해야 한다.
운트리닐륨
운트리닐륨(Untrinilium)은 미발견된 원소의 임시 이름으로 원소 기호는 Utn, 원자 번호는 130번이다.
대한민국의 핵무기 개발
국내 최대 우라늄 분포 지역인 `대전-옥천-보은-금산 `에는 1억t 가량의 우라늄이 묻혀있는 것으로 추정되고 있지만 이 지역 우라늄 원광의 평균 품위 0.035%를 고려하면 개발시에 얻을 수 있는 천연 우라늄은 24,000 톤에 불과하다.
우라늄 동위 원소
반감기가 2342만년인 이 동위체는 이미 40억년전에 지구상에서 완전히 사라졌지만, 우라늄-235의 자발핵분열로 인해 생성된 중성자 활동으로 인해 새로 형성된 우라늄-236은 현재 자연계에서 발견되고 있다. 워낙 극미량이라 우라늄 동위 원소들 중 1조 3000억분의 1의 비율이지만 우라늄-235가 중성자를 하나 얻으면 생성되기 때문에 의미는 있다.
원자로에서도 대량 생산되는데 핵분열을 못해 핵폐기물로 분류된다. 그 다음 동위체인 우라늄-237도 핵분열 효율이 극히 낮으며, 넵투늄-237도 핵분열을 못한다. 또 다음 동위체인 238도 핵분열 효율이 극히 낮으므로 핵분열을 못한다고 볼 수 있기 때문에 우라늄-236은 핵폐기물로 분류되지만 중성자를 2개 흡수하면 원자력 전지의 연료인 플루토늄-238을 형성할 수 있기 때문에 우라늄-236의 일부는 플루토늄-238을 제조하는데 쓰인다.
핵무기
핵무기(핵폭탄, 원자폭탄)와 원자로는 모두 우라늄의 핵분열에서 나오는 에너지를 이용한다. 천연우라늄에는 여러 가지 동위원소가 있는데, 이 가운데 대표적인 것인 우라늄-235와 우라늄-238이다. 천연우라늄의 약 0.7%를 차지하는 우라늄-235는 스스로 핵분열이 가능한 반면, 천연우라늄의 약 99.3%를 차지하는 우라늄-238은 스스로는 핵분열이 불가능하다. 그리고 핵분열 반응의 재료에 스스로 핵분열이 가능한 우라늄-235가 얼마나 포함되어 있느냐에 따라, 핵분열 반응이 원자력발전에 이용되기도 하고 무기개발에 이용되기도 하는 것이다.
오클로 천연원자로
72년 프랑스 원자력청은 오클로 우라늄 광산의 시료를 검사하던중 오클로의 우라늄 광산이 선캄브리아 시대때 천연원자로로 가동했다는 사실을 공표하였다: 오클로 광산에서 캐낸 우라늄의 시료중에 다른 우라늄 시료보다 우라늄-235 함량이 낮은 시료가 있었던 것이었다. 처음에는 이 시료에 감손우라늄이 섞여들어갔을 것이란 추측을 하였지만, 시료의 동위원소를 분석한 결과 오클로지역의 시료에서 핵분열시 생기는 동위원소비율이 높다는걸 발견하였다. 연구를 진행하던 도중 지질학자들은 20억년전에 가동한 원자로 화석을 찾아내었다. 이 시기에 우라늄광석에 포함된 우라늄-235는 약 3%였으며, 물이 중성자 감속재역할을 했다는 사실이 밝혀졌다. 천연원자로에서 물로 인해서 중성자가 전달되어 임계가 일어나게 되는 것으로 밝혀졌으며, 임계반응이 가속화되어 연쇄반응이 격해졌을때는 연쇄반응으로 생긴 열로 인해서 물이 증발, 임계반응이 정지되었는 것으로 밝혀졌다.
악티늄족
악티늄족은 모두 방사성 원소이며 붕괴할 때 에너지를 발생시킨다. 자연적으로 만들어진 우라늄과 토륨, 그리고 인공 합성할 수 있는 플루토늄은 지구에 다량으로 존재하는 악티늄족 원소이다. 이 원소는 원자로와 핵무기에 쓰인다. 우라늄과 토륨도 역사적으로나 다양한 곳에 쓰이고, 아메리슘은 이온화 상자나 대부분의 현대적 연기 감지기에 쓰인다.
우라늄
결국 플루오린화물인 육플루오린화 우라늄 UF를 이용하여 그 기체에서 확산 속도의 차에 의한 물리적 방법이 채용되었다. 즉, 기체로 변화시킨 경우의 UF와 UF에서는 분자 1개의 무게가 1 % 정도 다르므로 많은 구멍을 뚫은 벽에 혼합기체를 흐르게 하면 가벼운 것이 다소 빨리 흐르게 되고 이것을 수없이 반복시킴으로써 농축시킬 수 있다. 또 Th를 원자로 내에서 U의 열중성자류에 접촉시키면 Th로부터 Pa을 거쳐 U이 얻어지는데 이것은 U나 Pu와 같은 연쇄반응을 일으키므로 원자로 연료로 중요하다.
아인슈타이늄
아인슈타이늄(←, ), 아인시타이늄 또는 아인스타이늄은 화학 원소로 기호는 Es(←), 원자 번호는 99이다.
악티늄
악티늄은 부드럽고, 은백색인 방사성 금속 원소이다. 악티늄의 전단탄성계수은 납의 전단탄성계수와 비슷한 것으로 추정된다. 악티늄의 강한 방사성에 의해 방출된 활동적인 입자가 악티늄 주변에서 이온화되어 악티늄은 어둠 속에서 연한 푸른빛을 낸다. 악티늄은 란타넘과 란타넘족의 원소들과 비슷한 성질을 가졌기 때문에 이 원소들은 우라늄 광석에서 채취하기가 어렵다. 용매 추출과 이온 크로마토그래피가 채취에 이용되는 주된 방법이다.
란타넘
란타넘(←) 또는 란탄(←), 란타늄(←)은 화학 원소로 기호는 La(←), 원자 번호는 57이다. 란타넘은 은백색의 금속으로 대개 란타넘족으로 분류한다. 세륨이나 희토류 원소와 함께 산출된다. 란타넘은 가단성과 연성이 있고, 칼로 자를 수 있을 만큼 무르다. 희토류 원소 중에 가장 반응성이 크다. 단, 대부분의 란타넘족 원소들이 자성이 있는 데 반해 란타넘은 자성이 없다.
핵연료 주기
핵연료로 사용되기 위해 농축된 6불화 우라늄은 펠릿 형태로 만들기 위해 우라늄 산화물 가루로 전환된다. 이 가루를 소결로에서 소결시켜 단단한 세라믹 형태의 우라늄 산화물로 만든다. 여기서 만들어진 원통형 펠릿을 균일한 크기로 자른 후, 원자로 노심 디자인대로 쌓은 후 부식되지 않는 합금관에 집어넣는다. 이 관은 펠릿을 넣고 봉해지며, 이 관을 연료봉이라고 부른다. 연료봉은 특별한 연료집합체에 묶은후 원자로에 장전하게 된다.
멘델레예프가 예측한 원소들
접두사 "eka-"는 멘델레예프의 예측에서뿐만 아니라 다른 이론가들에 의해서도 사용되었다. 프랑슘(francium)은 발견되기 이전에 에카세슘(eka-caesium)으로 불렸으며, 아스타틴(astatine)은 에카아이오딘(eka-iodine)으로 불렸다". "접두사 "eka-"는 아직도 초우라늄 원소를 지칭할 때 가끔 사용되기도 한다. 예를 들어 우누녹튬(ununoctium)은 에카라돈(eka-radon)으로 불리고 있으며, 운비우늄(unbiunium)은 에카악티늄(eka-actinium), 또는 드비란타넘(dvi-lanthanum)으로 불리고 있다. 그러나 현재 국제 순수·응용 화학 연합(IUPAC)은 이러한 접두사들을 사용하는 것 대신에 원자번호에 기반을 둔 체계적 원소 이름을 사용하기를 권하고 있다.
핵연료
가압수형 원자로의 연료는 실린더형 연료봉이 묶여진 형태이다. 산화 우라늄은 세라믹 형태로 연료펠릿에 들어있으며, 이 연료펠릿은 지르코늄 합금으로 만든 피복재에 들어가게 된후, 묶여지게 된다. 지르코늄 합금 튜브는 지름 1cm에 연료 피복 뚜껑은 헬륨으로 채워져 있어, 연료에서 발생되는 열이 피복재로 가는 전도율을 높여주는 역할과 더불어 펠릿과 피복재의 상호작용을 최소화 시켜준다. 보통 하나의 연료 집합체엔 179~264개의 연료봉이 들어가며, 원자로 노심 하나에는 121개에서 193개의 연료 집합체가 들어가게 된다. 일반적으로 연료 집합체의 경우 14x14혹은 17x17의 형태로 제작되며, 연료 집합체의 길이는 약 4미터 정도이다. 가압수형 원자로의 연료 집합체의 경우엔 제어봉이 위에서 연료집합체로 바로 내려오게 된다. 산화 우라늄은 피복되기 전에 건조되는데, 이는 세라믹 연료에 있는 습기가 부식을 일으키거나, 피복재를 연하게 만들수 있기 때문이다.
우라늄
천연우라늄은 U(존재 백분율 0.0054 %, 반감기 24만 8000년), U(존재백분율 0.7024 %, 반감기 7억 380만 년), U(존재백분율 99.2742 %, 반감기 44억 6800만년) 등 3종의 동위원소로 이루어지며, 그 밖에 인공적으로 만든 동위원소를 포함하면 질량수 217로부터 242까지 26종이 존재한다. U는 악티늄족 계열 최초의 핵종으로 악티노 우라늄(AcU)이라고도 하며, 열중성자·고속중성자·양성자·i입자·중양성자·i선 등의 충격에 의해서 핵분열하는데, 열중성자에 의한 핵분열에서는 약 200MeV의 에너지를 방출하며 평균 2.5개의 중성자도 방출한다. 따라서 방출된 중성자가 다른 235U 원자를 분열시키도록 조건을 주면 연쇄반응을 일으켜 거대한 에너지를 방출한다.
글렌 T. 시보그
1934년부터 1940년까지 우라늄원소보다 더 큰 원자번호를 가지고 있는 초우라늄 원소를 찾기 위한 노력을 했으나, 핵변환 실험으로는 너무 미소한 분량이 만들어지기 때문에 화학적으로는 분리할 수가 없었다. 1940년 초 사이클로트론을 사용한 실험에서 최초로 93번 원소가 분리되었는데, 이 원소가 넵투늄이다.
우라늄
공기 중에서 가열하면 발화해서 산화우라늄(UO)이 된다. 할로젠, 황, 질소와도 직접 반응한다. 묽은 산에는 녹아 수소를 발생하며 4가(4+) 우라늄염으로 바뀌며, 질산에도 녹아 질산우라늄을 만든다. 알칼리 금속과는 반응하지 않으며 이온화 경향은 망가니즈와 아연의 중간이다. 화합물의 주원자가는 2+, 3+, 4+, 5+, 6+인데 4+가 가장 안정하고 6+가 그 다음이다. 우라늄 이온은 U, U 등이 있다.
타이타늄
타이타늄, 티타늄(←) 또는 티탄(←)은 화학 원소로 기호는 Ti(←)이고 원자 번호는 22이다. 가볍고 단단하며, 거의 부식되지 않는다.전이 금속 원소로 은백색의 금속 광택이 있다. 순수한 타이타늄은 낮은 물성치로 인해 강한 내식성이 요구 되는곳을 제외하곤 대부분 합금으로 많이 쓰인다. 또한 이산화 타이타늄은 흰색 안료의 재료로, 페인트 등에 쓰인다.
대한민국의 핵무기 개발
IAEA 2차 사찰단이 2004년 9월 20일부터 대전 한국원자력연구소의 우라늄 분리실험과 플루토늄 추출실험을 대상으로 보강 조사활동에 본격 착수했다. 이번 사찰단의 또 다른 중요 관심사가 2000년 우라늄 0.2g을 농축할 당시 사용한 증기 레이저동위원소분리법(AVLIS)을 이용한 실험 내용과 기술 수준인 것으로 알려졌다.
아스타틴
아스타틴(←)은 화학 원소로 기호는 At(←), 원자 번호는 85이다. 지금까지 발견된 비금속 중에서 가장 무거운 원소이며, 우라늄이나 토륨이 붕괴하면서 생성되는 방사성 원소이다. 매우 불안정하며 30개의 동위원소가 모두 방사성 붕괴를 한다. 가장 안정한 동위 원소는 원자량이 209.987이고, 반감기는 8시간이다. 화학적 성질은 아이오딘과 매우 비슷하나, 화학반응 도중 아이오딘보다 전자를 잃기 쉽고, 받기는 어렵다.
농축 우라늄
농축하는 데는 막대한 전력과 비용이 들고 많은 천연우라늄이 허비된다. 우라늄의 농축이 곤란한 것은 우라늄-235와 우라늄-238의 화학적인 성질이 같기 때문에, 겨우 1.3%의 원자의 무게의 차이를 이용하여 물리적 방법으로 그것들을 분리하는 수밖에 없는 까닭이다. 그 방법으로는 다음과 같은 것이 있다.
아이오딘
아이오딘(←)은 원소 기호 I, 원자 번호 53인 화학 원소이다. 요오드(←) 또는 옥도(沃度←), 옥소(沃素←)라고도 한다. 안정 할로젠 중 가장 무거운 원소로, 표준 온도 압력에서 금속 광택이 있는 검보라색 고체이며, 승화하면서 보라색 기체가 나온다. 1811년 프랑스의 화학자 베르나르 쿠르투아가 처음 발견했다. 2년 후에 조제프 루이 게이뤼삭이 보라색을 뜻하는 그리스어 를 따라 명명하였다.
원자로
원래 천연우라늄에는 1%정도의 분열가능한 U가 포함되어 있고, 몇몇 원자로들은 이 U를 농축시킨 연료를 필요로 한다. 농축우라늄은 U의 양을 좀 더 늘리는 것으로, U를 농축시키는 데는 보통 기체 확산법과 원심분리기법(U-235와 U-238의 무게차이를 이용한 방법), 레이저 확산법등을 사용한다. 농축과정이 끝나고 우라늄은 우라늄 이산화물(UO) 가루로 전환하여, 펠릿 틀에 집어넣고 압력과 열을 가한다. 이렇게 만들어진 펠릿은 가느다란 튜브에 집어넣는데, 이 튜브를 가리켜 연료봉이라고 부른다. 원자로에는 여러 개의 연료봉을 묶은 연료집합체가 들어가게 된다.
대한민국의 핵무기 개발
2000년 한국의 우라늄 레이저 농축법 실험 파문으로 2004년 국제원자력기구(IAEA) 사찰단이 한국의 핵물질 실험조사를 위해 괴산 우라늄 광산 을 방문 조사했다. 괴산과 금산 일대에는 1956∼1990년 한국지질자원연구원의 조사를 통해 1억1500만 t의 천연 우라늄이 매장된 것으로 추정됐다. 하지만 품위(우라늄 함량)가 경제성 기준(0.1% 이상)에 미치지 못한 0.03∼0.04%여서 개발이 중단됐다. 품위 0.04%일 경우, 천연 우라늄 0.875톤을 추출하기 위해서는 2,200톤 정도의 우라늄 광석 채굴이 필요하다.
우누넨늄
우누넨늄(, ) 또는 에카-프랑슘은 발견된 119번 원소의 이름이다. 원자 번호는 119, 원소 기호는 Uue이다.
알칼리 금속이다.
루비듐
루비듐(←, ←)은 화학 원소로 원소 기호는 Rb이고 원자 번호는 37이다. 루비듐은 무르고, 은백색의 알칼리 금속이다. 원자량은 85.4678이다. 자연적인 루비듐은 반응이 격렬하고 아주 빠른 산화 같은 다른 알칼리 금속의 성질을 가지고있다. 자연적인 루비듐은 두 이성질체를 가지고 있다. : Rb, 은 전체 루비듐의 72%를 차지하는 안정적인 루비듐이다. 나머지 28%는 방사성 물질인 Rb 이며 반감기는 488억년이다. 이는 우주의 나이의 3배 보다 더 길다.
폴로늄
폴로늄(←, ←)은 화학 원소로 기호는 Po(←), 원자 번호는 84이다. 준금속 원소이며, 방사성을 띤다. 우라늄 광석에서 추출되며, 화학적으로 텔루륨과 비스무트와 비슷한 성질을 가지고 있다. 이때 발견된 것은 반감기 138.401일인 폴로늄 210 210Po이며, 보통 폴로늄이라고 할 때는 이것을 가리키는데, 우라늄-라듐계열의 마지막에 위치하는 방사성원소이며, 라듐 F(RaF)라고도 한다.2006년, 전직 KGB 요원 알렉산드르 리트비넨코를 살해하는 데 사용되었던 우산 끝에서 검출된 물질이다.
우라늄 동위 원소
천연 동위 원소로 자연계에 가장 많이 존재하는데 반감기가 44억 6800만년이나 되기 때문이다. 태양계의 역사보다 1억 400만년 짧은 반감기를 가지고 있기 때문에 태초의 우라늄-238의 양과 비교하면 아직도 49%나 남아있다. 우라늄-238은 우라늄 동위체의 99.28%나 존재하며 핵연료의 희석제로 쓰인다. 고속중성자(자원중성자)를 이용하면 많은 비율을 플루토늄-239로 바꿀 수 있기 때문에 기대되는 동위체이다. 열중성자로에서도 많은 양의 우라늄-238이 중성자를 흡수하여 대량의 플루토늄-239를 형성하고 실제로 원자로의 에너지의 26%는 플루토늄-239의 핵분열로 생성된다.
오토 한
두 사람은 초우라늄원소의 추출 과정에서 특이한 현상을 발견한다. 담체로 사용했던 바륨과 란탄이 방사성원소로 변한다는 것이었다. 이에 대한 물리학적 원인을 마이트너에게 문의했고, 마이트너는 우라늄핵이 분열이 되었을 가능성을 제기했다. 천연우라늄에 0.8% 정도 섞여 있는 우라늄-235가 중성자를 흡수해 질량이 비슷한 바륨과 란탄의 원자핵으로 분열한 것으로, 방사선은 이 핵분열의 일부로 발생한 것이라는 해석이었다. 오토 한과 슈트라스만은 이 사실을 증명하기 위한 실험에 착수하여 실제로 그것을 증명해냈다.
우라늄 레이저 농축법
1977년 동아일보 기사에 따르면 핵폭탄 한 개를 제작할 수 있는 농축 우라늄 20kg를 얻는데, 30만초, 즉 3.5일이 걸린다고 하는데, NRDC 보고서에 따르면, 최신 기술을 적용한 경우, 농축 우라늄 5 kg이면 20 kt급 핵폭탄(히로미사급 핵폭탄)을 제작할 수 있다. 75,000초, 즉 21시간이면 20 kt급 핵폭탄(히로미사급 핵폭탄) 1발을 제작할 수 있다.
핵무기 설계
우라늄-233(U-233)은 인공적으로 만들어진 동위원소이다. 핵반응로에서 토륨-232로부터 만들어진다. U-233의 분열 특성은 U-235와 Pu-239의 중간 정도이다.
121
운비우늄(Ubu)의 원자번호
운비트륨
운비트륨(Unbitrium)은 미발견 원소로 원소 기호는 Ubt, 원자 번호는 123이다. 운비븀과 운비우늄과 함께 초악티늄족에 속할 것으로 예측되는 원소이다. 운비트륨은 이제까지 119번을 넘은 원소 중에서 가장 반감기가 길 것으로 예측된다.
수은
수은(水銀, )는 화학 원소로 기호는 Hg(←), 원자 번호는 80이다. 무겁고 은색의 전이 금속으로, 수은은 섭씨 30도 부근에서 액체 상태인 다섯 원소 중 하나이다.(나머지 넷은 금속인 세슘, 프랑슘, 갈륨과 비금속인 브로민) 진사에서 주로 얻는다. 수은 원자에 고속의 베릴륨 원자를 충돌시키면 양성자가 하나 날아가서 금원자를 만들 수 있지만 1년동안 동일한 작업을 한다고 해도 단0.00018g의 금만을 만들 수 있기 때문에 채산이 맞지 않아 사용되지 않는다.
우라늄 레이저 농축법
레이저 농축법은 천연 우라늄 중에서 우라늄 235만을 이온화 시키는 레이저를 쏘아 이온화 된 우라늄 235를 전자기장을 걸어 가루로 모아오는 방식이다. 천연 우라늄에는 99.3%의 우라늄-238, 0.7%의 우라늄-235이 있으며 핵폭탄이나 원자로에 사용되는 우라늄은 우라늄 235이다.
우라늄-235
핵분열이 되기 때문에 핵연료로 쓰인다. 하지만 자연계에는 0.7204%밖에 존재하지 않기 때문에 농축하게 된다. 일반 경수로에는 4.5%까지 농축하며, 실험용 원자로의 경우, 경우에 따라 10%~60%까지 농축하기도 하며 중수로에는 농축하지 않고 천연연료를 제조해서 집어넣어 사용할 수 있다.
선박용 원자로나 잠수함에는 최대 95%까지 농축하여 사용하기도 하는데 중성자 흡수재인 가돌리늄이나 사마륨을 첨가하여 핵연료를 제조한다.
물론 일반 원자로의 핵연료에도 중성자 흡수재인 가돌리늄, 사마륨, 디스프로슘 등을 첨가하여 펠릿을 제조하는데 잉여 중성자가 넘쳐나서 핵분열이 과도하게 일어나는 것을 막기 위해서이다.
운비닐륨
운비닐늄() 또는 에카-라듐은 미발견된 120번 원소의 이름이다. 원자 번호는 120, 원소 기호는 Ubn이다.
알칼리 토금속이다.
2003년에 러시아 합동핵연구소(JINR) 산하 플레로프 핵반응연구소(FLNR)에서 합성을 시도하였다.
핵연료 주기
중수로와 흑연감속 원자로는 천연 우라늄을 사용하지만, 전 세계의 대다수 원자로는 농축 우라늄을 사용한다. 일반적인 발전용 원자로는 U 5%, U 95%인 농축 우라늄을 사용하지만, 선박용 원자로의 경우 약 93%의 U를 사용한다.
산화 우라늄
산화 우라늄은 우라늄의 산화물을 말한다.
리제 마이트너
1930년대 초에 중성자가 발견된 뒤, 과학계는 우라늄(원자번호 92)보다 무거운 원소를 실험실에서 인공적으로 만들 수 있을지 모른다는 추측을 했다. 그리하여 영국의 어니스트 러더퍼드, 프랑스의 이렌 졸리오퀴리, 이탈리아의 엔리코 페르미, 그리고 독일의 마이트너-한 사이에 과학적 경쟁이 벌어졌다. 경쟁에 참여한 이들은 모두 이것이 노벨상감이 될 수 있는 연구라고만 생각했다. 핵무기에 대한 생각은 아무도 하지 못하던 시절이었다. 한과 마이트너는 1935년부터 소위 "우라늄 너머 연구"를 시작했고, 이 연구 과정에서 1938년 12월 중원소 핵분열 현상을 우연히 발견했다. 하지만 그로부터 반 년 후 마이트너는 나치의 박해를 피해 베를린을 떠나야 했다. 알베르트 아인슈타인은 마이트너를 "독일의 마리 퀴리"라고 평가했다.
플루토늄-239
플루토늄-239(Pu)는 플루토늄의 동위 원소로, 원자력 발전소에서 사용하고 남은 원료에서 우라늄-235와 함께 다량 발견되는 동위체이다.
반감기는 2만 4110년으로 알파 붕괴를 통해 우라늄-235로 붕괴된다.
94개의 양성자와 145개의 중성자로 이루어져 있다.
스트론튬-90
스트론튬-90은 우라늄-235와 플루토늄-239의 핵분열과 자연계에 존재하는 토륨, 우라늄의 동위원소의 자발 핵분열시에 나오는 스트론튬의 방사성 동위원소이다.
우라늄 레이저 농축법
핵폭탄 한 개를 만들려면 우라늄 235가 20 kg 정도 필요하다. 이를 위해선 천연 우라늄 3.5톤이 든다. 레이저 농축법은 가스확산법과 같은 막대한 에너지나 열량을 소모하지 않으며 원심분리법의 우라늄 낭비 폐단도 없다. 막대한 시설이나 공장부지도 필요없다. 2시간 단위로 한 사이클이 계속되며, 우라늄 235 20kg를 얻는데, 30만초, 즉 3.5일밖에 안 걸린다고 한다. 이것은 지하 아지트에서 손쉽게 핵폭탄을 만들 수 있는 가능성을 동시에 열어놓는 것이다.
플루오린
플루오린(←) 또는 플루오르(←), 불소(弗素←)는 할로젠에 속하는 화학 원소로 기호는 F(←), 원자 번호는 9이다. 플루오린 분자는 상온에서 옅은 황록색 기체로, 다른 할로젠 원소와 마찬가지로 맹독물이다.
핵무기 설계
플루토늄은 원자 번호가 94로 우라늄보다 2가 높다. 자연적으로는 플루토늄은 우라늄 광석에 아주 적은 양이 존재할 뿐이다. 군사용 혹은 연구용으로 필요한 플루토늄은 정제된 U-238을 증식로와 같은 강한 중성자원에 노출함으로써 얻을 수 있다. U-238이 중성자를 흡수하면 U-239이 만들어지며, 이후 두 번의 베타 붕괴를 거쳐 플루토늄-239(Pu-239)가 된다. Pu-239는 U-235에 비해 보다 높은 핵분열 확률을 지니며, 또한 매 핵분열시 보다 많은 수의 중성자를 생성한다. 이러한 이유로 플루토늄은 우라늄에 비해 임계 질량이 보다 낮다. 순수한 Pu-239는 자발 핵분열로 인한 중성자 방출 비율이 상당히 낮으며(1 kg당 매 초 10 핵분열), 이 역시 폭발전의 초임계 결합을 더 쉽게 한다.
원자력 발전소
천연 우라늄은 99 %의 우라늄 238과 0.7 %의 우라늄 235를 포함하고 있다. 우라늄 238은 핵분열시키기 어려우므로 중수로를 제외한 다른 원자로들은 천연 우라늄을 농축하여 우라늄 235의 비율을 높이는 과정인 농축 과정이 필요하다.
방사성 폐기물
미국의 규정에 따르면, 초우라늄 폐기물은 어디서 만들어졌는지 상관없이 알파선을 방출하고 반감기가 20년보다 긴 초우라늄 방사성 핵종에 오염된 폐기물을 말한다. 또한 이들은 고수준 폐기물은 제외하고 농도가 100nCi/g(nCi : 나노퀴리)보다 높아야 한다. ‘초우라늄’이라 함은 우라늄보다 원자번호가 큰 원소들을 말하는데, 이들의 긴 반감기 때문에 초우라늄 폐기물은 저준위 폐기물과 중준위 폐기물들보다 조심스럽게 처리된다.
핵무기 설계
자연적으로 생겨나는 우라늄은 99.29%의 대부분을 동위원소인 U-238이 차지하고 있으며, 핵분열성 동위원소인 U-235는 단지 0.71%만을 차지하고 있다. U-238은 높은 확률로 핵분열 없이 중성자를 흡수하며, 또한 높은 자발 핵분열 비율을 가지고 있다. 이러한 특징은 U-238이 핵폭탄 내부에 너무 많을 경우 핵 연쇄 반응이 성공적으로 일어나지 않을 것임을 의미한다. 무기로 사용하기 위한 우라늄은 여러 동위원소 분리 방식을 이용하여 농축되며, 대개의 분리 방식은 U-235가 U-238보다 아주 약간 가볍다는 것을 이용한다. 이 과정은 핵무기 생산 계획에서 가장 어려운 부분이며, 모든 형태의 동위원소 농축 방식은 첨단 기술이 필요하다.
리제 마이트너
우라늄의 핵이 중성자를 얻어맞아 쪼개질 가능성은 이미 여러 해 전에 제기된 바 있고, 특히 이다 노다크는 1934년 "핵분열"이라는 말을 처음으로 사용했다. 하지만 한이 제공한 정보에 준경험적 질량공식을 적용하여 그 원자핵의 분열이 구체적으로 어떻게 일어나는 것인지에 관한 이론을 세운 것은 마이트너와 프리슈가 최초였다. 중성자를 맞은 우라늄 원자핵은 바륨과 크립톤으로 쪼개지는데, 이때 여러 개의 중성자와 대량의 에너지를 발생시킨다. 마이트너와 프리슈는 우라늄보다 원자번호가 큰(즉 무거운) 원소는 양성자가 너무 많아서 그 양성자들 사이의 척력이 강력을 초과하기 때문에 자연 상태에 안정적으로 존재할 수 없음을 밝혀냈다. 또한 핵분열 때 발생하는 대량의 에너지를 아인슈타인의 유명한 질량-에너지 등가 공식 E = mc로써 설명한 것도 마이트너와 프리슈가 최초였다.
1938년 12월 보어가 보낸 편지가 이런 착상을 가능케 했다. 보어는 우라늄에 중성자를 쏘았을 때 발생하는 에너지가 비핵분열성 핵에서 계산하여 예측한 바보다 훨씬 크다는 점을 언급했다. 그리고 마이트너와 프리슈가 이 발견이 온전히 화학적으로 설명될 수 있음을 입증한 것이다. 다만 본업이 화학자였던 한은 물리적 과정을 설명하기 위해 화학을 도구로 사용하는 것을 마뜩치 않아했다.
이트륨
이트륨(←, ←)은 화학 원소로 기호는 Y(←)이고 원자 번호는 39이다. 은색을 띠는 전이 금속으로 희토류 원소 중 가장 흔하다.
운비우늄
운비우늄(Unbiunium, Ubu)은 미발견된 121번 원소이다. 알파 붕괴를 하며 우누넨늄을 생성할 것으로 추정된다. 안정성의 섬에 들어가 반감기가 길 것으로 예측된다.
핵연료
TRIGA 연료는 TRIGA(Training, Research, Isotopes, General Atomics) 원자로에서 사용하는 핵연료이다. TRIGA 원자로는 우라늄-지르코늄 수화물(UZrH)를 사용하는데, 이 연료는 음의 피드백 효과로 인해, 노심의 온도가 올라가면 반응도는 줄어들게 되어 노심용융이 일어나지 않도록 한다. TRIGA 원자로는 중성자를 많이 방출되개 설계하여, 실험에 사용될 수 있게 만들어져 있다. TRIGA 연료는 원래는 고농축 우라늄을 사용하도록 디자인되어 있지만, 1978년 미국 에너지성에서 연구용 원자로의 농축도를 낮추게 되어, 저농축 우라늄으로 가동되고 있다.
핵연료
우라늄 탄화물은 높은 열효율과 더불어 높은 녹는점으로 주목받고 있으며, 게다가 연료내부에 산소가 없어서(방사선을 받게 되면, 연료에서 O나 다른 가스가 방출되게 된다) 세라믹을 코팅하기에 적당한 연료(세라믹을 코팅하게 되면 구조적으로나 화학적인 장점을 얻을수 있다)라고 할 수 있다. 탄화물 연료는 현재 가스 냉각형 고속로의 연료의 후보로 주목받고 있다.
우라늄
그리고 가장 적은 비율을 차지하는 우라늄-234 원자는 0.0054%를 차지한다. 우라늄의 반감기는 매우 길고 안정적이다. 반감기는 우라늄-238의 경우 44억 6800만 년, 우라늄-235의 경우 7억 380만 년, 우라늄-234의 경우 24만 5000년이 걸린다. 그 밖에 인공적으로 만든 동위원소를 포함하면 질량수 217로부터 242까지 26종이 존재한다.
보륨
보륨(←, )은 화학 원소로 기호는 Bh(←), 원자 번호는 107이다. 보륨은 가속기 속에서 납과 크로뮴이 원자핵 반응함으로써 생긴다. 체계적 원소 이름으로는 운닐셉튬(Unnilseptium, 기호 Uns)이었다. 덴마크의 물리학자 닐스 보어(Niels Bohr)를 기리기 위해 붙여졌다. 보륨의 동위원소들은 주로 분을 넘기지 못한다. 그러나 보륨274나 273은 반감기가 90분 정도로 매우 긴 편이다. 또한 보륨은 휘발성이 있는 인공원소이며, 옥시클로라이드 화합물을 생성한다. 금속의 성질은 레늄과 유사하다는 것을 알 수 있었다. 밀도는 37g/cm이다.
오가네손
오가네손(Oganesson)은 원자 번호 118번의 초우라늄 원소로 비활성 기체의 여러 성질을 공유할 것으로 생각되며, 화학적 성질은 라돈과 비슷할 것이다. 라돈처럼 방사성 기체일 것이며, 유일한 반도체 기체로 추정된다.
전에는 '우누녹튬(ununoctium,Uuo)'이라고 불렀다.
방사성 물질의 불안성을 무시한다면, 오가네손은 라돈이나 제논에 비해 화학적 활성을 띨 것으로 여겨진다. 안정적 산화물(OgO)이나 염화물, 불화물을 이룰 것이다.
우라늄 동위 원소
우라늄-238이 중성자를 하나 흡수하여 생성된다. 반감기가 23분으로 매우 짧아 즉시 넵투늄-239로 붕괴된다고 할 수 있다.
우라늄 동위 원소
우라늄-236이 중성자를 흡수하여 생성되지만 열중성자 핵분열 효율이 불과 0.4%, 고속중성자(자원중성자) 핵분열 효율도 4.1%에 불과하다. 또한 반감기도 6.75일로 매우 짧아 중성자를 먹기도 전에 93.7%의 대부분이 넵투늄-237로 붕괴된다. 열중성자로에서는 우라늄-237중 0.4%만 핵분열을 하고 99.6%는 우라늄-238로 변환된다.
우라늄-238
핵연료를 쓰게 되면 폐기물인 우라늄-238이 많이 남게 되므로 고속중성자(자원중성자)선속을 이용하여 우라늄-238을 플루토늄-239로 변환하여 쓰려는 시도를 하고 있다. 이는 우라늄-235가 자연계에 적게 매장되어 있고 많은 우라늄-238이 남으므로 핵폐기물도 줄이고 효율적인 원자로 가동을 위해서이다. 이러한 원자로가 바로 고속 증식로이다.
운비엔늄
운비엔늄(Unbiennium)은 미발견된 원소의 이름으로 원소 기호 Ube, 원자 번호는 129번이다.
우라늄 동위 원소
하지만 이는 대형의 중성자 공급장치를 필요로 한다는 점에서 경제성이 없다.
토륨 원전에서는 이러한 성질 때문에 토륨에 플루토늄-239, 우라늄-235등을 섞어 사용하는 방법도 있지만 핵분열성 동위원소를 고농축해야 하므로 실효성이 떨어진다.
크로뮴
크로뮴(←) 또는 크롬(←)은 주기율표의 6족에 속하는 화학 원소로 기호는 Cr(←)이고 원자 번호는 24이다. 은색의 광택이 있는 단단한 전이 금속으로, 부서지기 쉬우며 잘 변색되지 않고 녹는점이 높다.
타이타늄 동위 원소
타이타늄의 표준 원자량은 47.867(1) u이다.
루테늄
루테늄(←, ←)은 화학 원소로 기호는 Ru(←), 원자 번호는 44이다. 백금족에 속하는 희귀한 전이 금속으로, 백금 광석에서 함께 산출되며, 백금 합금에 촉매로 쓰인다. 라틴어로 루스인의 땅을 뜻하는 루테니아에서 비롯되었다.
플루토늄
플루토늄(←, ←)은 희귀한 초우라늄 방사성 동위원소로 원자번호 94, 기호는 Pu(←)이다. 반감기는 최소 88년에서 최대 808만 년이다. 원자로내에서 우라늄 농축연료를 분열시키거나 U에 중성자를 조사하여 플루토늄을 만든다. 특히 Pu은 고속증식로의 연료로 사용되며, 또한 원자폭탄 제조에 사용된다. 동위원소인 Pu는 원자력 전지에 사용된다. 플루토늄은 독성이 강해 취급에 상당한 주의를 요한다. 최근에는 원자로 내에서 스스로 증식하는 특성을 이용하여 플루토늄을 주 연료로 하는 고속증식로를 전략원자로로 개발하고 있다.
니호늄
2016년 6월 8일, 우눈트륨의 발견자인 일본 이화학연구소는 원소의 이름을 니호늄(Nihonium, Nh)으로 최종 결정, 국제순수응용화학연합(IUPAC)도 이날 113번 원소 명명안 발표에서 원소의 이름을 니호늄으로 결정했다.
스핀-궤도 상호작용 탓에 7p 오비탈중 하나가 특별히 안정해져서 13족 원소의 가벼운 동족원소와는 성질이 다를 것으로 예측된다.
우라늄-238
우라늄-238은 지각에 2.6ppm의 비율로 들어 있어 풍부한 동위체이다. 이는 주석보다도 더 풍부하다.
지구 초창기에 우라늄-238은 5.3ppm의 비율로 들어 있었다. 우라늄-235도 2ppm에 가까워 현재 우라늄-238에 거의 근접한 수치로 풍부했었다.
핵분열
일반적으로 핵분열 가능성은 물질의 특성 중 하나인 반응단면적(입자가 물질 속을 진행 시 화학 반응을 수반하는 충돌이 일어나는 확률을 표적의 면적으로 나타낸 양)에 따라 결정되는데, 우라늄-233(^{233}_{92}U), 우라늄-235(^{235}_{92}U), 플루토늄-239(^{239}_{94}Pu) 등이 핵분열 반응단면적 값이 커서 주로 핵분열 물질로 분류된다.
맨해튼 계획
그러나, 여전히 알려지지 않은 것들이 있었다. 순수한 우라늄-235의 물리적 성질은 아직 완전히 밝혀지지 않았고, 플루토늄의 존재는 1941년에 와서야 글렌 시보그의 연구팀이 발견하였다. 버클리의 과학자들은 우라늄-235의 핵분열에 의한 폭발과 우라늄-238을 플루토늄으로 변환시킨후 핵분열을 일으키는 방식의 폭발을 놓고 회의를 계속하였다. 게다가 당시에 플루토늄은 사이클로트론에서 소량이 검출된 수준에 불과하였다. 심지어 1943년 12월까지도 비축된 플루토늄의 양은 2 밀리그램에 불과하였다. 또한, 임계 질량에 이르게 하는 방법 역시 다양한 것들이 제시되었다. 한 쪽에 "반응물"을 모아놓고 원통 모양 플러그인 "간섭자"를 쏘아 임계 질량에 도달하는 방법에서부터 둘로 나뉜 반응물을 서로 미끌어지도록 강하게 결합시켜 임계 질량에 도달하는 방법까지 다양한 방법이 제시되었다. 폭발 양상에 대해서는 리처드 톨만은 타원형 폭발을 제시하였는데, 그는 타원형 폭발이 자체 촉매 작용을 불러올 가능성이 있기 때문에 폭발력을 보다 강화시킬 것으로 보았다.
우라늄-235
핵연료에는 우라늄-238이 많이 있더라도 다음 동위체인 플루토늄-239가 중성자를 많이 내며 우라늄-235도 열중성자로에서 2.28개의 중성자를 내뿜고 핵분열 효율이 82%에 이르기 때문에 중성자 흡수재를 첨가해야 한다.
우라늄정광
광석은 맨처음에는 순수 우라늄 광석으로 파쇄기를 이용해 고운 가루로 만들어 "펄프드" 광석을 만들어낸다. 이 상태에서 농축 산, 알칼리 또는 과산화수소 용액으로 우라늄 여과의 과정이 더 이루어진다. 우라늄염은 건조와 필터링 이후 남는 것을 이르는 말이다. 현대의 일반적인 평삭 공정을 통해 얻어지는 우라늄염은, "옐로케이크"라는 별명에도 불구하고 실제로는 갈색이나 검은색이다; 옐로라는 이름은 초기의 공정에서 얻어진 농축물의 색깔과 구조에서 온 이름이다.
시보귬
시보귬(←, )은 화학 원소로 기호는 Sg(←), 원자 번호는 106이다. 미국의 화학자 글렌 T. 시보그의 이름을 따서 지어진 이름이며, "운닐헥슘"(unnilhexium, Unh)이나 "러더퍼듐"(rutherfordium)이라는 이름으로 불리기도 했다. 시보귬은 인공 원소로 가장 안정적인 동위 원소인 Sg의 반감기는 1.9분이다. 화학적 성질은 텅스텐이나 몰리브데넘에 가깝다. 가속기에서 캘리포늄과 산소의 핵반응으로 생성된 원소이다.
우라늄-238
우라늄-238(U)은 자연계에 가장 풍부하게 존재하는 우라늄의 동위 원소이다. 천연 우라늄의 99.284%가 우라늄 238이다. 반감기는 1.41 × 10 초((4.46 × 10년, 44.6억 년)이다.
우라늄 레이저 농축법
미국은 원자력 발전 핵연료인 농축 우라늄의 차세대 기술인 레이저 농축법(ALVIS)를 채택하기로 결정했다. 기존의 원심분리법(AGC)보다 더 발전된 최신기술이다. 생산원가가 싸고 농축 우라늄의 경쟁력을 회복하기 위한 것이다. 1985년 현재 세계 추세는 가스확산법에서 원심분리법으로 이행, 일본이나 유럽에서는 원심분리법으로 상업적 우라늄 농축을 하고 있다. 미국의 정책 변경은 이들 국가에 큰 영향을 줄 것으로 예상되고 있다.
저마늄
저마늄(←) 또는 게르마늄(←)은 화학 원소로 기호는 Ge(←)이고 원자 번호는 32이다. 독일의 화학자 빈클러가 1886년 발견한 반도체 물질로서 구리, 납, 아연 등의 광석을 정제하는 과정에서 얻어진다. 푸른빛이 감도는 회백색의 광택이 있고 단단한 준금속 원소로 규소나 주석과 화학적 성질이 비슷하다. 다양한 유기금속 화합물을 형성하며, 정류기, 트랜지스터, 반도체 등의 전자공학 분야에 널리 쓰이는 재료이다. 지각에는 50번째로 많이 존재하는 원소이다.
영변 우라늄 농축 공장
SWU()는 분리작업단위라고 부르며, 우라늄 농축 능력을 나타내는 도량형이다. 우라늄 농축도·폐기농도(tails assay) 0.3%일 경우에, 102 kg (225 lb)의 천연 우라늄을 농축도 4.5%의 저농축 우라늄 10 kg (22 lb)으로 농축하는데 62 SWU가 필요하다. 26,800 SWU면 1년에 농축도 100% 고농축 우라늄 194 kg, 농축도 90% 고농축 우라늄 216 kg을 생산할 수 있다.
알파 입자
알파 입자들은 보통 초우라늄 원소들로 알려진 우라늄, 토륨, 악티늄, 라듐 등의 큰 방사성 원자핵들로부터 방출된다. 다른 종류의 붕괴와는 달리, 알파붕괴의 과정에는 알파붕괴를 할 수 있는 최소 크기의 원자핵을 반드시 가지고 있어야한다. 현재까지 발견된 알파붕괴를 할 수 있는 가장 작은 원자핵은 가장 가벼운 텔루륨(원자번호 52번) 핵종이다. 알파선을 방출하는 몇몇 과정에서는 감마선을 방출하면서 원자핵을 들뜬 상태로 만드는 경우도 있다.
알루미늄 동위 원소
알루미늄의 표준 원자량은 26.9815386(8)u이다.
우라늄 레이저 농축법
IAEA 2차 사찰단이 2004년 9월 20일부터 대전 한국원자력연구소의 우라늄 분리실험과 플루토늄 추출실험을 대상으로 보강 조사활동에 본격 착수했다. 이번 사찰단의 또 다른 중요 관심사가 2000년 우라늄 0.2g을 농축할 당시 사용한 증기 레이저동위원소분리법(AVLIS)을 이용한 실험 내용과 기술 수준인 것으로 알려졌다.
칼리머-600
경수로는 천연 우라늄의 0.7%도 안 되는 우라늄 235를 연료로 사용한다. 그러나 고속증식로는 플루토늄을 핵연료로 사용한다. 천연 우라늄의 99.7%를 차지하는 우라늄 238에 고속 중성자를 쏘여 플루토늄 239로 만들고 다시 이것이 핵분열을 해서 발전하는 원리이다. 0.7대 99.7이므로 우라늄의 이용율이 100배로 높아진다.
우라늄 동위 원소
반감기가 15만 9200년이나 되기 때문에 재처리를 하지 않으면 폐기물이 되며 140만년 이상 보관해야 한다.
플루토늄 동위 원소
원자로에서 우라늄-235가 중성자를 먹고 우라늄-236이 된 후 이것이 중성자를 2개 흡수하여 생성된다.
플루토늄-238은 1kg당 567W의 에너지를 내뿜기 때문에 원자력 전지의 원료가 된다.
하지만 원자로내에서는 Pu와 Pu도 섞여 있기 때문에 반드시 분리해야 하며, 동위원소 분류법으로 분리되어야 되기 때문에 가격도 비싸므로 일반 원자로 재처리에서는 뽑아내지 않는다.
대신 실험용 원자로에서 플루토늄-238이 잘 생성될 수 있는 동위체인 우라늄-236이나 넵투늄-237을 우라늄-235와 섞어서 만든 연료를 태운후에 얻는다.
천연 우라늄
탄소 감속 원자로나 중수 감속 원자로에서는 천연 우라늄을 핵 연료로 사용한다.
납
납() 또는 연(鉛)은 화학 원소로, 기호는 Pb(←)이고 원자 번호는 82이다. 무르고, 무겁고, 가단성의 독성이 있는 전이후 금속으로, 자르고 난 단면은 푸르스름한 빛을 띠나 공기중에서 변색이 되어 흐릿한 회색이 된다. 납은 건축, 납축전지, 총알 등에 사용되며, 땜납, 백랍 등의 가융 합금에 들어간다. 납은 안정 원소 중에 가장 원자 번호가 큰 원소이다.(비스무트도 반감기가 매우 길어 안정 원소로 취급되기도 한다.) 녹는점이 낮아 납땜에 용이하고, 납중독을 일으키며, 흡수력이 좋다. 페인트 성분에도 함유되어 있다. 자연계에서 방사성붕괴를 하지 않는 안정된 동위원소가 존재하는 마지막 원소다. 고대에는 납으로 만든 주전자나 병 등을 사용하기도 했다.
맨해튼 계획
1945년 7월, 로스앨러모스 연구소는 89%의 우라늄-235로 구성된 농축우라늄 50Kg을 모았다. 이 농축우라늄은 포신형 핵무기의 재료로 사용되었다. 포신형 핵무기의 구조는 두 부분의 우라늄-235 덩어리로 되어있다. 한 쪽은 뇌관 역할을 하는 발사체이고 다른 한 쪽은 대규모 핵분열을 일으키기 위한 탄두이다. 뇌관이 발사되어 탄두와 충돌하면 폴로리움-베릴리움 변형 중성자 기폭제가 중성자를 방사하여 우라늄-235의 핵분열을 유도한다. 임계 질량의 조정은 얼마나 많은 핵분열 물질이 폭탄 내에 모였을 때 핵 연쇄 반응을 유발할 수 있을 것인지에 달렸다. 농축 우라늄 덩어리의 질량이 임계 질량에서 단 1%를 초과하여도 폭탄이 되기에 충분하다. 한편, 농축우라늄이라 할지라도 임계 질량 이하라면 핵 분열은 느리게 진행된다.
우라니나이트
우라니나이트는 우라늄의 주요 광물이다.
우라늄-238
일반 원자로인 경수로에는 우라늄-238이 95.5%의 비율로 들어가게 된다. 이 중 1.9%가 플루토늄-239로 변하고 0.9% 가 핵분열을 하게 된다. 0.1%인 일부는 중성자를 흡수하여 초우라늄 원소인 넵투늄, 아메리슘, 퀴륨이 생성된다.
우라늄
또한 순수한 U에서는 1 g당 매초 약 0.0003개의 원자가 자발 핵분열을 일으키므로 일정량 이상 모이면 연쇄반응에 의해서 핵폭발이 일어난다. 이것을 이용한 것이 1945년 8월 6일 일본 히로시마에 투하된 최초의 원자폭탄이었다. U은 우라늄계열의 최초의 핵종으로 우라늄I(UI)라고도 하며 중성자를 많이 흡수하므로 연쇄반응올 억제할 수 있지만 그 결과 U로 되어 Np를 거쳐 Pu로 변한다. 이 Pu는 중요한 핵연료로 사용된다. 따라서 천연 우라늄 중 235와 238을 분리할 필요가 있게 되어, 제2차 세계대전 중 미국의 원자폭탄 제조계획에 의해서 모든 방법들이 검토되었다.
프랑슘
악티늄-227의 알파 붕괴로 극미량 생기는 방사성 원소이다. 우라늄 광석 1개에 들어 있는 프랑슘의 원자 수는 1×10 개의 우라늄 원자 중 1개 정도이다. 지구상에 존재하는 모든 프랑슘의 양은 계산 결과 최대 30 g 정도이며, 붕괴하여 아스타틴이 된다.
악티늄
악티늄은 우라늄 광석에서만 Ac로 그 자취를 발견할 수 있는데, 1톤의 광석은 0.2밀리그램의 악티늄을 가지고 있다. 악티늄의 동위 원소 Ac는 방사성 붕괴 계열 중 악티늄 계열에 일시적으로 나오는 구성원으로, 악티늄 계열은 U 혹은 Pu로 시작하여 안정한 납의 동위원소인 Pb로 끝난다. 악티늄의 또 다른 동위원소인 Ac는 방사성 붕괴 계열 중 넵투늄 계열에 일시적으로 등장하는데, 넵투늄 계열은 Np 혹은 U로 시작하여 Tl 혹은 Bi로 끝난다.
황
황(黃,Sulfur) 또는 유황(硫黃, ), 석유황(石硫黃, )은 화학 원소의 하나이다. 기호는 S(←)이고 원자 번호는 16이다. 맛과 냄새가 없는 비금속 원소이다. 자연 상태에서는 순수한 황, 또는 황화물이나 황산염의 형태로 존재한다. 생명에 필수적인 원소로 두 종류의 아미노산에 황이 포함되어 있다. 비료의 주성분이며, 그밖에 화약, 성냥, 살충제, 살균제 등에도 쓰인다. 앙금 생성 반응을 통해 산출되는 황산 칼슘, 황산 바륨, 황산 납, 황산 은 등은 흰색 앙금이며, 산에 안정하다. 따라서, 황산 이온 (SO)을 검출할 때, 이러한 앙금이 유용하다. 또한 황화 이온(S)을 이용하여 검은 색의 황화 철, 황화 구리나 황화 납, 노란색의 황화 카드뮴 앙금을 통해, 용액 속에 철 이온, 구리 이온, 납 이온이나 카드뮴 이온이 들어 있는지 확인할 수 있다.
이다 노다크
1925년 이다 다케와 훗날 그의 남편이 되는 발터 노다크는 물리 기술 연방 연구소에서 근무하면서 오토 베르와 함께 그 때까지 발견되지 않았던 원자 번호 75와 원자번호 43을 발견하였다고 발표하였다. 둘은 75에 대해 라늄, 43에 대해 만슈륨(Masurium)이라는 이름을 붇텼다. 학계 검토에서 원자 번호 75 라늄은 발견이 인정되었으나 원자 번호 43은 거절되었다. 원자 번호 43은 1937년 에밀리오 세그레와 카를로 페리에르가 핵분열 부산물에서 인공적으로 만들어진 것을 발견하였다. 이 원소는 오늘날 테크네튬으로 불린다. 원자 번호 43은 드미트리 멘델레예프가 주기율표를 발표하면서 예견하였던 원소로 핵물리학의 입자 발견 시기에 경쟁적으로 찾던 물질이다.
4세대 원자로
경수로는 천연 우라늄의 0.7%도 안 되는 우라늄 235를 연료로 사용한다. 그러나 고속증식로는 천연 우라늄의 99.7%를 차지하는 우라늄 238을 연료로 사용한다. 우라늄 238에 고속중성자를 쏘여 플루토늄 239로 만들고 다시 이것이 핵분열을 해서 발전하는 원리이다. 0.7대 99.7이므로 우라늄의 이용율이 100배로 높아진다.
로렌슘
로렌슘(←, )은 화학 원소로 기호는 Lr(←), 원자 번호는 103이다. 짧은 반감기를 가지는 방사성 초우라늄 악티늄족 원소로 캘리포늄에 붕소이온을 부딪쳐서 만들었다...고 생각했지만 사실 이 물질은 동위체(258,259)의 혼합물이었다고 전해진다. 
이 물질은 연구용 용도에 한정되며, 연구용의 것은 더 값싸게 얻을 수 있는 아메리슘에 산소 원자핵을 쪼이는 방법을 채택한다.
우라늄정광
우라늄정광 또는 옐로케이크는 여과액으로부터 얻어진 우라늄 농축액의 일종으로, 우라늄 광석 가공 과정의 중간에 생성되는 것이다. 우라늄염 농축물은 광석의 종류에 따라 다양한 추출 및 정제 방법을 이용해 만들어진다. 일반적으로 우라늄염은 평삭과 우라늄 광석의 화학적 가공을 통해 물에 녹지 않는 굵은 가루를 만들어 얻어지는데, 이 가루는 80% 정도의 산화우라늄을 가지고 있으며, 산화우라늄은 대략 2878 °C에서 녹는점을 가진다.