우라늄의 특성

일반(개요)

우라늄은 지구가 만들어진 이후, 늘 존재해온 것으로 자연적으로 생성된 금속 원소이다. 다른 광물들과 마찬가지로 화산 활동에 의해 땅위에 퇴적되어 강우로 씻겨 녹아내리고 일부 지역에서는 땅 속에 묻혀 있다. 간혹 화학적 조건이 맞아 농도가 높은 "광석덩어리"가 되기도 하며, 지구의 지각(토양, 암석), 바다, 지하수 등에서 흔히 볼 수 있는 원소이다.

우라늄은 원자량이 약 238로(핵에 92개의 양성자와 약 146 개의 중성자가 존재) 자연적으로 존재하는 원소 중에서 가장 크며, 밀도가 가장 큰 원소는 아니나 납 밀도의 거의 두 배이다.

우라늄은 방사성물질이며 핵에 존재하는 중성자 개수에 따라 중요한 3 개의 동위원소가 있는데, 우라늄 238, 약간의 우라늄 235, 그리고 아주 적은 양의 우라늄 234 등이다.

우라늄은 붕괴사슬로(decay chain) 표현하는 여러 단계의 방사성붕괴를 통하여 알파 입자 등의 방사선을 방출하고 마지막 단계로 비 방사성 납이 된다. 붕괴사슬을 따라 각각의 새로운 방사성 핵종은 자손이나 자핵종 혹은 딸핵종 (또는 붕괴 생성물, 이후 자핵종)이라고 불린다. 우라늄 자핵종은 베타선(입자) 및 감마선과 엑스선(전자기파)을 방출한다. 일반적으로 토양에 존재하는 우라늄 자핵종 전체의 방사능은 우라늄 자체의 방사능보다 약 7 배 더 크다.

<표. 주요 우라늄 동위원소>

환경에 존재하는 우라늄의 양

1) 토양 중 우라늄
토양 중 우라늄 농도는 다양하지만 일반적으로 약 3ppm (parts per million) 또는 킬로그램 당 약 74 베크렐 (74 Bq/kg 또는 2 pCi/g)이다. 1베크렐은 초당 1 개의 원자가 붕괴하는 아주 작은 양의 단위이다.

2) 지하수 중 우라늄
미국의 지하수 중 우라늄 평균 농도는 리터 당 약 0.074 Bq (0.074 Bq/L, 74 Bq/m3, 2 pCi/L) 이며, 미국 환경보호국(EPA)의 음용수의 우라늄 기준은 리터 당 30 마이크로그램(30 μg/L, 1 리터 당 30만분의 1 그램)이며 약 0.74 Bq/L(740 Bq/m3, 20 pCi/L : EPA 2009)이다.

우라늄 농도는 해당 지역의 지질학적 요소와 다른 원인에 따라 많이 다를 수 있으며, 미국에서 실시된 많은 연구에 따르면 식수를 포함하여 사용되는 지하수의 우라늄 수준은 때때로 EPA의 음용수 기준을 몇 배 초과하고 있다.

3) 식품 중 우라늄
(미국) 연간 식품으로부터 흡수하는 우라늄의 양은 다음과 같다.
(Welford 1967) : Welford GA, Baird R. Uranium levels in human diet and biological materials. Health Physics Journal 13(12):13211324; 1967. 전체 곡물 제품 : 0.37 Bq/년(10 pCi/년) 과일 : 1.1~1.8 Bq/년(30~51 pCi/yr) 고기 : 1.8~2.6 Bq/년(50~70 pCi/yr)

우리가 토양, 물 및 음식과 같은 생활환경으로부터 받는 방사선을 기저방사선 혹 배경방사선 피폭이라고 한다. 우라늄 자핵종의 하나인 라돈(Rn)은 이러한 기저방사선에 가장 큰 기여를 한다.(기저방사선 전체의 약 2/3) 라돈은 가스(불활성 기체)이기 때문에 지중에서 지상으로 방출되며, 토양 중의 우라늄 농도 등 여러 요인에 의해서 다양한 수준으로 라돈에 쉽게 노출된다.

우라늄의 용도
우라늄은 주로 원자력발전을 위한 원자로에 장전하는 연료로 사용된다. 미국의 기저부하전력의 약 20 %는 원자력 발전소의 우라늄 연료 (미국 내 약 100 개 공장, 현재 전 세계적으로 400 개가 넘는 공장)에서 생산된다. 의학적 진료 및 치료를 위하여 광범위하게 필요한 방사성 의약품을 만들거나 비파괴검사용 방사선원을 생산하기 위하여 원자로를 이용하여 방사성 물질을 생산한다.

발전용 원자로에 사용되는 우라늄은 자연에 존재하는 우라늄 235의 양을 1 % 미만에서 4 % 정도로 증가시킨(농축한) 것이다. 나머지 잔류 우라늄은 감손우라늄이라고 한다. 감손우라늄은 밀도가 크며, 중금속이나 비교적 충격에 강하고 잘 늘어나기 때문에 선박 및 항공기의 평형 추, 군사용 철갑 및 무기에 사용된다. (HPS 2010b). 또한 우라늄은 오랫동안 세라믹과 유리의 착색제로 사용되어 왔다. (HPS 2010a).

HPS 2010a: Health Physics Society. Consumer products containing radioactive materials. Health Physics Society Fact Sheet. 2010a. Available at: http://hps.org/documents/consumerproducts.pdf. Accessed 8 February 2011.
HPS 2010b: Health Physics Society. Depleted uranium. Health Physics Society Fact Sheet. 2010b. Available at: http://hps.org/ documents/dufactsheet.pdf. Accessed 8 February 2011.

우라늄의 건강 영향
우라늄은 중금속이며 우리 몸에서 다른 중금속(예 : 몰리브덴, 납 또는 수은)과 유사하게 거동하고 반응한다.(Kathren and Burklin 2008). 따라서 우라늄 노출기준은 방사능이 아닌 중금속으로서 우라늄이 갖는 화학적 독성에 기초한다. (NCRP 1989, U.S. NRC 1992). 미국에서 우라늄 생산과 사용이 많았음에도 불구하고 우라늄 중독으로 인한 사망 또는 영구적인 인명 피해는 아직까지 보고 된 바 없다. (U.S. Public Health Service 1999).

전리방사선 피폭으로 인한 건강영향은 잘 알려져 있습니다. 자연적 수준의 기저방사선 준위와 그 다양한 변동범위에서 피폭한 경우 인구집단에서 건강상의 영향에 관찰된 바 없다.

미국 보건물리학회(Health Physics Society)의 공식 입장은 50~100 밀리시버트(mSv) 미만의 누적 선량(우라늄에 대한 직무 및 환경 피폭선량범위 모두 포함)에 대해 건강영향이 극히 미미하여 그 위험이 관찰되거나 존재하지 않는다는 것이다. (HPS 2010c ).

우라늄 광산, 가공 및 원자력 발전소 근처에 거주하는 인구집단에서 발생할 수 있는 건강상의 영향은 잘 연구되어 왔으며, "천연 또는 감손 우라늄에 노출된 결과로 어떤 형태의 암도 발견 된 적이 없다"(미국 보건 복지부, 1999) 라는 것이 현재까지의 연구결과이다.

혹자는 이러한 결론에 의문을 품을 수도 있지만, 전 세계 전문가 단체가 일반적으로 합의한 사실에 따라 도출한 정보는 "합의과학(consensus science)" 이기에 대다수의 과학자들은 이에 동의한다.

HPS 2010c: Health Physics Society. Radiation risk in perspective. Health Physics Society Position Statement. 2010c. Available at: http://hps.org/documents/risk_ps010-2.pdf. Accessed 8 February 2011.
Kathren and Burklin 2008: Kathren RL, Burklin RK. Acute chemical toxicity of uranium. Health Physics 94(2):170-179; 2008.
NCRP 1989, U.S. NRC 1992: National Council on Radiation Protection and Measurements. Control of radon in houses. Bethesda, Maryland: National Council on Radiation Protection and Measurements; NCRP Report No. 103; 1989.
미국 보건 복지부, 1999: U.S. Department of Health and Human Services, Agency for Toxic Substances and Disease Registry. Toxicological profile for uranium. 1999. Available at: http://www.atsdr.cdc.gov/toxprofiles/tp.asp?id=440&tid=77. Accessed 8 February 2011.