우라늄은 주기율표에서 악티늄족에 있는 은백색 금속이다. 우라늄은 모든 동위원소가 불안정하므로 약한 방사성을 띠는데, 대표적인 동위원소들의 반감기는 159,200년 - 45억년으로 알려져 있다. 농축하여 원자력 발전이나 원자 폭탄 제조에 사용될 수 있다.

1789년 마틴 하인리히 클라프로트가 피치블렌드 미네랄에서 우라늄을 최초로 발견하였다. 프랑스 과학자 외젠 페리고가 우라늄 금속을 처음으로 분리하였으며, 1896년 앙리 베크렐(Henri Becquerel)이 우라늄의 방사성을 확인하였다. 1934년부터 시작한 한, 마이트너, 페르미 등의 연구에서, 우라늄이 원자력 산업에 활용한 것으로 알려졌고, 전쟁에 사용한 최초의 원자 폭탄인 Little Boy에 사용할 수 있음이 밝혀졌다. 미국과 소련의 냉전 시대에 수많은 우라늄 금속과 우라늄에서 유도된 플루토늄-239를 사용한 원자 폭탄이 제조되었다.

최초로 우라늄을 발견한 클라프로트는 이 새 원소의 이름을 천왕성(Uranus)의 이름을 딴 우라늄으로 명명하였다. 원소 기호는 U이며, 원자 번호는 92이고, 악티늄 족에 속해 있다. 천연 우라늄 중에서 가장 흔한 동위원소는 우라늄-238과 우라늄-235가 있다.

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고농축 우라늄-235 (출처)

태고로부터 존재하던 원소 중에서 우라늄의 원자량이 가장 크다. 밀도가 납보다 70% 가량 크고, 금이나 텅스텐보다 약간 낮다. 자연의 흙이나 암석 또는 물에 ppm 수준의 낮은 농도로 존재하며, 우라니나이트와 같은 미네랄에서 상업적 용도로 추출한다.¹⁾

우라늄은 92개의 양성자와 92개의 전자를 갖고 있으며 이 중 6개가 원자가 전자이다.

우라늄 금속은 비활성 기체를 제외한 거의 대부분의 비금속 원소 및 화합물과 높은 온도에서 반응한다. 염산과 질산은 우라늄을 녹이지만, 염산이 아닌 비산화성 산은 우라늄과 매우 느리게 반응한다. 고운 가루가 되면 찬물과도 쉽게 반응하며, 공기 중에서 우라늄은 산화 우라늄 형태의 검은 층으로 코팅된다. 우라늄은 광석으로부터 화학적으로 추출되어 이산화 우라늄이나 산업용의 다른 화합물 형태로 전환된다.

현재 대부분의 우라늄 용도는 우라늄의 특별한 핵 성질을 활용하는 데 맞춰져 있다. 우라늄-235는 자연적으로 핵분열하는 유일한 동위원소이므로 원자력 발전소와 원자 폭탄에 널리 사용된다. 하지만 자연에서 소량만이 발견되기 때문에 우라늄-235가 충분히 확보될 때까지 농축이 필요하다. 우라늄-238은 빠른 중성자에 의해 핵분열하므로, 원자로에 핵분열하는 플루토늄-239로 변환될 수 있다. 핵분열하는 또 다른 동위원소인 우라늄-233은 천연 토륨으로부터 생산될 수 있고 원자핵 기술에서 중요한 원소이다. 따라서 우라늄-238은 자발적 핵분열이나 빠른 중성자에 의한 유도 핵분열의 가능성이 약간 있고, 우라늄-235가 그 다음으로, 우라늄-233이 더 작은 정도로, 중성자에 의한 핵분열 가능성을 갖는다. 농도가 충분해지면 이들 동위원소는 지속 가능한 연쇄 핵반응을 한다. 이를 통해 원자로에서 열이 발생하고, 원자폭탄용 핵분열이 가능한 물질이 생성된다. 사용한 우라늄-238은 동적 에너지 관통자(kinetic energy penetrator) 및 군장비 도색에 사용한다. 우라늄-235의 함량이 자연 상태보다 낮은 열화 우라늄(depleted uranium)은 밀도가 높기 때문에 탱크 파괴탄에 사용하기도 한다.

우라늄은 우라늄 유리에 안료로 쓰여, 레몬색부터 녹색에 이르는 색을 낸다. 우라늄 유리는 자외선을 받으면 녹색 형광을 내어 초기 사진술에서 색을 넣거나 명암을 낼 때 사용되기도 하였다.

사람은 공기 중의 먼지를 흡입하거나 오염된 물 또는 음식을 섭취하는 과정에서 우라늄 또는 방사성 딸인 라돈에 노출될 수 있다. 공기 중의 우라늄 양은 매우 적지만, 인산 비료를 다루는 작업자나 우라늄 환경에 노출될 수 있는 일터에서 일하는 사람에게 우라늄 노출은 심각할 수 있다. 안전과 건강을 담당하는 OSHA (Occupational Safety and Health Administration)는 하루 8시간 동안 작업장에서 0.25 mg/m³를 우라늄 노출의 최대 허용치로 정하였다. 10 mg/m³ 이상의 노출은 생명과 건강에 즉각적인 피해가 예상되므로 매우 위험하다.²⁾

우라늄은 방사성을 약하게 띠고 있을 뿐만 아니라 독성 금속이므로, 우라늄에 노출되면 정상적인 신장, 뇌, 간, 심장 등을 비롯한 인체 기관에 영양을 줄 수 있으며, 생식 기관에도 나쁜 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.

1. '[Uranium'. Encyclopaedia Britannica. Retrieved 22 April 2017]
2. '['CDC – NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards – Uranium (insoluble compounds, as U)'. www.cdc.gov. Retrieved 2015-11-24]