뼛속까지 스미는 방사성 스트론튬의 공포

 

일본 후쿠시마 원전 사고로 인한 방사성물질 공포가 가라앉지 않을 기세입니다. 사고 등급이 7단계로 한 단계 높아진 데다 원전에서 30km 이상 떨어진 곳의 토양과 식물에서 방사성물질인 스트론튬90이 검출되면서 체르노빌의 악몽을 떠올리게 했기 때문입니다.

방사성 스트론튬의 대표주자 스트론튬90은 체르노빌 사고 때 방사성 낙진에서 다량 발견된 바 있습니다. 뼈에서 칼슘 대신 흡수되어 골육종과 백혈병 등을 일으키는데 반감기가 29년 가까이 되기 때문에 체내에도 아주 오래 머무른다는 것도 문제입니다.


한 가지 짚고 넘어가고 싶은 건, 스트론튬이 아니라 방사성 스트론튬이 위험하다는 겁니다. 스트론튬은 자연계에서 안정한 형태의 Sr84, Sr86, Sr87, Sr88의 네 가지의 혼합물로 존재합니다. 뒤의 숫자는 질량수(양성자 수+중성자 수)를 말하는데 원자번호(양성자 수)는 같지만 중성자의 숫자가 다른 이 원소들을 동위원소라고 부릅니다. 양성자수가 같으니 주기율표 상의 위치는 같겠지만 성질은 많이 다릅니다. 그리고 이런 동위원소 중에는 불안정한 상태라서 알파선, 베타선, 감마선 등을 내뿜으며 스스로 붕괴하는 방사성 동위원소들도 있습니다. 

스트론튬의 방사성 동위원소는 주로 핵반응을 통해 인공적으로 만들어지며, 그 중 대표적인 것이 이번에 일본 원전사고 현장 근처에서 발견된 Sr90과 Sr89라고 보시면 되겠습니다. 요오드와 세슘도 그냥 그 원소 자체가 위험한 게 아니라 핵반응에서 인공적으로 생성되는 방사성 동위원소가 위험합니다. 방사성 동위원소는 양성자를 내놓기도 하고, 중성자를 내놓기도 하고, 전자를 내놓기도 하고, 원자핵이 분열되기도 하는 등 여러 종류의 붕괴 방식을 거쳐 안정한 원소로 바뀌게 됩니다.
 

'그냥' 스트론튬 "저는 억울해요"

스트론튬은 스코틀랜드의 스트론티안 마을 광산에서 발견된 스트론티아나이트 광물에서 태어났습니다. '전기분해의 달인' 험프리 데이비가 1808년 처음 분리해냈고 스트론튬이라는 이름도 붙였습니다.

험프리 데이비는 영국 왕립연구소에서 19세기 런던 부르주아들에게 화학실험을 공개하며 큰 인기를 끌었던 사람입니다. 이 공개강연은 여왕의 남편도 참석할 정도였는데, 데이비의 잘생긴 위모 덕분에 여성회원도 많았다고 합니다. 오페라를 관람하듯 차리고들 나타나서 과학실험을 관람하는 여성들이라니, 상상이 가십니까.

데이비는 그는 스트론튬을 분리한 것 외에도 전기분해를 통해 나트륨, 칼륨, 칼슘, 마그네슘 등 수많은 금속을 발견해낸 인물입니다. 이산화질소가 ‘웃음가스’ 역할을 하는 것을 밝히기도 했죠. 나중에 영국 왕립학회 회장을 지내기도 했고요.

하지만 데이비의 가장 큰 업적은, 정규교육을 받지 못하고 제본소에서 일하던 마이클 패러데이를 조수로 발굴한 것이라고 말하는 사람들도 있습니다. 그만큼 패러데이가 훌륭하다는 뜻이겠죠.

여심을 흔들던 화학자 데이비

그렇다면 질문 하나. 반감기가 수없이 반복되면 방사성 동위원소는 없어질까요?

네, 이론적으로 1/2을 계속 곱한다면 방사성 동위원소의 양은 0에 가까워질 것 같습니다.
하지만 그렇다고 그 자리에 아무 것도 남지 않는 것은 아니에요. 방사성 원소가 사라진 자리에 다른 원소가 남게 됩니다. 새로 생성된 원소 또한 방사성 물질인 경우에는 또다른 반감기를 갖는 붕괴를 하게 되고요. 그리고 붕괴를 거듭하면서 결국에는 안정한 물질로 변하게 됩니다. 물론 붕괴 시 발생하는 질량의 손실만큼 에너지가 발생할 거고요.(아시죠? E=MC2)

핵분열에 사용되는 대표적 방사성 동위원소였던 우라늄238의 대표적 붕괴과정으로 예를 들면요. 우라늄238은 토륨234, 프로탁티늄234, 우라늄234, 토륨230, 라듐226... 등등을 거쳐 거쳐 최종적으로 납206이 됩니다. 납206은 안정된 형태이기 때문에 더이상 분열하지 않습니다.

2열에서 38(광땡?) 스트론튬을 찾아주세요.

 

그런데 방사성 스트론튬이 칼슘 대신 뼈와 이에 흡수되는 이유는 뭘까요?

스트론튬은 주기율표 왼쪽 두 번째 열에 있는 2족 원소입니다. 원자량은 38이고 원소기호는 Sr이죠. (찾으셨나요?) 그런데 어라, 바로 윗 자리에 20번 칼슘이 있군요.

기억이 가물가물한 분도 있겠지만, 주기율표 상의 원소들은 행보다 열에 따라 비슷한 성질을 가집니다. 칼슘과 스트론튬의 성질이 비슷하다보니 우리 몸에서도 식물에서도 칼슘과 스트론튬을 잘 구별하지 못합니다. 그러다보니 스트론튬이 칼슘의 자리를 꿰차는 사태가 발생하는 거죠.

1족 원소(최외각전자가 1개)인 알칼리금속과 2족 원소(최외각전자가 2개)인 알칼리토금속은 공기 중에서 금방 산화하고 물에도 잘 녹습니다. 알칼리토금속인 스트론튬도 워낙 반응성이 좋기 때문에 수증기와 산소를 피해 기름에 넣어 보관한다고 합니다. 참고로 방사성 동위원소가 아닌 안정된 형태의 스트론튬은 뼈에 흡수된다 해도 심각한 해를 끼치지는 않습니다.

이번에 검출된 방사성 스트론튬의 양은 매우 적다고 합니다만, 요오드와 세슘과 달리 법정 기준치가 정해져 있지 않다고 하니 안심할 수는 없다죠. 하지만 방사성 스트론튬이 골수암 치료에 쓰이기도 합니다. 라넬산 스트론튬과 같이 칼슘보다 무거운 특성을 활용해 골밀도를 높이는 약제로도 활용됩니다. 기본적으로는 방사선 붕괴열을 활용해 우주선의 전력원으로도 사용되고 있죠. 불꽃놀이나 TV 브라운관에도 활용됐고요.

저는 개인적으로 스트론튬과 칼슘을 ‘끝말잇기 종결자’로 써먹어 왔는데, 이제는 너무 유명해져서 아쉽습니다. 방사성 물질이 주는 공포에 비하면 아주 작은 부작용에 불과하지만 말입니다. - - ;

쏘댕기자(트위터 @sowhat50)

"나트륨(Na)과 칼륨(K) 대신 소듐과 포타슘이라는 영어식 이름으로 표기하는 것이 옳다"는 지적을 주신 분이 있었습니다. 확인해 보니 대한화학회는 1998년부터 소듐/나트륨, 포타슘/칼륨을 동시에 인정하고 있군요. 국제적으로 통용되는 원소 이름과 명명법은 IUPAC에서 결정하고, 대한화학회가 IUPAC의 영명법을 우리말 체계에 맞도록 원칙을 정합니다.

원소 기호는 라틴어, 그리스어, 영어 등 여러 언어로 만들어진 원소 이름에서 따왔습니다. 그러다보니 국제적으로 통용되는 영어 이름과는 연관성이 낮아보이는 경우도 있습니다. 화학 교과서나 주기율표에 오래 등장해온 나트륨과 칼륨은 워낙 대중적인 이름들이다 보니 영어식 이름과 동시에 인정한 게 아닌가 싶습니다. 멀리 미국에서 보내주신 소중한 의견 감사합니다.

(2011년 10월18일)