다이아몬드보다 500배 비싼 원소 있다는데 …캘리포늄이 뭐지?

가장 비싼 보석 다이아몬드는 반지 등 다양하게 이용된다. 사진제공 머니투데이

세상에서 가장 비싼 보석은 다이아몬드다. 그런데 이 다이아몬드보다 500배 더 비싼 원소가 있다. 바로 캘리포늄이다.

오늘은 캘리포늄의 생일이다. 정확하게 꼭 70년 전인 1950년 3월 17일, 미국 캘리포니아대학 버클리에서 원소기호 Cf, 원자번호 98인 캘리포늄을 발견했다고 발표했다.

스탠리 톰프슨을 비롯한 연구진은 버클리 연구소에 있는 60인치 사이클로트론을 이용해 원자번호 96번인 퀴륨에 알파 입자를 충돌시켜, 처음으로 질량수 245인 동위원소 245Cf(캘리포늄)을 합성해냈다.

연구진은 새롭게 찾은 원소에 자신들이 속한 대학에 있는 캘리포니아주 이름을 따서 캘리포늄이라고 이름 지었다.

캘리포늄은 은백색을 띠는 금속 원소다. 또 초우라늄 계열 원소로 방사능을 갖고 있다. 금속에 속하기는 하지만 면도칼로 자를 수 있을 정도로 단단하지는 않다. 끓는점은 섭씨 1472도, 녹는점은 섭씨 900도에 가깝다.

캘리포늄은 2012년 기준 1g에 2700만달러(약 300억원)에 거래됐다. 다이아몬드보다 무려 500배나 더 비싼 가격이다. 1990년대 후반 캘리포늄이 적게 생산될 때는 1g에 1조원에 판매되기도 했다.

버클리 연구소의 사이클로트론.

캘리포늄이 이렇게 비싼 이유는 무엇일까. 특수하게 만든 핵반응로에서 인공적으로 핵반응을 일으켜 만드는데, 생성되는 양이 1년에 0.3g으로 매우 적은데 반해 쓰임새가 많아서다. 투입하는 비용은 어마어마한데, 생산량이 적어 가격이 높을 수밖에 없는 구조다. 게다가 필요로 하는 곳이 적지 않으니 희소가치가 높다.

캘리포늄 1㎍은 1초에 237만개의 중성자를 내놓는다. 이 특성 덕분에 원자로에서 핵반응을 일으키려고 할 때 사용하는 주요한 중성자 발생원으로 이용한다. 원자로에 불을 붙이는 용도로 쓰는 셈이다.

또 우라늄 계열 원소가 가진 방사능으로 물체를 잘 투과하는 성질을 이용해 다양한 분석 장비에 활용된다. 항공기 균열이나 장비 균열, 금속 균열과 부실을 검사하는데 주로 사용됐다. 방사능을 이용하면 X선처럼 해당 물체를 파괴하지 않고도 내부를 확인할 수 있다. 또 공항에서 수화물에서 폭탄이 있는지 검사할 때도 캘리포늄을 사용했다.

캘리포늄을 유용하게 활용하는 곳 중 하나는 의료 분야다. 1972년 중성자를 이용해 암을 치료하는 연구에 쓰이기 시작했다. 당시 기존의 방사선 치료로 효과를 보지 못하던 자궁경부암과 뇌종양에 캘리포늄을 이용한 중성자 치료법을 도입했는데, 매우 성공적이었다. 아주 적은 양의 캘리포늄이 방출하는 중성자가 암 조직을 효과적으로 파괴한 것이다.

캘리포늄 10mg 사진. 사진제공 위키미디어

캘리포늄보다 만드는 데 더 많은 비용이 드는 원소도 있다. 하지만 실험실에서만 잠깐 확인할 수 있거나, 만들어도 실제 사용할 수 없어 대부분 연구목적으로만 만든다. 따로 판매되지도 않아 가격을 알 수도 없다.

인공적으로 합성했지만 캘리포늄은 자연 상태에서 그대로 존재할 수 있는 가장 무거운 원소다.


박응서 머니투데이방송 MTN 선임기자