악티늄족

**전희철족**(Actinium族)은 악티늄부터 로렌슘까지 원자 번호가 89부터 103까지인 15개의 금속 원소를 포함하고 있는 족이다.

악티늄족은 악티늄족의 제일 처음 원소인 악티늄의 이름에서 따왔다. 기호 **Ac**은 악티늄족의 화학적 성질을 연구할 때 쓰이는 기호다. 로렌슘을 제외한 모든 원소들의 전자껍질이 f-block에 속하며, 로렌슘은 d-block에 속한다. 하지만 역시 악티늄족으로 취급받고 있다. 란타넘족과 비교하면, 대부분 F-block에 속해 있으며, 악티늄족은 원자가 더 강한 변화를 보인다. 원자 반지름과 이온 반지름이 매우 크며, 매우 큰 물리적 성질이 발견된다. 악티늄족 뒷부분은  (아메리슘부터 로렌슘까지) 란탄족과 유사하다. 토륨부터 넵투늄까지는 전이 금속에 더 가깝다고 볼 수 있다.

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.

악티늄족에는, 원시적으로 자연에 일정량 존재한 토륨과 우라늄, 그리고 적은 양이지만 플루토늄이 존재한다. 우라늄의 방사성 붕괴는 잠깐동안 악티늄과 프로탁티늄, 그리고 넵투늄 원자를 만들어 낸다. 그리고 플루토늄은 가끔 우라늄 광석에서 핵변환 반응을 만들어 낸다. 다른 악티늄족은 모두 인공 합성으로 만들어진 것이다.  핵무기 실험은 플루토늄보다 무거운 적어도 여섯 개의 악티늄족을 발견하게 했다. 1952년 수소 폭탄 폭발 잔해를 분석하던 중 아메리슘, 퀴륨, 버클륨, 캘리포늄, 아인슈타이늄 그리고 페르뮴을 발견했다.

주기율표에 따르면, 란타넘족과 악티늄족은 주기율표 본체의 아래쪽의 두 개의 추가적인 줄에 위치해 있다. 란타넘족이나 악티늄족을 표기할 때 특정한 하나의 원소로 족의 이름을 표기한다. (란타넘 아니면 루테튬, 그리고 악티늄 아니면 로렌슘으로 표기한다.) 이것은 주기율표 본체에 표기된다. (바륨과 하프늄 사이, 그리고 라듐과 러더포듐 사이에 존재한다.)이 족은 실제 주기율표 설정에서 드물게 아랫쪽에 길게 뻗어있는 표에 (주기율표 6주기와 7주기에 포함된다.) 란타넘족과 함께 넣어진다.

## 발견, 분리와 합성

란타넘족과 같이, 악티늄족은 유사한 성질의 원소들을 모아둔 것이다. 악티늄족 내에는 초우라늄 원소라는 주기율표에서 우라늄을 따르는 원소와, 초플루토늄 원소라는 플루토늄을 따르는 원소, 두 개의 겹치는 그룹이 있다. 란타넘족과 비교하면, (프로메튬을 제외한) 자연에서 찾을 수 있지만, 대부분의 악티늄족 원소들은 흔치 않다. 가장 풍부하거나, 또는 가장 합성하기 쉬운 악티늄족은 우라늄과 토륨이다. 그 뒤로 플루토늄, 아메리슘, 악티늄, 프로탁티늄 그리고 넵투늄이 뒤를 잇는다.

초우라늄 원소의 존재는 1934년, 엔리코 페르미가 그의 연구를 바탕으로 제안한 것이다. 그러나, 그 당시 악티늄족은 4개의 원소밖에 존재하지 않아, 란타넘족과 비슷해진다는 개념을 사람들은 이해하지 못했다. 그 당시에 우세했던 주장은 초우라늄은 악티늄족이 아닌, 7주기에 들어가야 한다고 했던 것이다. 토륨과 프로탁티늄, 우라늄이 각각 6주기인 하프늄, 탄탈럼 그리고 텅스텐 아래에 있어야 한다는 것이었다. 초우라늄의 합성은 서서히 악티늄족의 중심을 파헤쳐갔다. 1944년에 **악티늄족 가설**을 완성시키기 위해 글렌 T. 시보그가 담당한 퀴륨의 산화 4- 이상의 산화 상태 실험 실패를 관찰하였다. (6주기인 백금 아래에 있을 것으로 추정되었던 것인데, 백금은 산화 6-까지 가능했기 때문이다.) 알려진 악티늄족의 가르침과 더 많은 초우라늄 원소들의 합성이 만들어낸 자료가 중심을 더 파고들어갔지만, 이 문장 "악티늄족 가설"("가설"의 영향은 결정적으로 입증되지 못했다.)은 남아서 1950년대 후반에 과학자들에 의해 적극적으로 활용하게 된다.

현재로써는, 초플루토늄 원소의 동위원소를 만드는 방법이 2가지가 존재한다. 중성자들 또는 가속된 입자에 초플루토늄보다 더 가벼운 원소를 조사(照射)하는 것이다. 첫번째 방법은 응용에 가장 중요한 방법이다. 핵 원자로에서 오직 중성자 조사만 이용하여 상당한 양의 인공 악티늄족을 만드는 것이었다. 그러나, 이 방법은 경원소일때만 해당되었다. 두번째 방법의 보완점은 플루토늄보다 무거운 원소를 이용하여, 중성자 조사를 기반으로 하지 않고  중성자가 부족한 동위원소를 획득할 수 있다.

1962년부터 1966년까지, 미국에서 여섯 종류의 지하 핵폭발을 이용해 초플루토늄 동위원소를 만들려고 한 시도가 있었다. 폭발이 끝나고 즉시 폭발구역의 폭발 산물에서 견본으로 쓸 적은 양의 암석이 추출되었다. 그러나 각 동위원소가 각각 알파 붕괴까지의 긴 반감기를 가지고 있었을 것이라고 예측되었음에도 불구하고 257보다 더 큰 질량수를 가진 동위원소는 발견되지 않았다. 이런 눈에 띄지 않는 것의 결과는 자발 핵분열과 큰 속도에 의해 생성된다. 다른 붕괴 경로로 가기도 하는데, 중성자 배출이나 핵분열로 만들어지기도 한다.

### 악티늄부터 우라늄까지
[섬네일|left|[엔리코 페르미는 1934년에 초우라늄 원소의 존재를 제안했다.]]

우라늄과 토륨은 처음으로 발견된 원소였다. 우라늄은 1789년에 독일 화학자 마르틴 하인리히 클라프로트가 피치블렌드 광석에서 발견되었고 인정되었다. 그는 천왕성에서 원소의 이름을 고안했다. 다른 과학자보다 단 8년 빠르게 발견한 것이다. 클라프로트는 피치블렌드를 질산에 담가 녹인 상태에서 수산화나트륨에 중화시키고 촉진시켜 (이우라늄산 나트륨 같은) 노란색 화합물을 만들었다. 그는 목탄과 발견한 노란 가루를 환원시켰고, 검은색 물질을 추출했다. 60년이 지난 뒤에, 프랑스의 과학자 페리고가 산화 우라늄을 발견했다. 또한 그는 사염화 우라늄과 칼륨을 함께 가열하여 금속 우라늄을 분리해냈다. 우라늄의 원자량은 120으로 계산되었었으나, 1872년에 드미트리 멘델레예프가 그의 주기율법을 통해서 240으로 밝혀내었다. 이 질량은 1882년에 K. 지머맨에 의해 실험적으로 밝혀졌다.

산화 토륨은 1827년에 노르웨이에서 획득한 광물을 연구하던 중 프리드리히 뵐러에 의해 발견되었다. 옌스 야코브 베르셀리우스는 1828년에 이 광물의 특징을 더 밝혀냈다. 사염화 토륨을 칼륨과 함께 가열시키던 중 환원되어 나왔다. 그는 금속을 분리시키고 북유럽 신화에 나오는 천둥의 신 토르에서 이름을 얻어 이름을 토륨이라 붙였다. 이 분리 방법은 후에 페리고가 우라늄을 분리할 때 같은 방법으로 이용되었다.

악티늄은 1899년에 마리 퀴리의 도움으로 드비에른에 의해 발견되었다. 라듐과 폴로늄을 빼고 남은 피치블렌드 찌꺼기에서 발견된 것이다. 1899년 당시, 그는 이 물질이 티타늄과 비슷했다고 하였다. 또, 1900년 당시에는 토륨과도 비슷했다고 했다. 1971년에 악티늄의 발견자가 드비에른이 맞는 지에 대한 논쟁이 일어나기도 하였다. 그리고 2000년에도 일어났는데, 발표가 1904년에 되었는데 1899–1900년에 했던 실험이 모순점이라는 것이었다. 악티늄의 어원은 그리스어로 빛, 광선을 뜻하는 *aktis, aktinos* (ακτίς, ακτίνος)를 사용하였다. 이 금속은 자기 자신은 방사성이 아니지만 딸핵종은 방사성이 존재했기 때문이다. 란타넘족과 악티늄족의 유사점이 서서히 밝혀지게 되었다. 자연에 존재하는 적은 양의 원소이었던 것이다. 순수한 악티늄은 1950년이 되어서야 만들어졌다. 악티늄족은 1937년에 빅터 골드슈미트에 의해 소개되었을 것으로 추정된다.

프로탁티늄은 1900년에 윌리엄 크룩스에 의해 분리되었다. 1913년에, 카지미에시 파얀스와 오스발트 헬무트 괴링은 238U 붕괴 연구에서 짧은 반감기를 가진 234mPa (반감기: 1.17분)를 발견했다. 그들은 새로운 원소의 이름을 *브레븀*이라고 명칭했다.(라틴어로 짧다는 뜻의 *brevis*에서 유래되었다.); 이름은 후에 *프로탁티늄*으로 바뀐다. (그리스어로 πρῶτος + ἀκτίς, "광선 원소보다 먼저"의 뜻을 가지고 있다.) 1918년에 두 그룹의 과학자들이 231Pa를 발견하였다. (독일의 오스트리아인 리제 마이트너와 오토 한, 그리고 영국의 프레더릭 소디와 존 크랜스턴) 이름은 1949년에 *프로탁티늄*으로 좁혀졌다.이 원소는 1960년까지 특별한 일이 있었는데, 영국에서 A. G. 매덕과 그의 동업자들이 우라늄을 추출하고 남은 60톤의 찌꺼기들을 분석해서 130그램의 프로탁티늄을 만들어냈다.

### 넵투늄 이후
넵투늄(우라늄이라는 이름이 지어지고 나서, 천왕성보다 바깥쪽에 있는 해왕성에서 고안해낸 이름이다.)은 1940년, 캘리포니아 버클리에서 에드윈 맥밀런과 필립 H. 아벨슨이 발견했다. 그들은 우라늄에 느린 중성자를 충돌시켜 239Np 동위원소를 (반감기 = 2.4일)만들어 냈다. 이것은 인공적으로 만들어 낸 첫 초우라늄 원소였다.

[섬네일|[글렌 시보그와 그의 연구원들이 캘리포니아 버클리 대학교에서 Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No와, 106번 원소(후에 그가 살아있을 때 그의 공적을 기리기 위해 붙인 시보귬으로 알려져 있다.)를 인공 합성했다. 그들은 또 100개가 넘는 악티늄족 동위원소도 합성해 냈다.]]

초우라늄 원소들은 자연에서 발견되지 않거나 거의 없으며, 주로 핵반응에 의해 만들어진다. 핵 원자로에서 주로 만들어진다. 대표적 예로, 원자로 중성자에 조사(照射)를 하여, 우라늄-238이 부분적으로 플루토늄-239로 변환되기도 한다:
: \mathrm{ {}^{238}_{92}U + {}^{1}_{0}n\ \xrightarrow\ \ {}^{239}_{92}U\ \xrightarrow[23.5\ min]{\beta^-}\ {}^{239}_{93}Np\ \xrightarrow[2.3\ days]{\beta^-}\ {}^{239}_{94}Pu\ \xrightarrow[2.4\cdot 10^4\ years]{\alpha} }

이 방법으로 엔리코 페르미와 그의 동업자들은, 첫 핵 원자로 시카고 파일-1을 이용해서, 많은 양의 플루토늄-239를 획득하였고, 핵무기를 개발하는 데 큰 영향을 주었다.

악티늄족 원소 중 큰 원소는 입자 가속기로 우라늄, 플루토늄, 퀴륨 그리고 캘리포늄에 질소, 산소, 탄소, 네온 또는 붕소를 충돌시켜서 만들어진다. 그래서, 우라늄-238에 네온-22를 충돌시켜 노벨륨이 만들어졌다.
: ~\mathrm) 우라늄에서는 -0.32 V부터 0.34 V(넵투늄) 그리고 1.04 V (플루토늄)을 거쳐 1.34 V (아메리슘)까지 늘어난다. 모든 악티늄족 이온은 검은색의 염기성을 띄는 AnH3 수소화물의 형태이다. 또한 악티늄족은 탄화물도 만들어낸다. 탄화물을 만들어내는 일반적인 방식은 AnC 또는 AnC2 (우라늄일때는 U2C3)이 가능하다. 황화물 역시 An2S3과 AnS2로 만들어낼 수 있다.


파일:Uranyl Nitrate.jpg|질산 우라늄 (UO2(NO3)2)
파일:U Oxstufen.jpg|우라늄의 III, IV, V, VI 염 수용액
파일:Np ox st .jpg|넵투늄의 III, IV, V, VI, VII염 수용액
파일:Plutonium in solution.jpg|플루토늄의 III, IV, V, VI, VII염 수용액
파일:UCl4.jpg|사염화 우라늄
파일:UF6.jpg|육플루오린화 우라늄
파일:Yellowcake.jpg|U3O8 (우라늄염)


## 화합물

### [[산화물]]과 [[수산화물]]

: **An** – 악티늄족 **동위원소에 따라서 결정된다.

어떤 악티늄족들은 An2O3, AnO2, An2O5 and AnO3처럼 산화 형태로 존재할 수 있다. 모든 악티늄족, 그리고 악티늄족의 산화물(AnO3)은 양쪽성을 가지고 있고, An2O3, AnO2 그리고 An2O5는 염기성을 나타낸다. 염기성을 나타내는 악티늄족의 산화물은 물에 큰 반응을 한다.

: An2O3 + 3 H2O → 2 An(OH)3
이 염기성 물질은 물속에서 잘 녹지 않고, 이 물질들의 활동은 희토류 원소의 수산화물과 비슷하다. 가장 강한 염기성을 나타내는 화합물의 원소는 악티늄이다. 악티늄의 모든 화합물의 색은 무색이지만, 황화 악티늄은 검은색으로 예외다 (Ac2S3). 4+ 이산화 악티늄족의 결정 형태는 입방정계이며, 플루오린화 칼슘과 같다.

토륨이 산화할 때는 오직 이산화 형태로만 산화가 가능하다.
: ~\mathrm{Th+O_2 \ \xrightarrow{1000^\circ C} \ ThO_2}

이산화토륨은 산화된 화합물 중에서 가장 높은 녹는점을 가진 내화 금속이다(3390&nbsp;°C). 텅스텐에 0.8–1%의 ThO2을 넣으면 텅스텐의 구조가 안정되며, 그로 인해 필라멘트의 역학적 안정성이 더 나아져 진동에도 더 잘 버틸 수 있게 된다. ThO2를 산성 물질로 용해시킬 때, 온도가 500–600&nbsp;°C까지 올라간다. 600&nbsp;°C 이상까지 가열하면 ThO2의 다른 형태를 생산하는데, 이것은 산성 물질에 매우 큰 저항을 일으킨다. 소량의 플루오린화 이온은 촉매 작용을 하여 이산화토륨이 산성 물질에 용해되게 한다.

프로트악티늄의 산화물은 2개가 발견되었다(PaO2 (흑색) 그리고 Pa2O5 (백색)). 전자는 ThO2와 동형이며, 후자는 획득하기 쉽다. 전자와 후자 모두 염기성이며, Pa(OH)5는 약한 가용성을 가진 염기물이다.

우라늄을 특정 염기물로 분해할 때(예시로 UO2(NO3)·6H2O로 공기 중에서 400&nbsp;°C로 분해하였을 때), 주황색이나 황색인 UO3을 만든다. 이 산화물은 양쪽성을 가지고 있고 여러 수산화물의 형태를 하고 있으며, UO2(OH)2형태일 때 가장 안정하다.
우라늄(VI) 산화물과 수소의 반응은 이산화우라늄을 만들고, 이것은 ThO2와 성질이 비슷하다. 이 산화물은 또한 염기성 물질이고 수산화우라늄(U(OH)4)과 일치한다.

플루토늄, 넵투늄, 아메리슘은 각각 두 개의 염기성 산화물의 형태로 변한다. (An2O3와 AnO2). 삼산화넵투늄은 불안정하다. 그러므로, 현재로써는 오직 Np3O8만 획득할 수 있는 것이다. 그러나, 화학식이 AnO2와 An2O3인 넵투늄과 플루토늄의 산화물은 특징이 잘 나타난다.

### 염기 화합물

:  ***An** – 악티늄족 **동위원소에 따라서 표기함.


[섬네일|left|[삼아이오딘화 아인슈타이늄이 어둠 속에서 빛난다.]]
악티늄족은 염과 할로겐과 큰 반응을 일으킨다. 공식은 MX3과 MX4 (X = 할로겐)이다. 첫 버클륨 화합물은, BkCl3이다. 이 물질은 1962년에 3나노그램 정도 합성되었다. 희토류 원소의 할로겐 화합물 같은 것으로는, 악티늄족 염화물, 브로민화물, 그리고 아이오딘화물은 수용성이고, 플루오린화물은 비수용성이다. 우라늄은 주로 육플루오린화를 하는데, 56.5&nbsp;°C가 되면 승화를 한다. 이 물질의 휘발성은, 기체 원심 분리기 또는 가스확산법으로 우라늄 동위원소로 분리할 수 있다. 육플루오린화 악티늄족은 무수물의 성질을 가지고 있다. 그것들은 수분에 매우 민감하며 가수분해를 한다.(AnO2F2) 오염화우라늄과 흑색 육염화우라늄은 인공 합성했지만, 둘 다 불안정하다.

산성에서의 악티늄족은 염을 생성하고, 만약 산성 물질이 산화되지 않는다면 악티늄족 염은 낮은 원자가 상태를 가진다:
: U + 2 H2SO4 → U (SO4)2 + 2 H2
: 2 Pu + 6 HCl → 2 PuCl3 + 3 H2
그러나, 이 반응에서는 무한한 수소가 있으면 금속에 반응을 하고 수소화물의 형태를 하게 된다. 우라늄은 토륨보다 산과 물에 더 잘 반응한다.

악티늄족 염은 수산화물을 산으로 용해하는 과정에서도 얻을 수 있다. 악티늄족의 질산염, 염화물, 황산염 그리고 과염소산염은 가용성이 있다. 수용액에서 결정을 만들 때, 악티늄족 염은 수소화물의 형태를 한다(Th(NO3)4·6H2O Th(SO4)2·9H2O 그리고 Pu2(SO4)3·7H2O). 높은 원자가를 지닌 악티늄족 염들은 쉽게 가수분해된다. 그래서, 토륨의 무색 황산염, 염화물, 과염소산염 그리고 질산염은 Th(OH)2SO4 and Th(OH)3NO3의 화학식을 가진 염기성 염으로 형태를 바꾼다. 악티늄족의 3+와 4+의 가용성과 불용성은 란타넘족 염과 비슷하다. 그래서 악티늄족의 인산염, 플루오린화염, 옥살산염, 아인오딘화염 그리고 탄산염은 물에 약한 가용성을 가진다; 악티늄족 염은 수소화물 같은 침전물이 생긴다. (ThF4·3H2O 그리고 Th(CrO4)2·3H2O)

(AnO22+-의 양이온을 제외하고)산화 상태가 6+인 악티늄족은, [AnO4]2−와 [An2O7]2− 그리고 다른 복합적 음이온의 형태를 한다. 예시적으로, 우라늄, 넵투늄 그리고 플루토늄은 form salts of the Na2UO4 (우라늄산염) 그리고 (NH4)2U2O7 (중우라늄산염) 종류의 형태의 염을 가진다. 란타넘족과 비교하면, 악티늄족이 더 쉽게 배위 화합물의 형태를 가지고, 이 능력은 악티늄족의 원자가를 늘린다. 3+의 악티늄족은 플루오린화 배위 화합물의 형태를 가지지 않는 반면, 4+의 토륨은 복잡한 K2ThF6, KThF5, 그리고 K5ThF9의 형태를 한다. 또한 토륨은 황산염과 (예시로 Na2SO4·Th (SO4)2·5H2O), 질산염 그리고 티오시안산염의 형태도 가진다. 토륨의 배위수가 12일 때 일반적인 화학식이 An2Th(NO3)6·*n*H2O인 염은 배위 화합물로 존재한다. 이것은 악티늄족의 5+와 6+의 복합적 화합물 염보다 더욱 생산하기 쉽다. 악티늄족에서 가장 안정한 배위 화합물은 반응로에서 디케톤과 반응하여 만들어지는 토륨 5+와 우라늄 5+이다. 또한, 아세틸아세톤과도 합성하여 생산이 가능하다.

## 적용
[섬네일|[아메리슘-241을 이용한 연기 감지기.]]
악티늄족이 일상생활에 적용되는 예로는, 연기 감지기 (아메리슘), 그리고 가스 맨틀 (토륨)이 있다. 또 악티늄족은 주로 핵 무기나 핵 반응기에서 연료로 쓰인다. 앞에서 말한 연기 감지기와 가스 맨틀은 악티늄족이 스스로 핵연쇄 반응을 한다는 전제 하에 악티늄족이 핵반응을 하면서 막대한 에너지를 방출하는 것을 활용한 대표적인 예이다.

[섬네일|left|upright|[체렌코프 방사에 의한 핵 반응로의 자체 발광.]]
원자력 발전에 가장 필요하면서 가장 중요한 것은 바로 우라늄-235이다. 이것은 열중성자로에도 쓰이며, 우라늄-235는 자연적으로는 0.72%밖에 존재하지 않는다. 이 동위원소는 많은 에너지를 배출하면서 강한 힘으로 열중성자를 흡수한다. 1g의 우라늄-235가 한 번 핵분열을 했을 시의 에너지는 1일에 1MW(메가와트)로 변환된다. 중요한 것은, 235U은 235U가 흡수한 중성자보다 더 많은 양의 중성자를 발사한다는 것이다. 임계 질량에 도달하면, 235U는 스스로 핵연쇄 반응을 하게 된다. 일반적으로, 2-3개의 중성자와 함께 우라늄의 핵은 두 조각으로 나뉜다. 예시적으로:
: ~\mathrm{{}_{~}^{235}U+ \ ^1_0n \longrightarrow {}_{~}^{115}Rh+{}_{~}^{118}Ag + 3^1_0n}

우라늄-235 말고도 원자력 발전에 많이 쓰이는 것은 토륨-232와 토륨 연료 사이클에서 나온 결과물인, 우라늄-233이 많이 쓰인다.

우라늄의 핵분열 반응 중 중성자 배출은 핵연쇄 반응에서만 중요한 것은 아니다. 중성자 배출은 더 무거운 악티늄족을 만드는 데도 중요한 역할을 한다. 우라늄-239는 β-붕괴를 거치면서 플루토늄-239로 변환된다. 우라늄-235와 같이 자발 핵분열을 할 수 있다. 세계에서 처음 만들어진 핵 반응로는 원자력 에너지를 위해서 만들어진 것이 아닌, 사실은 핵무기에 사용할 플루토늄-239를 만들기 위해서 만들어졌다.

전체 생산된 토륨의 절반은 발광하는 성질을 이용하여 가스 맨틀로 쓰인다. 토륨은 또한 여러 가지 금속이 섞인 합금을 만들 수도 있다. 합금은 마그네슘과 아연으로 만들 수 있다. Mg-Th 합금은 가볍고 단단하지만, 높은 녹는점과 유연성으로 인해 항공 산업과 미사일에 폭넓게 쓰이고 있다. 또한 토륨은 긴 평균 수명과 방출에 좋은 낮은 전위 장벽, 그리고 강한 전자 방출 성질을 가지고 있다. 토륨과 우라늄의 동위 원소들은 항성을 포함하여 과거의 시간대를 추측하는데 다양하게 쓰이고 있다. (연대 측정법을 참조하기)

플루토늄은 대표적으로 핵 무기에 쓰인다. 이것은 플루토늄-239 동위 원소가 핵분열할 때까지의 짧은 시간과 핵분열의 위력을 이용한 것이다. 플루토늄을 기반으로 한 설계는 우라늄-235의 임계 질량을 ⅓로 줄일 수 있다. 맨해튼 계획 중에 평소보다 상당히 높은 밀도로 압축한 플루토늄의 폭발을 이용하기 위해 "팻 맨"과 같은 여러 플루토늄 폭탄이 만들어졌다. 이것은 반응을 시작하기 위함과 효율성을 높이기 위해 중앙 중성자 원과 조합되어 있다. 그러므로 TNT 기준 20킬로톤의 수율 핵실험을 하기 위해서는 오직 6.2kg의 플루토늄만 있으면 가능하다. (핵무기 설계를 참조하자.) 가설에 따르면, 적어도 4kg의 플루토늄만 있어도 핵무기를 만들 수 있는데, 이 양으로는 매우 복잡한 설계와 조립을 거친 하나의 폭탄을 만들 수도 있다.

플루토늄-238은 어쩌면 핵반응로에서는 우라늄-235보다 더 효율적인 동위 원소가 될 수 있다. 왜냐하면 플루토늄-238은 우라늄-235보다 더욱 작은 임계 질량을 가지고 있지만 핵분열 연쇄 반응이 조종 막대에 의해 멈출 때까지 끊임없이 붕괴하여 많은 양의 열 에너지를 생산하기 때문이다.(0.56 W/g) 이것의 용도는 한정적인데, 왜냐하면 플루토늄-238의 높은 가격 때문이다.(1g당 약 1,100,000원) 이 동위 원소는 우주에서 인공 위성과 우주 정거장에서 열전퇴 기능과 물을 증류하는 기능에 쓰인다. 또한 갈릴레오와 아폴로 우주선 (예: 아폴로 14호)에서도 킬로그램 정도의 무게인 산화플루토늄-238로 히터를 작동시켰다; 또한 이 열은 열전퇴와 함께 전기로 바뀌기도 한다. 플루토늄-238의 붕괴에서는 거의 해롭지 않은 알파 입자를 방사하고, 감마선 조사를 동반하지 않는다. 그러므로, 이 동위 원소는(~160&nbsp;mg) 원자력 심장페이스메이커의 에너지원에 사용된다. 원자력 심장페이스메이커에서의 에너지는 일반 배터리보다 5배 더 길다.

악티늄-227은 중성자원에 사용된다. 이것의 높은 비에너지와(14.5 W/g) 열적으로 안정한 화합물의 상당량을 획득할 가능성은 오래 지속되는 열전 발전기를 원격 조정하기에 좋다.228Ac는 방사능을 화학적으로 연구할 때의 재료로 쓰이는데, 악티늄-228을 쓰는 이유는 이것이 높은 에너지를 가진 전자를(2.18MeV) 방사하고 이 전자가 쉽게 감지되기 때문이다. <sup>228</sup>Ac-<sup>228</sup>Ra 혼합물은 산업과 약에서의 강렬한 감마선원에 폭넓게 사용된다.

내구성이 좋은 결정체를 가진 비활성 매질과 악티늄족을 첨가한 자체발광 금속의 발명은 악티늄족의 활용에서 새로운 방법으로 알려지고 있다. 알파 입자를 방사하는 방사성 핵종은 빛을 받는 일부 유리와 결정에 사용된다.(오역 있을 수 있음)

## 독성
섬네일|종이 뭉치, 알루미늄과 납 벽돌을 뚫을 수 있는 방사선에 대한 도식적 삽화
450px|섬네일|가장 안정적인 동위원소의 반감기에 따라 주기율표에 색을 칠해 놓았다.

방사성 물질은 인간의 건강에 피해를 주는데, 처음에는 전체적 피부 오염, 다음에는 방사성 동위원소가 흡수되어 체내 피폭이 일어나고, 마지막에는 β-입자와 γ-선에 의해 완전히 체외 피폭이 된다. 라듐과 초우라늄 원소와 함께 있을 경우, 악티늄은 특유의 α-선으로 인해 가장 위험한 방사성 독 중 하나다. 악티늄의 중요한 위험 요소는 해골 표면에 축적되고 잔류하여 뼈를 약하게 하는 것이다. 독의 시원기가 되면, 악티늄은 간에도 축적된다. 또다른 악티늄의 위험 요소는 악티늄이 배설되는 것보다 방사성 붕괴를 빨리 겪는다. 소화관에서 흡착되는 악티늄의 양은 라듐보다 훨씬 작다.(~0.05%)

프로트악티늄은 인체에서 콩팥과 뼈에 축적된다. 인체에서 프로트악티늄의 최대로 안정한 양은 0.03 µCi인데, 이것은 0.5μg의 231Pa에 해당하는 것이다. 에어로졸같이 대기 중에 존재하는 것으로 추정되는 이 동위원소는, 시안화수소(청산가리)의 2.5배의 독을 가지고 있다.

음식이나 피(예: 상처 등) 또는 공기를 통하여 인체에 들어오는 플루토늄은, 주로 폐, 간 그리고 뼈에 축적된다. 그래서 다른 인체 기관에는 단지 10%만 축적된다. 플루토늄은 인체에 10년 이상 잔류한다. 체내에서의 플루토늄의 축적 시간이 긴 이유는 완전히 밝혀지지 않았지만, 플루토늄의 가용성이 매우 약해서 축적 시간이 긴 것으로 추측되고 있다. 플루토늄의 일부 동위 원소는 이온화된 α-선을 방출하는데, 이것이 주변의 세포들에 피해를 준다. 추측으로는 플루토늄의 평균 치사량은 (LD50)개에게 플루토늄이 들어있는 약물을 정맥에 주사하고 나서 30일이 지난 뒤 치사량을 확인해 보니 인체 1kg당 0.32mg인것으로 추측되었고, 70kg인 사람을 기준으로 치사량은 거의 22mg인것으로 추측되었다. (그러나, 호흡기가 플루토늄에 노출될 시 거의 4배 강력해진다.) 또다른 추측으로는 플루토늄은 라듐보다 50배 독이 약하다고 추측하였고, 그렇게 되면 체내에 허용되는 축적량은 5&nbsp;µg 또는 0.3 µCi가 되는 것이다. 이 정도의 양은 현미경으로도 거의 보이지 않는다. 동물에게 실험하고 나서, 플루토늄의 최대 허용 수치는 0.65&nbsp;µg 또는 0.04 µCi로 변경되었다. 또한 동물 실험은 플루토늄의 가장 위험한 노출 방법은 호흡기 노출이었다는 것이 밝혀졌는데, 호흡기에만 약 5-25%의 플루토늄이 호흡기에 남아있었다. 플루토늄 화합물이 잔류하는 양은 입자의 크기와 가용성에 따라 결정된다. 플루토늄은 폐나 림프계에 모이거나, 피에 흡수되어 간과 뼈로 이동하여 모인다. 음식을 통해서 흡수되는 경로는 많지 않은 경우다. 이때는 오직 0.05%의 가용성 플루토늄과 0.01%의 불용성 플루토늄만이 피에 흡수되고, 전체가 배설된다. 손상된 피부를 통해 플루토늄이 노출된 경우는 플루토늄의 거의 100%가 잔류한다.

악티늄족을 핵 연료로 이용할 때는, 방사능원을 차단하거나 방사성 물질을 막을 수 있는 고급 광물(예로 들자면 큰 잠재적 이득이 있는 자체 발광 결정 등)을 사용해야 한다. 그러나, 악티늄족의 강한 방사능독으로 인해 자연에서의 이동과 악티늄족에 깊은 우려가 있기도 하다. 혼합산화물핵연료(MOX)에서 화학적으로 불안정한 형태를 가진 악티늄족의 사용과 방사능 원천을 차단하는 것으로는 현대 안전 기준에는 적절하지 않다. 현재 안정되고 내구성이 좋은 악티늄족과 관련된 물질을 제작하는 것에 도전하고 있다. 이것은 안전한 창고에 들어있어야 하고, 사용하고 나서 최종 처분할 수 있어야 한다. 악티늄족 고체 용액의 적용의 열쇠는 바로 내구성이 좋은 결정체의 상이다.

## 같이 보기
* 초우라늄 원소
* 란타넘족
* 초악티늄족 원소
* 주기율표

## 각주

## 참고 문헌
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## 외부 링크

* Lawrence Berkeley Laboratory image of historic periodic table by Seaborg showing actinide series for the first time
* Lawrence Livermore National Laboratory, ''Uncovering the Secrets of the Actinides''
* Los Alamos National Laboratory, ''Actinide Research Quarterly''


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