우라늄의 원자 수는 얼마인가?
우라늄
우라늄은 자연에서 발견되는 원소 중에서 원자 번호가 가장 크다. 실제로 우라늄보다 원자 번호가 큰 넵투늄과 플루토늄도 자연에서 존재하지만, 이 둘은 워낙 드물게 나온다. 그래서 넵투늄과 플루토늄을 인공원소로 분류하므로, 우라늄이 가장 원자 번호가 크다. 우라늄의 원자량은 238.029u, 원자번호는 92, 악티늄족이다. 밀도는 20도에서 19.05g/cm3이며, 녹는점과 끓는점은 각각 1405K, 4404K이다.
핵무기 설계
20% 이상의 U-235가 포함된 우라늄은 매우 농축된 우라늄이라고 하며, 무기로 사용할 만한 우라늄은 적어도 93.5%의 U-235를 지녀야 한다. U-235의 자발 핵분열 비율은 1 kg당 매 초 0.16 핵분열이며, 이러한 낮은 핵분열 비율로 인해 초임계를 달성하기 위한 두 핵분열성 물질의 결합 과정은 상대적으로 쉽다. 중성자 반사재가 없는 U-235 구의 임계 질량은 약 50 kg으로, 직경 약 17 cm의 구이다. 만약 구를 둘러싼 중성자 반사재가 있다면, 임계 질량은 15 kg 정도로도 낮아질 수 있다.
우라늄-235
스스로 핵분열이 되기 때문에 핵무기로써의 이용도 가능하다.
우라늄-235의 열중성자의 핵분열 비율은 78~82%이며, 고속중성자(자원중성자)의 핵분열 비율도 66~67%나 되기 때문에 좋은 핵무기로 이용가능하다.
악티늄족
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.
우라늄 동위 원소
반감기가 15만 9200년으로 토륨 핵반응으로 인해 생성된다. 열중성자 핵분열 효율이 92%에 이르고 고속중성자(자원중성자) 핵분열 효율도 84~88%에 이르러 핵연료로 이용할 수 있다.
토륨-232가 중성자를 하나 흡수하여 토륨-233이 되며, 토륨-233은 붕괴를 하여 프로트악티늄-233이 된다. 프로트악티늄-233은 26.975일의 긴 반감기를 거쳐 우라늄-233으로 붕괴된다.
조선민주주의인민공화국의 대량살상무기
2013년 기준으로 서방의 전문가들이 고려하는 핵물질 생산시설은 위의 6기이다. 모두 완공되었을 경우, 북한은 매년 274 kg의 플루토늄과 80 kg의 고농축 우라늄을 생산할 것으로 추정된다. 참고로 1945년 히로시마에 투하된 20kt급 원폭 1기를 생산하는데 드는 핵물질의 양은 플루토늄 3-6kg, 고농축 우라늄 5-16kg정도이다.
맨해튼 계획
자연 상태의 우라늄은 99.3%의 우라늄-238과 0.7%의 우라늄-235로 존재한다. 이 두 동위원소는 원자량이 매우 비슷하기 때문에 일반적인 방법으로는 분리할 수 없다. 때문에 이 둘을 분리하기 위한 다양한 방법이 고안되었다. 대부분의 분리 작업은 오크리지에서 진행되었다.
핵폭발
모든 물질은 그 물질 고유 특성을 그대로 가진 최소단위인 원자 집합체이며, 원자는 각각 다른 특성을 가진 103종의 원소들 중 몇 개로 결합된 입자이다. 핵폭발의 원료로 쓰이는 우라늄, 플루토늄, 코발트는 원소의 한 종류이다. 핵폭발은 재래식 폭발과 달리 원자핵내의 반응에 따라 다른 원자핵이 생성되면서 발생하는 현상이다. 우라늄(U)의 원자핵에 가속된 중성자를 충돌시키면 분열하면서 높은 에너지와 더불어 감마선 등의 방사선과 평균 2개의 중성자가 방출된다. 이 2개의 중성자가 다시 다른 원자핵에 충돌하는 연쇄반응이 핵분열 반응이다. 히로시마에 사용된 핵연료는 우라늄(U)이고, 나카사끼에서는 플로토늄(PU)가 사용되었으며 둘 다 모두 순수한 핵분열탄으로 원자폭탄이다. 반면에 삼중수소와 중수소의 두 개의 원자핵이 모여 하나의 무거운 헬륨 원자핵을 만드는 핵융합을 이용한 것은 수소폭탄이다.
운비엔늄
운비엔늄(Unbiennium)은 미발견된 원소의 이름으로 원소 기호 Ube, 원자 번호는 129번이다.
프로메튬
프로메튬(←, ←)은 화학 원소로 기호는 Pm(←), 원자 번호는 61이다. 1947년에 우라늄의 핵분열 반응에 의해 발견됐다.
텔루륨
한편, 텔루륨의 평균 원자량은 127.6으로, 원자 번호가 하나 큰 아이오딘의 원자량(126.9)보다도 크다.
원자력 발전소
천연 우라늄은 99 %의 우라늄 238과 0.7 %의 우라늄 235를 포함하고 있다. 우라늄 238은 핵분열시키기 어려우므로 중수로를 제외한 다른 원자로들은 천연 우라늄을 농축하여 우라늄 235의 비율을 높이는 과정인 농축 과정이 필요하다.
4세대 원자로
가장 큰 특징은 세라믹으로 둘러싸인 우라늄입자를 원료로 사용한다는 점이다. 지름이 0.5mm인 우라늄을 세라믹으로 3중 코팅해 직경 0.9mm의 '피복입자'를 만든다. 크기가 작을 뿐만 아니라 특수코팅 처리가 돼 있어 우라늄이 직접 공기 중에 노출될 일이 없다.
VHTR은 피동안전개념을 채택하고 있다. VHTR은 사고가 발생할 경우, 우선 핵연료에서 발생하는 잔열이 원자로용기(reactor vessel)로 전달되고, 다시 피동안전장치인 원자로공동냉각장치(RCCS)로 전달된다. 그런 다음, 장치 내부에서 가열되어 가벼워진 공기가 상부의 '자연순환 상승관', 즉 굴뚝(chimney)을 통해 외부로 배출된다. 가열된 공기가 빠져나간 공간에 외부의 찬 공기가 흡입되고, 다시 가열되어 배출되는 자연순환 과정이 반복되는 것이다. 격납용기 내부를 공기로 식히기 때문에, 설령 용기가 파손된다 해도 공기가 원자로를 더 잘 식혀줄 수 있다.
우라늄 동위 원소
U-232는 토륨 핵반응으로 생성된 U-233들 중 200ppm가량이 중성자를 흡수함과 동시에 2개 방출하여 생성된다. 붕괴 과정에서 강한 감마선을 내뿜는 동위 원소들이 있어 극히 위험하여 핵폐기물로 분류된다.
핵무기 설계
현대의 가장 큰 핵분열-핵융합-핵분열 방식의 무기는 U-238이라는 가장 안정한 우라늄의 동위원소로 이루어진 최외곽층을 지니거나 혹은 U-238로 이루어진 X선 반사재를 지니고 있다. 다른 방식으로 해서는 폭발하지 않을 불활성의 U-238은, 핵융합 단계의 엄청난 밀도의 고속 중성자가 핵분열을 일으키게 되며, 폭탄의 핵출력을 수 배 증가시킨다. 예로, 미국의 역사상 가장 거대했던 Castle Bravo 실험에서는, 15 메가톤의 핵출력이 있었는데, 그 중의 10 메가톤이 천연 우라늄으로 이루어진 탬퍼가 핵분열 하면서 생긴 것이다. 하지만 보다 높은 핵출력을 위해서는 적절한 수준의 농축 우라늄이 대신 사용될 수도 있다.
핵테러
1994년 독일 당국은 4 kg 분량의 러시아산 플루토늄을 2억 5천만 달러(3,000억 원)와 맞바꾸려던 밀거래를 적발했다. NRDC는 핵폭탄 한개를 만드는데 필요한 최소한의 플루토늄 분량을 IAEA가 규정한 8 kg보다 여덟배가 적은 1 kg으로 축소 조정해야 한다고 주장하고 나섰다. 우라늄의 경우도 U-233은 8 kg에서 1 kg로, U-235가 20% 이상 함유된 농축우라늄은 25 kg에서 3 kg로 각각 위험기준치를 낮춰야한다는 지적이다. 그러나 NRDC의 제안은 IAEA에서 거부되었다.
우라늄
천연우라늄은 234U(존재 백분율 0.0054 %, 반감기 24만 8000년), 235U(존재백분율 0.7024 %, 반감기 7억 380만 년), 238U(존재백분율 99.2742 %, 반감기 44억 6800만년) 등 3종의 동위원소로 이루어지며, 그 밖에 인공적으로 만든 동위원소를 포함하면 질량수 217로부터 242까지 26종이 존재한다. 235U는 악티늄족 계열 최초의 핵종으로 악티노 우라늄(AcU)이라고도 하며, 열중성자·고속중성자·양성자·i입자·중양성자·i선 등의 충격에 의해서 핵분열하는데, 열중성자에 의한 핵분열에서는 약 200MeV의 에너지를 방출하며 평균 2.5개의 중성자도 방출한다. 따라서 방출된 중성자가 다른 235U 원자를 분열시키도록 조건을 주면 연쇄반응을 일으켜 거대한 에너지를 방출한다.
핵무기
가장 대표적인 핵무기는 핵분열을 이용한 것이다. 이 경우에 핵분열 물질로는 보통 우라늄과 플루토늄이 사용된다. 우라늄-235나 플루토늄-239 등이 쉽게 핵분열을 일으키고, 이들을 임계 질량 이상으로 모으면 연쇄 반응이 폭발적으로 일어나는 것을 이용한 것이다. 이를 원자 폭탄이라고 한다. 예를 들어, 농축도 93.5%인 우라늄-235의 임계질량은 크기로 따지면 핸드볼공 정도의 크기(약 17cm)에 해당한다. 이때 핵분열에 의한 폭발은 일반적인 화학반응이 따르는 질량보존 법칙과 에너지보존 법칙이 적용되지 않고, 아인슈타인의 특수상대성이론에 따라 우라늄의 미미한 질량 변화로부터 막대한 에너지가 발생하면서 연쇄 반응을 일으키게 된다.
대한민국의 핵무기 개발
2014년 한해 동안 한국의 우라늄정광 수입량은 6천톤이다. 5%인 300톤을 빼돌려도 국제감시망으로는 알 수가 없다. 우라늄정광에는 0.7%의 우라늄-235가 함유되어 있으며, 300톤의 우라늄 정광이면 농도 100% 우라늄-235를 2.1톤 추출할 수 있다. NRDC 등 핵무기 연구기관의 분석으로는 농도 100% 우라늄 235 5 kg이면 200 kt 수소폭탄을 만들 수 있다. 2.1톤이면 200 kt 수소폭탄 420발 분량이다. 10년이면 4200발 분량이다.
토륨
자연상태에서는 토륨-232로 존재하는데 이는 알파붕괴를 일으키고 반감기가 140억 500만년이다. 그 외에 다른 동위원소들은 고분자량의 원소가 붕괴할 때 decay chain의 중간 물질로 짧은 시간 존재하며 극소량이 존재한다.토륨은 지구 지각에서 우라늄의 4배 더 많이 존재하며 대개 희토류 금속에서 뽑아낸 모나자이트 모래를 정제하여 얻는다.
맨해튼 계획
1939년 6월 무렵 영국에서는 버밍엄 대학교의 오토 프리쉬와 루돌프 파이에르스이 우라늄-235의 임계 질량을 조사하고 있었다. 두 사람은 최소한 10 Kg의 우라늄이 있어야 폭발을 일으킬 수 있다고 계산하였다. 1940년 3월 프리쉬와 파이에르스는 비망록에 영국의 원자 폭탄 제조 계획인 마우드 위원회()의 회의 초록을 기록하였다. 마우드 위원회는 원자 폭탄의 개발을 만장일치로 의결하였다. 마우드 위원회의 위원이었던 오스트레일리아의 물리학자 마크 올리펀트는 1941년 8월 미국으로 건너가 아직 임계 질량에 대한 연구를 완료하지 못한 미국의 물리학자들에게 전달되었던 마우드 위원회의 자료를 발견하였다. 미국의 물리학자들이 이 자료에 관심을 보이지 않자, 올리펀트는 직접 우라늄 위원회의 회원들을 찾아다니며 설득하였다. 그 결과, 캘리포니아 대학교 버클리에서 근무하던 물리학자 어니스트 로렌스가 올리펀트의 자료에 흥미를 보였고, 로렌스와 함께 제임스 코넌트, 아서 콤프턴, 조지 페그럼 등의 물리학자들의 지지를 끌어낼 수 있었다. 이들은 올리펀트의 자료를 보고 원자폭탄의 제조가 가능하다고 인식하게 되었다.
핵연료 주기
농축과정중 부산물의 대부분(96%)인 열화 우라늄은 장갑재, 포탄의 관통자, 방사능 차폐물, 선박의 밸러스트로 쓰이지만 많은 양의 열화우라늄이 창고에 쌓여있다. 미국 에너지성은 약 47만톤 가량의 열화우라늄을 가지고 있으며, 그중 약 95%의 열화 우라늄은 6불화 우라늄으로 저장된다.
오가네손
오가네손(Oganesson)은 원자 번호 118번의 초우라늄 원소로 비활성 기체의 여러 성질을 공유할 것으로 생각되며, 화학적 성질은 라돈과 비슷할 것이다. 라돈처럼 방사성 기체일 것이며, 유일한 반도체 기체로 추정된다.
전에는 '우누녹튬(ununoctium,Uuo)'이라고 불렀다.
방사성 물질의 불안성을 무시한다면, 오가네손은 라돈이나 제논에 비해 화학적 활성을 띨 것으로 여겨진다. 안정적 산화물(OgO)이나 염화물, 불화물을 이룰 것이다.
핵연료
핵연료는 원자력발전소의 가장 핵심 요소인데, 소결체 재료인 이산화우라늄(UO)은 화학적으로 매우 안정된 화합물로, 용융온도가 약 2,850℃이다. 이산화우라늄 소결체는 핵분열 시 발생하는 방사성물질들을 안전하게 가두어 두는 1차 방호벽 역할을 한다. 또한 소결체를 감싸고 있는 핵연료 피복관은 방사성 물질이 냉각재로 유출되지 않도록 막아 주는 2차 방호벽 역할을 한다.
라듐
라듐(←, ←)은 화학 원소로 원소기호는 Ra(←), 원자번호는 88이다. 알칼리 토금속에 속하는 원소 중에서 가장 무거운 원소이고 안정동위체는 존재하지 않는다.(천연상태에서는 4종류의 동위체가 존재한다.) 은과 같은 흰색 계통 금속으로 방사성이 매우 강하다. 26개 이상의 동위원소가 있는데, 모두 방사성을 띤다. 라듐은 주로 우라늄과 토륨 광석에 미량 들어 있다. 프랑스의 물리학자인 퀴리 부부와 공동 연구자인 베몽이 1898년에 우라늄 광석인 피치블렌드에서 라듐을 발견했다. 질량수는 226.025u, 녹는점 973K(700℃, 1292℉), 끓는점 2000K(1737℃, 3159℉), 밀도는 실온에서 약 5.5g/cm이다. 덧붙여 라듐 224, 226, 228은 WHO의 하부기관 IARC에서 발암성이 있다고(Type1) 권고되고 있다.
탄소
탄소(炭素←, )는 비금속인 화학 원소로, 기호는 C(←)이고 원자번호는 6이다. 원자가 전자는 4개이다. 존재하는 동위 원소는 총 3개로, C와 C는 안정적인 동위 원소지만 C는 반감기가 약 5730년인 방사성 동위 원소이다.[1] 탄소는 아주 오래 전에 존재가 밝혀진 원소들 중 하나이다.[2]
초우라늄 원소
초우라늄 원소는 우라늄의 92보다 더 큰 원자 번호를 가진 화학 원소를 말한다.
플루토늄
천연 우라늄 광석 중에 포함되어 있다는 것이 알려지기 전까지는 인공으로 만들어진 원소로만 여겨지고 있었다. 초우라늄 원소로, 방사성 원소이기도 하다. 239Pu, 241Pu 그 외 몇개의 동위원소가 존재하고 있다. 반감기는 239Pu의 경우 약 2만 4000년(알파 붕괴). 비중은 19.8로 몹시 무거운 금속이며, 금속 상태의 플루토늄은 니켈을 닮은 은백색의 광택을 갖고 있다. 녹는 점은 639.5℃, 끓는 점은 3,230℃이다.(끓는 점은 실험에 따라 다른 값으로 나타나기도 한다.)
우라늄
원자로연료로서 보통 천연 우라늄으로부터 우라늄-235를 분리하거나, 우라늄-238을 플루토늄-239로 변화시켜 사용하고 있으나, 천연 우라늄을 그대로 사용할 때도 있다. 특수한 목적에는 농축시킨 것을 사용하는 경우도 있다(농축 우라늄 사용). 이것은 기체확산분리 과정의 도중에서 뽑아냄으로써 적당한 농축도의 것을 얻을 수 있다. 원자로연료로 여러 가지 형태로 사용되고 있지만 균질로에서는 금속우라늄(때로는 합금 금속우라늄)을 적당히 성형한 것이, 불균질로에서는 황산염, 질산염의 용액이 사용된다. 그 밖에 여러 가지 내식성합금에도 소량 사용되고, 또 이우라늄산나트륨(우라늄황이라고도 한다)으로 유리, 도자기 등의 착색제로도 사용되고 있다.
라듐
대기 중에 아주 적게 존재하며 평상시에 위험할 정도의 라듐을 흡수할 일은 거의 없다. 우라늄의 방사성붕괴로 자연에서 끊임없이 생긴다. 우라늄의 동위원소 중에서 가장 무거운 우라늄-238의 방사성 붕괴가 일어나는 동안 알파선, 베타선, 그리고 감마선의 형태로 방사선이 나온다. 이 과정에서 우라늄-238은 우라늄-234가 되고, 이것은 다시 토륨-230이 된다. 토륨-230은 알파붕괴하여 라듐-226이 된다. 자연에 있는 라듐은 계속해서 붕괴하기 때문에 농도가 낮다. 라듐-226은 알파붕괴하여 라돈이 되었다가 최종적으로 안정한 납의 동위원소가 된다.
니호늄
2016년 6월 8일, 우눈트륨의 발견자인 일본 이화학연구소는 원소의 이름을 니호늄(Nihonium, Nh)으로 최종 결정, 국제순수응용화학연합(IUPAC)도 이날 113번 원소 명명안 발표에서 원소의 이름을 니호늄으로 결정했다.
스핀-궤도 상호작용 탓에 7p 오비탈중 하나가 특별히 안정해져서 13족 원소의 가벼운 동족원소와는 성질이 다를 것으로 예측된다.
우라늄-235
핵연료에는 우라늄-238이 많이 있더라도 다음 동위체인 플루토늄-239가 중성자를 많이 내며 우라늄-235도 열중성자로에서 2.28개의 중성자를 내뿜고 핵분열 효율이 82%에 이르기 때문에 중성자 흡수재를 첨가해야 한다.
우라니나이트
우라니나이트(Uraninite) 혹은 역청 우라늄석, 섬우라늄석은 방사성을 띤 광물로, 우라늄 산화물이 많이 함유된 광석(UO으로 대다수 구성)이나, 때때로 UO, 납이나 토륨, 그리고 다른 희토류 원소들의 산화물을 포함하고 있기도 한다. 우라니나이트의 우라늄 함량은 UO으로 환산하자면, 약 50에서 80%정도로 추산된다. 보통 괴상의 우라니나이트를 가리켜 피치블렌드(Pitchblende)라고 부른다. 피치블렌드의 어원은 독일어(Pechblende)로 Pech는 타르, 불운을 가리키며, Blende는 광물을 가리킨다. 이 이름이 붙여지게 된 계기는 15세기 독일의 에르츠 산맥에 위치한 은광에서 광부들이 채광하면서 이 광석이 나타났기 때문인데, 이 광석은 돈으로 바꾸기가 힘들거나 불가능했기 때문이다. 그 후 1789년 피치블렌드에서 마르틴 하인리치 클라프로트(Martin Heinrich Klaproth)가 세인트요하인스틸에서 나온 폐기물을 조사하다 우라늄을 발견하게 되었다.
타이타늄
타이타늄, 티타늄(←) 또는 티탄(←)은 화학 원소로 기호는 Ti(←)이고 원자 번호는 22이다. 가볍고 단단하며, 거의 부식되지 않는다.전이 금속 원소로 은백색의 금속 광택이 있다. 순수한 타이타늄은 낮은 물성치로 인해 강한 내식성이 요구 되는곳을 제외하곤 대부분 합금으로 많이 쓰인다. 또한 이산화 타이타늄은 흰색 안료의 재료로, 페인트 등에 쓰인다.
우라늄 동위 원소
가장 핵심인 우라늄의 동위 원소로 현재 원자로의 주역인 동위체이다. 열중성자 핵분열 효율이 78~82%에 이르고 고속중성자(자원중성자) 핵분열 효율도 66~67%에 이르러 핵연료의 핵심으로 이용하고 있다. 우라늄-235의 반감기는 7억 380만년으로 비교적 짧아 자연계에 아쉽게 0.7%밖에 존재하지 않지만 44억년전 지구 초창기 시절에는 천연 동위체에 20%나 존재했었다.
남아프리카 공화국의 대량살상무기
남아공에는 우라늄이 많다. OECD 산하 국제에너지기구(IEA)는 세계 우라늄 총매장량을 474만 3천 톤으로 보고 있다. 이 가운데 호주가 총매장량 114만3천 톤으로 가장 많고, 카자흐스탄(81만6천 톤), 캐나다(44만4천 톤), 미국(34만2천 톤), 남아공(34만1천 톤) 등이 뒤를 이었다. 처음에 플루토늄 핵폭탄을 개발하던 남아공은, 우라늄 핵폭탄 개발로 정책을 변경했다.
체르노빌 원자력 발전소 사고
사고 당시 발생한 방사능 낙진은 체르노빌 주변에 있는 러시아, 벨라루스, 우크라이나 세 나라뿐만 아니라, 유럽 곳곳으로 퍼져 많은 지역을 오염시켰다. 우라늄-235의 핵분열 생성물 중 하나인 세슘-137의 농도로 토양의 방사능 오염을 측정한 결과, 유럽 전체에 걸쳐 19만 제곱 킬로미터에 이르는 영역이 제곱미터당 37킬로베크렐 이상의 방사능으로 오염되었으며, 주변 3국의 오염 규모는 15만 제곱킬로미터에 이른다.[49][50]
기장 수출용 신형 연구로
전기를 생산하는 발전용 원자로는 통상 우라늄-235(U-235)가 5% 이하로 농축된 연료를 사용하는 데 비해, HANARO 같은 경우 19% 이상인 농축 우라늄을 사용하고 있다. 기장 수출용 신형 연구로는 세계최초로 우라늄 몰리브덴 판형 핵연료를 사용할 계획이다. 판형 핵연료는 농축도가 20%인 저농축 연료지만 우라늄 밀도가 높고 출력이 높은 기술로 평가받고 있다.
우라늄-238
우라늄은 매우 풍부하여 전세계에 경제성 있는 매장량만 700만톤이나 된다. 우라늄이 매우 풍부한 지역에는 15,000ppm~200,000ppm의 우라늄의 지하에 묻혀 있는 지역도 존재하고 있다.
우라늄
우라늄(←)은 화학 원소로 원소 기호는 U(←), 원자 번호는 92인 은회색의 방사성 금속 원소이다. 모든 대형 상업용 원자력 발전소에서는 전기 에너지를 얻는 에너지원으로 우라늄을 쓰고 있다. 소프트볼 공만한 크기의 우라늄에서는 그 무게의 300만 배에 해당하는 석탄에서 나오는 것보다 더 많은 에너지를 얻을 수 있다. 또한, 우라늄은 일부 핵무기에 쓰여 엄청난 폭발력을 나타낸다.
우라늄-238
우라늄-238은 지각에 2.6ppm의 비율로 들어 있어 풍부한 동위체이다. 이는 주석보다도 더 풍부하다. 지구 초창기에 우라늄-238은 5.3ppm의 비율로 들어 있었다. 우라늄-235도 2ppm에 가까워 현재 우라늄-238에 거의 근접한 수치로 풍부했었다.
플루토늄 동위 원소
원자로에서 우라늄-235가 중성자를 먹고 우라늄-236이 된 후 이것이 중성자를 2개 흡수하여 생성된다.
플루토늄-238은 1kg당 567W의 에너지를 내뿜기 때문에 원자력 전지의 원료가 된다.
하지만 원자로내에서는 Pu와 Pu도 섞여 있기 때문에 반드시 분리해야 하며, 동위원소 분류법으로 분리되어야 되기 때문에 가격도 비싸므로 일반 원자로 재처리에서는 뽑아내지 않는다.
대신 실험용 원자로에서 플루토늄-238이 잘 생성될 수 있는 동위체인 우라늄-236이나 넵투늄-237을 우라늄-235와 섞어서 만든 연료를 태운후에 얻는다.
알루미늄
알루미늄은 산소(Oxygen)와 규소(Silicon) 다음으로 지구상에 많은 원소이다. 하지만 알루미늄의 비교적 큰 산화성 때문에 다른 금속에 비해 늦게 정제되었다. 금속의 반응성(산화성) 나열표를 보면, 마그네슘(Mg)>알루미늄>아연(Zn) 순서에 있다. 이러한 비교적 큰 반응성 때문에, 고대에는 산화 알루미늄(AlO)등의 산화물 형태로 존재했다가 전기 분해로 인한 정제 기술이 개발되면서 18세기 때 처음으로 순수하게 분리 되었다. 지구에 존재하는 원소 질량의 8.2%나 차지하는 알루미늄의 풍부함과 알루미늄의 순수 정제 가능으로 인해 이후 알루미늄의 사용은 급증하게 되었으며, 전성과 연성이 뛰어나고 전기 전도성이 좋아 고압 전선의 재료로 쓰이고, 광택의 우수함, 산화 피막 형성 등의 성질 등으로 인해 창틀 재료로 많이 쓰인다.
우라늄
그리고 가장 적은 비율을 차지하는 우라늄-234 원자는 0.0054%를 차지한다. 우라늄의 반감기는 매우 길고 안정적이다. 반감기는 우라늄-238의 경우 44억 6800만 년, 우라늄-235의 경우 7억 380만 년, 우라늄-234의 경우 24만 5000년이 걸린다. 그 밖에 인공적으로 만든 동위원소를 포함하면 질량수 217로부터 242까지 26종이 존재한다.
대한민국의 핵무기 개발
국내 최대 우라늄 분포 지역인 `대전-옥천-보은-금산 `에는 1억t 가량의 우라늄이 묻혀있는 것으로 추정되고 있지만 이 지역 우라늄 원광의 평균 품위 0.035%를 고려하면 개발시에 얻을 수 있는 천연 우라늄은 24,000 톤에 불과하다.
핵연료
대부분의 원자로에서 핵연료는 막대모양의 봉으로 되어 있으며, 여러 개의 핵연료봉을 묶어 핵연료집합체로 사용한다. 국내 가압경수로에서 쓰는 연료봉은 우라늄산화물인 이산화우라늄(UO)을 지름 약 8.5mm, 높이 11~14mm의 원통형의 소결체로 제조한 것을 지름 약 9.5mm, 길이 4m의 피복관에 장전시켜 사용한다. 피복관에는 약 380개의 소결체와 소결체의 움직임을 방지하는 스프링을 넣고, 연료봉 내를 헬륨기체로 충전한 후 봉단마개를 용접해 제조한다. 이러한 연료봉 230~270개를 다발로 묶어 정사각형 형태로 만든 것을 '핵연료집합체'라고 한다. 원자력발전소에서는 이러한 핵연료집합체를 원자로 1기당 150~210개 정도를 장전해 운전하게 된다. 핵연료집합체는 연료봉 외에도 안내관, 지지격자, 상하단고정체, 계기관 등으로 구성된다.
핵분열
핵분열(核分裂, nuclear fission, )은 보통 우라늄, 플루토늄같이 질량수가 큰 원자핵이 중성자와 충돌해 가벼운 원자핵 2개(핵분열 생성물)로 쪼개지는 핵반응의 한 유형이다. 1938년 독일 과학자 프리츠 슈트라스만과 오토 한의 실험으로 확인되었다. 이 실험에서 에너지가 낮은 중성자(열중성자)를 우라늄-235(^{235}_{92}U)에 충돌시키자 우라늄은 바륨과 크립톤으로 분열되며 그 과정에서 2~3개의 중성자와 함께 막대한 양의 에너지가 방출되는 현상이 관측되었다.
121
운비우늄(Ubu)의 원자번호
방사성 폐기물
미국의 규정에 따르면, 초우라늄 폐기물은 어디서 만들어졌는지 상관없이 알파선을 방출하고 반감기가 20년보다 긴 초우라늄 방사성 핵종에 오염된 폐기물을 말한다. 또한 이들은 고수준 폐기물은 제외하고 농도가 100nCi/g(nCi : 나노퀴리)보다 높아야 한다. ‘초우라늄’이라 함은 우라늄보다 원자번호가 큰 원소들을 말하는데, 이들의 긴 반감기 때문에 초우라늄 폐기물은 저준위 폐기물과 중준위 폐기물들보다 조심스럽게 처리된다.
우라늄
또한 순수한 235U에서는 1 g당 매초 약 0.0003개의 원자가 자발 핵분열을 일으키므로 일정량 이상 모이면 연쇄반응에 의해서 핵폭발이 일어난다. 이것을 이용한 것이 1945년 8월 6일 일본 히로시마에 투하된 최초의 원자폭탄이었다. 238U은 우라늄계열의 최초의 핵종으로 우라늄I(UI)라고도 하며 중성자를 많이 흡수하므로 연쇄반응올 억제할 수 있지만 그 결과 239U로 되어 239Np를 거쳐 239Pu로 변한다. 이 239Pu는 중요한 핵연료로 사용된다. 따라서 천연 우라늄 중 235와 238을 분리할 필요가 있게 되어, 제2차 세계대전 중 미국의 원자폭탄 제조계획에 의해서 모든 방법들이 검토되었다.
초우라늄 원소
원자 번호 1에서 92까지의 원소는 네 종류(Tc, Pm, At, Fr)를 제외하고는 지구 상에서 어렵지 않게 발견할 수 있다. 안정 원소이거나, 반감기가 긴 동위 원소가 있거나, 우라늄의 붕괴 생성물이다.
핵연료 주기
채광된 우라늄 광물은 일반적으로 제분 과정을 거쳐 균일한 크기의 가루가 되어 화학적 여과 과정을 거치게 된다. 정련과정을 거치게 되면 우라늄 광석은 노란색 가루로 변하는데, 이를 우라늄정광 혹은 옐로케이크라고 부르며, 우라늄 광석시장에 팔리게 된다.
영변 우라늄 농축 공장
코크란 박사는 고급기술일 경우 고농축 우라늄 2.5 kg이면 1 kt 핵분열탄을 제조할 수 있다고 본다. 북한은 수소폭탄을 개발했다고 주장하는데, 1 kt 1차 핵분열탄에 4 kt의 2차 수소 핵융합탄으로 구성된 수소폭탄이면, 5 kt의 수소폭탄 한발을 제조하는데 고농축 우라늄 2.5 kg이 필요하다. 북한이 고농축 우라늄 200 kg 정도를 매년 생산한다면, 5 kt의 수소폭탄 80발 분량을 의미한다. NUKEMAP이라는 핵폭탄 시뮬레이션 사이트에서는, 서울시청 상공에서 5 kt의 수소폭탄이 터질 경우, 사망자 5만명, 부상자 15만명으로 모두 20만명의 사상자가 발생한다고 예측한다.
우라늄 동위 원소
우라늄-238이 중성자를 하나 흡수하여 생성된다. 반감기가 23분으로 매우 짧아 즉시 넵투늄-239로 붕괴된다고 할 수 있다.
우라늄-238
우라늄-238(238U)은 자연계에 가장 풍부하게 존재하는 우라늄의 동위 원소이다. 천연 우라늄의 99.284%가 우라늄 238이다. 반감기는 1.41 × 1017 초((4.46 × 109년, 44.6억 년)이다.
이산화 우라늄
이산화 우라늄 (UO)는 우라늄의 산화물로, 우라늄(IV), 우래니아()라고도 부르며 천연 우라니나이트에서 얻을 수 있고, 검은 색의 결정 분말 형태로 방사능 물질이다. 연료봉으로 만들어 원자력 발전소에 핵 연료로 쓰인다. 이산화 우라늄은 이산화 플루토늄과 합쳐 혼합 산화물 연료로 만든다. 1960년대 이전에는 세라믹스 유약과 유리에 넣어 노란색과 검은 색을 내는데 쓰였다.
우라늄-235
당시 우라늄-235의 우라늄 광석의 함유 비율은 25%가 넘게 함유되어 있던 적도 있었기 때문에 그 자체로도 핵연료로 이용가능했었다.
또한 우라늄-235의 붕괴열은 초기 지구의 내부 지열에 상당히 기여했었다.
지금은 지각에 불과 19.5ppb밖에 함유되어 있지 않아 지구 초기랑 비교시 100분의 1 이상 줄어들었다.
자발 핵분열
우라늄-238의 자발 핵분열은 핵분열의 파편이 결정구조를 통해 나아감에 따라 우라늄을 가지고 있는 광물에 자국을 남긴다. 이러한 자국은 방사성 연대 측정법의 기본이 된다.실질적으로, 플루토늄-239는 생성시에 추가로 중성자를 흡수하려는 경향이 있으므로, 항상 일정량의 플루토늄-240을 포함하고 있다. 플루토늄-240의 높은 자발 핵분열 비율은 이를 부적절한 혼합물이게 한다. 무기로 사용할 만한 플루토늄은 7% 이하의 플루토늄-240을 포함해야 한다.
핵연료 주기
우라늄 광물을 찾는데는 지구물리학적 기술이 사용되는데, 이 기술을 이용해 우라늄 광맥을 평가하고 표본을 채취해 채산성을 파악, 결정하게 된다. 자연상태의 우라늄은 주로 2가지 동위원소로 구성되는데, U , U이 그것이다. 이 숫자는 각각의 동위원소의 원자량을 나타내거나, 원자핵상의 양성자, 중성자 개수를 합한 값이기도 하다. 천연 우라늄은 대략 99.28%의 U과 0.71%의 U로 구성되는데, 우라늄 235는 자유중성자와 충돌시 거의 항상 분열 되지만, 우라늄 238은 중성자를 흡수하고 우라늄 239로 변환된다. 이 우라늄 239는 자연적 방사능 붕괴로 인하여 플루토늄 239로 변하게 되는데, 이 플루토늄은 우라늄 235와 마찬가지로 분열되는 특징을 지니고 있다.
농축 우라늄
원자로의 형식에 따라 5% 또는 20% 정도의 저농축우라늄이나 90% 정도의 고농축우라늄이 사용된다. 원자폭탄에는 순도가 높은 우라늄-235(85% 이상)가 필요하다. 농축우라늄을 사용하면 흡수되어 버리는 중성자의 비율이 적어지므로 원자로 속의 다른 재료의 선택이나 설계가 쉬워진다.
원자 번호
이를 위해 모즐리는 X선 관에서 이동시킬 수 있는 양극 표적인 알루미늄("Z" = 13)부터 금("Z" = 79)까지의 원자가 방출하는 가장 안쪽 껍질(K과 L) 전자의 파장을 측정했다. 이러한 전자들(X선)의 진동수의 제곱근은 등차수열을 이루었다. 이를 통해 모즐리는 원자 번호와 계산된 원자핵의 전하, 즉 "Z"가 일치한다고 결론지었고, 이를 모즐리의 법칙이라고 한다. 거기에 모즐리는 당시 제대로 밝혀지지 않았던, 란타넘족 원소들이 15개(란타넘부터 루테튬까지)인 사실을 알아냈다.
타이타늄 동위 원소
타이타늄, 티타늄 또는 티탄(Ti)은 자연에서 5가지의 안정 동위 원소(Ti, Ti, Ti, Ti, Ti)로 구성되어 있으며, 이들 중 Ti이 73.8%로 가장 흔하게 존재한다. 이 밖에 원자량 38~63 사이에 21가지의 방사성 동위 원소가 발견되었으며, 가장 안정한 것은 반감기가 약 60년인 Ti, 반감기가 184.8분인 Ti, 반감기가 5.76분인 Ti 등이다. 이 밖의 방사성 동위 원소들의 반감기는 33초 이하이며, 대부분은 1초 이하이다. 원자량 48 미만인 동위 원소들은 주로 양의 베타 붕괴(β)를 통해 스칸듐 동위 원소로 붕괴하며, 원자량 48을 초과하는 동위 원소들은 주로 음의 베타 붕괴(β)를 통해 바나듐 동위 원소로 붕괴한다.
리제 마이트너
우라늄의 핵이 중성자를 얻어맞아 쪼개질 가능성은 이미 여러 해 전에 제기된 바 있고, 특히 이다 노다크는 1934년 "핵분열"이라는 말을 처음으로 사용했다. 하지만 한이 제공한 정보에 준경험적 질량공식을 적용하여 그 원자핵의 분열이 구체적으로 어떻게 일어나는 것인지에 관한 이론을 세운 것은 마이트너와 프리슈가 최초였다. 중성자를 맞은 우라늄 원자핵은 바륨과 크립톤으로 쪼개지는데, 이때 여러 개의 중성자와 대량의 에너지를 발생시킨다. 마이트너와 프리슈는 우라늄보다 원자번호가 큰(즉 무거운) 원소는 양성자가 너무 많아서 그 양성자들 사이의 척력이 강력을 초과하기 때문에 자연 상태에 안정적으로 존재할 수 없음을 밝혀냈다. 또한 핵분열 때 발생하는 대량의 에너지를 아인슈타인의 유명한 질량-에너지 등가 공식 E = mc로써 설명한 것도 마이트너와 프리슈가 최초였다.
1938년 12월 보어가 보낸 편지가 이런 착상을 가능케 했다. 보어는 우라늄에 중성자를 쏘았을 때 발생하는 에너지가 비핵분열성 핵에서 계산하여 예측한 바보다 훨씬 크다는 점을 언급했다. 그리고 마이트너와 프리슈가 이 발견이 온전히 화학적으로 설명될 수 있음을 입증한 것이다. 다만 본업이 화학자였던 한은 물리적 과정을 설명하기 위해 화학을 도구로 사용하는 것을 마뜩치 않아했다.
우라늄
바닥상태에서의 우라늄의 전자배치는 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d104p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s25f3 6d1이다.
칼리머-600
기존의 경수로에서는 천연 우라늄 1t 중 5kg만이 이용 가능했으나 350kg까지 이용할 수 있어 같은 양의 우라늄 자원에서 70배나 많은 에너지를 얻을 수 있다. 4세대 원전은 3세대 원전 보다 최대 300배 핵연료 효율을 높인다고 소개된다.
프랑슘
우라니나이트(피치블렌드)에 10-20 g의 프랑슘(1개의 우라늄 원자당 한 개의 원자)이 존재하는 것으로 추정된다. 악티늄이 붕괴하여 발생하며, 토륨(Th)에 양성자들을 충돌시켜 인공적으로 제조할 수도 있다. Ac의 딸 핵이자 가장 안정적인 동위원소인 Fr조차도 반감기가 22분인데, 이는 자연에 존재하는 원소 중 가장 불안정하다. 3~40여 종의 동위원소들이 알려져 있으나, 자연에 존재하는 것은 Fr뿐이며 지구 지각에 존재하는 양은 많아야 20-30g 이다.
알루미늄-27
알루미늄-27(Al)은 알루미늄 동위 원소의 일종으로, 원자핵은 양성자 13개와 중성자 14개로 구성되어 있고 원자 질량은 26.98153863이다. 알루미늄의 유일한 안정 동위 원소로, 우주선으로 인해 생성되는 극미량의 알루미늄-26(Al)을 제외하면 지구에서의 존재 비율은 거의 100%이다.
우라니나이트
우라니나이트는 우라늄의 주요 광물이다.
프랑슘
악티늄-227의 알파 붕괴로 극미량 생기는 방사성 원소이다. 우라늄 광석 1개에 들어 있는 프랑슘의 원자 수는 1×10 개의 우라늄 원자 중 1개 정도이다. 지구상에 존재하는 모든 프랑슘의 양은 계산 결과 최대 30 g 정도이며, 붕괴하여 아스타틴이 된다.
대한민국의 핵무기 개발
우라늄 광산이 존재하면, 우라늄 농축 시설만 갖추면 바로 핵무기 생산이 가능하다. 우라늄 핵폭탄은 핵실험이 필요없다고 알려져 있으며, 20 kt급인 히로시마급 핵폭탄의 경우에는 수십 회의 고폭실험만으로 만들 수 있다는 것이 파키스탄의 핵아버지 칸 박사의 주장이다.
우라늄
우라늄 중에서 우라늄-235는 원자력 발전소의 전기 생산 원료로 쓴다. 경수로에 쓰이는 우라늄의 농도는 3~5% 정도이다. 이것은 우라늄 농도가 너무 높으면 핵분열이 활발해져 연쇄반응이 일어나서 원자로가 폭발하는 것을 방지하기 위해서이다. 그래서 원자력 발전소에서 쓰는 우라늄은 95.5%가 우라늄-238이고, 나머지 4.5%는 우라늄-235이다. 핵폭탄에 쓰는 우라늄은 99%가 우라늄-235이고 1%가 우라늄-238이다.
운비닐륨
운비닐늄() 또는 에카-라듐은 미발견된 120번 원소의 이름이다. 원자 번호는 120, 원소 기호는 Ubn이다.
알칼리 토금속이다.
2003년에 러시아 합동핵연구소(JINR) 산하 플레로프 핵반응연구소(FLNR)에서 합성을 시도하였다.
보륨
보륨(←, )은 화학 원소로 기호는 Bh(←), 원자 번호는 107이다. 보륨은 가속기 속에서 납과 크로뮴이 원자핵 반응함으로써 생긴다. 체계적 원소 이름으로는 운닐셉튬(Unnilseptium, 기호 Uns)이었다. 덴마크의 물리학자 닐스 보어(Niels Bohr)를 기리기 위해 붙여졌다. 보륨의 동위원소들은 주로 분을 넘기지 못한다. 그러나 보륨274나 273은 반감기가 90분 정도로 매우 긴 편이다. 또한 보륨은 휘발성이 있는 인공원소이며, 옥시클로라이드 화합물을 생성한다. 금속의 성질은 레늄과 유사하다는 것을 알 수 있었다. 밀도는 37g/cm이다.
뢴트게늄
뢴트게늄(←, )은 화학 원소로 기호는 Rg(←), 원자 번호는 111이다. 11족인 인공 원소로, 반감기가 가장 긴 동위 원소는 원자량이 280이고, 반감기는 3.6초 이다. 질량은 280.154u이다.
우라늄
공기 중에서 가열하면 발화해서 산화우라늄(U3O8)이 된다. 할로젠, 황, 질소와도 직접 반응한다. 묽은 산에는 녹아 수소를 발생하며 4가(4+) 우라늄염으로 바뀌며, 질산에도 녹아 질산우라늄을 만든다. 알칼리 금속과는 반응하지 않으며 이온화 경향은 망가니즈와 아연의 중간이다. 화합물의 주원자가는 2+, 3+, 4+, 5+, 6+인데 4+가 가장 안정하고 6+가 그 다음이다. 우라늄 이온은 U2+, U3+ 등이 있다.
퀴륨
퀴륨(←) 또는 큐륨(←)은 화학 원소로 기호는 Cm(←), 원자 번호는 96이다.
퀴리 부부의 이름을 따서 붙여졌다. 실제로 퀴리 부부가 발견하지는 않았다.
플루토늄의 베타 붕괴
우라늄 레이저 농축법
6500만 달러(700억원)이라는 매우 싼 비용의 개발비와 10여년의 개발기간, 25명의 연구자가 동원되었다. 개발 책임자인 핵과학자 마이클 골드워시 박사는 새로 개발된 기술은 핵연료 비용의 30% 정도를 차지하는 우라늄 농축비용을 절반으로 줄일 수 있는 기술이라고 설명했다. 한국은 매년 4천억원어치의 우라늄 광석을 수입하며, 1천억원의 농축비용을 추가로 부담하고 있다. 호주의 기술은 농축비용을 500억원으로 줄일 수 있다는 설명이다.
CANDU
천연 우라늄은 많은 동위원소를 포함하고 있는데, 특히 U와 그보다 더 작은(우라늄 무게의 0.72%)무게를 차지하는 U로 대부분 구성되어 있다. U 는 약 1메가전자볼트보다 더 강한 중성자를 받아서 분열을 하게 되지만, 절대로 U는 임계를 일으키지 않지만, 몇몇 흡수된 중성자들이 분열 과정을 이끌어내게 된다. U은 이와 반대로, 지속된 연쇄반응을 이끌어내지만, 자연상태에서는 너무나 적게 분포된U 때문에, 천연 우라늄은 스스로 임계상태까지 오르지 못한다.
우라늄-235
우라늄-238과 분리하여 우라늄-235를 최소 60% 이상 농축하여야 하며 농축도가 좋아질수록 무기의 위력이 높아진다. 현재 핵무기의 우라늄-235의 농축비율은 90~99%의 비율을 보이고 있다.
운트리우늄
운트리우늄(Untriunium)은 미발견된 원소의 임시 이름으로 원소 기호는 Utu, 원자 번호는 131번이다.
이다 노다크
1925년 이다 다케와 훗날 그의 남편이 되는 발터 노다크는 물리 기술 연방 연구소에서 근무하면서 오토 베르와 함께 그 때까지 발견되지 않았던 원자 번호 75와 원자번호 43을 발견하였다고 발표하였다. 둘은 75에 대해 라늄, 43에 대해 만슈륨(Masurium)이라는 이름을 붇텼다. 학계 검토에서 원자 번호 75 라늄은 발견이 인정되었으나 원자 번호 43은 거절되었다. 원자 번호 43은 1937년 에밀리오 세그레와 카를로 페리에르가 핵분열 부산물에서 인공적으로 만들어진 것을 발견하였다. 이 원소는 오늘날 테크네튬으로 불린다. 원자 번호 43은 드미트리 멘델레예프가 주기율표를 발표하면서 예견하였던 원소로 핵물리학의 입자 발견 시기에 경쟁적으로 찾던 물질이다.
기장 수출용 신형 연구로
U-Mo 핵연료는 기존의 우라늄-실리콘 핵연료보다 우라늄 밀도가 높아 고농축 우라늄 대신 저농축 우라늄을 쓸 수 있다. 세계 최초로 개발된 U-Mo 분말은 단위 부피당 우라늄 밀도를 2배 가까이 높여 농축도 20% 이하의 저농축 우라늄으로도 고성능 효과를 낼 수 있다. 연구용 원자로의 핵연료 교체주기를 현재의 200일에서 300일로 50% 가량 늘릴 수 있다. 2017년 말까지 미국에서 성능시험을 끝낼 계획이다.
핵연료 주기
토륨연료주기가 이점이 있지만, 현재 대부분 핵연료에 사용하는 방사성 동위원소는 우라늄 235(U), 우라늄 238(U), 플루토늄 239(Pu)가 쓰인다. 몇몇 원자로의 보조 감속재로 쓰이는 토륨은 지각에서 우라늄보다 3배(U의 550배) 풍부하지만, 현재 탐사가 부족해 산출자원이 적다. 토륨은 특정국가, 특히 인도에서 우라늄보다 많이 분포한다.
우라늄
결국 플루오린화물인 육플루오린화 우라늄 UF6를 이용하여 그 기체에서 확산 속도의 차에 의한 물리적 방법이 채용되었다. 즉, 기체로 변화시킨 경우의 235UF6와 238UF6에서는 분자 1개의 무게가 1 % 정도 다르므로 많은 구멍을 뚫은 벽에 혼합기체를 흐르게 하면 가벼운 것이 다소 빨리 흐르게 되고 이것을 수없이 반복시킴으로써 농축시킬 수 있다. 또 232Th를 원자로 내에서 235U의 열중성자류에 접촉시키면 232Th로부터 233Pa을 거쳐 233U이 얻어지는데 이것은 235U나 239Pu와 같은 연쇄반응을 일으키므로 원자로 연료로 중요하다.
우라늄 동위 원소
반감기가 2342만년인 이 동위체는 이미 40억년전에 지구상에서 완전히 사라졌지만, 우라늄-235의 자발핵분열로 인해 생성된 중성자 활동으로 인해 새로 형성된 우라늄-236은 현재 자연계에서 발견되고 있다. 워낙 극미량이라 우라늄 동위 원소들 중 1조 3000억분의 1의 비율이지만 우라늄-235가 중성자를 하나 얻으면 생성되기 때문에 의미는 있다.
원자로에서도 대량 생산되는데 핵분열을 못해 핵폐기물로 분류된다. 그 다음 동위체인 우라늄-237도 핵분열 효율이 극히 낮으며, 넵투늄-237도 핵분열을 못한다. 또 다음 동위체인 238도 핵분열 효율이 극히 낮으므로 핵분열을 못한다고 볼 수 있기 때문에 우라늄-236은 핵폐기물로 분류되지만 중성자를 2개 흡수하면 원자력 전지의 연료인 플루토늄-238을 형성할 수 있기 때문에 우라늄-236의 일부는 플루토늄-238을 제조하는데 쓰인다.
농축 우라늄
농축하는 데는 막대한 전력과 비용이 들고 많은 천연우라늄이 허비된다. 우라늄의 농축이 곤란한 것은 우라늄-235와 우라늄-238의 화학적인 성질이 같기 때문에, 겨우 1.3%의 원자의 무게의 차이를 이용하여 물리적 방법으로 그것들을 분리하는 수밖에 없는 까닭이다. 그 방법으로는 다음과 같은 것이 있다.
원자력
원자력발전에서 주로 사용하는 핵분열 물질인 우라늄-235 1kg을 모두 핵분열시키면 약 2x10cal의 에너지가 나오며 이와 동일한 에너지를 발생시키기 위해 석유는 약 9,000드럼, 석탄은 약 3,000톤이 필요하다.
KSTAR
예를 들면, 한국의 4곳의 핵분열 원자력 발전소는 연간 750 톤의 농축 우라늄과 천연 우라늄을 사용해 전기를 생산한다. 이 750 톤의 우라늄 원료가 에너지로 바뀌는 과정에서 손실되는 질량을 E=mc²공식에 넣어 계산하면 연간 5㎏에 불과하다. 5㎏의 우라늄이 사라지면서 1년간 쓰는 전기 에너지로 변환된다.
반 (단위)
1 반은 매우 작은 넓이 단위로, 변의 길이가 1조분의 1 센티미터인 정사각형의 넓이와 같다.1 반은 우라늄 핵의 단면적과 거의 같다. 영명 은 원래 헛간을 뜻하는데, 이는 맨해튼 계획에서 내용을 비밀로 하기 위해 지어낸 임시 명칭이었다. 그러나 전후에도 계속 관용적으로 사용되어 오늘날에 이르렀다.
오클로 천연원자로
72년 프랑스 원자력청은 오클로 우라늄 광산의 시료를 검사하던중 오클로의 우라늄 광산이 선캄브리아 시대때 천연원자로로 가동했다는 사실을 공표하였다: 오클로 광산에서 캐낸 우라늄의 시료중에 다른 우라늄 시료보다 우라늄-235 함량이 낮은 시료가 있었던 것이었다. 처음에는 이 시료에 감손우라늄이 섞여들어갔을 것이란 추측을 하였지만, 시료의 동위원소를 분석한 결과 오클로지역의 시료에서 핵분열시 생기는 동위원소비율이 높다는걸 발견하였다. 연구를 진행하던 도중 지질학자들은 20억년전에 가동한 원자로 화석을 찾아내었다. 이 시기에 우라늄광석에 포함된 우라늄-235는 약 3%였으며, 물이 중성자 감속재역할을 했다는 사실이 밝혀졌다. 천연원자로에서 물로 인해서 중성자가 전달되어 임계가 일어나게 되는 것으로 밝혀졌으며, 임계반응이 가속화되어 연쇄반응이 격해졌을때는 연쇄반응으로 생긴 열로 인해서 물이 증발, 임계반응이 정지되었는 것으로 밝혀졌다.
우라늄 동위 원소
천연 동위 원소로 자연계에 가장 많이 존재하는데 반감기가 44억 6800만년이나 되기 때문이다. 태양계의 역사보다 1억 400만년 짧은 반감기를 가지고 있기 때문에 태초의 우라늄-238의 양과 비교하면 아직도 49%나 남아있다. 우라늄-238은 우라늄 동위체의 99.28%나 존재하며 핵연료의 희석제로 쓰인다. 고속중성자(자원중성자)를 이용하면 많은 비율을 플루토늄-239로 바꿀 수 있기 때문에 기대되는 동위체이다. 열중성자로에서도 많은 양의 우라늄-238이 중성자를 흡수하여 대량의 플루토늄-239를 형성하고 실제로 원자로의 에너지의 26%는 플루토늄-239의 핵분열로 생성된다.
핵연료
가압수형 원자로의 연료는 실린더형 연료봉이 묶여진 형태이다. 산화 우라늄은 세라믹 형태로 연료펠릿에 들어있으며, 이 연료펠릿은 지르코늄 합금으로 만든 피복재에 들어가게 된후, 묶여지게 된다. 지르코늄 합금 튜브는 지름 1cm에 연료 피복 뚜껑은 헬륨으로 채워져 있어, 연료에서 발생되는 열이 피복재로 가는 전도율을 높여주는 역할과 더불어 펠릿과 피복재의 상호작용을 최소화 시켜준다. 보통 하나의 연료 집합체엔 179~264개의 연료봉이 들어가며, 원자로 노심 하나에는 121개에서 193개의 연료 집합체가 들어가게 된다. 일반적으로 연료 집합체의 경우 14x14혹은 17x17의 형태로 제작되며, 연료 집합체의 길이는 약 4미터 정도이다. 가압수형 원자로의 연료 집합체의 경우엔 제어봉이 위에서 연료집합체로 바로 내려오게 된다. 산화 우라늄은 피복되기 전에 건조되는데, 이는 세라믹 연료에 있는 습기가 부식을 일으키거나, 피복재를 연하게 만들수 있기 때문이다.
이산화 우라늄
이산화 우라늄은 반도체로서 전기 전도도는 온도가 상승함에 따라 지수 함수적으로 증가하며, 열전도도는 0.02 ~ 0.10 W/cmsec°C 로 온도상승에 따라 감소한다. 융점은 약 2,850 °C이며, 증기압은 1,700 °C 근방에서 현저하게 증가하여 융점에서 100mmHg에 이른다. 매우 작은 입자로 이루어진 분말은 상온에서 공기 중의 산소와 반응하여 UO(X=0.00 ~ 0.33)가 되지만 소결체는 비교적 안정적이다. 공기중이나 산소 분위기에서 온도를 올리면 약 400 °C 이하에서는 UO(UO)로 산화되며, 그 이상이면 UO을 형성하여 발열한다. 원자로에서 사용되는 조성은 UO ~ UO 이며 피복관과의 양립성은 양호하다. 이산화 플로토늄과는 고용(固溶)성을 갖는다.
우라늄 동위 원소
반감기는 24만 5천년이며, 자연계에 미량 존재하며 우라늄-238의 붕괴로 생성된다. 토륨 원전의 핵심이며 Pa-233이 중성자를 하나 얻어 생성된다. Pa-233의 반감기가 26.975일이나 되어 U-233으로 붕괴하기도 전에 중성자를 흡수하여 25~27% 이상의 비율이 U-234로 변환되어 토륨 원전의 중성자가 부족하게 되는 원인이 된다. 따라서 중성자를 추가로 공급해주어야 한다.
우라늄정광
처음에는, 우라늄염에서 만들어진 화합물이 밝혀지지 않았었다; 1970년, 미 광산국은 우라늄염을 평삭 공정으로 생기는 최종적인 침전물이며 중우라늄산 암모늄 또는 중우라늄산 나트륨 등으로 지칭하였다. 구성은 여과 과정과 침전물 생성 조건에 따라 다르게 나타났다. 우라늄염 속에서 밝혀진 화합물로는 수산화우라늄, 황화우라늄, 그리고 과산화우라늄 등의 다양한 산화우라늄들이 있다. 현대의 우라늄염은 일반적으로 팔산화 삼중우라늄(UO)이 질량의 70~90퍼센트를 차지한다. 이산화우라늄(UO)이나 삼산화우라늄(UO) 같은 다른 산화물도 존재한다.
우라늄염은 원자로를 위한 연료의 준비에 사용되며, 그 과정을 위해 우라늄염은 순수 UO로 가공되어 가압중수형 원자로(PHWR)를 위한 연료봉이나 천연 우라늄을 사용하는 다른 시스템에 사용된다. 또한 우라늄염은 기체 확산을 사용한 동위원소 분리법 또는 기체 원심 분리법으로, 또는 육플루오르화 우라늄으로 전환하는 방법을 사용해 농축시켜 무기 제작이나 원자로 사용에 적합한 우라늄을 만들어낼 수 있다.
우라늄-235
우라늄-235는 자연계에 존재하는 우라늄의 방사성 동위 원소이다. 
반감기는 7억 380만년이며, 양성자 92개 중성자 143개로 구성되어 있다. 자연계에 존재하는 우라늄의 동위 원소들 중 유일하게 열 중성자 핵분열이 될 수 있는 핵분열성 동위체이다.
우라늄 동위 원소
자연계에 존재하는 우라늄(U)의 동위 원소는 원자량 234, 235, 238이 존재한다.
나머지는 인공적으로 만들어지는 동위원소들이다.
극미량이 토륨과 우라늄-235, 238의 자발적 핵분열로 U-233, U-236, U-237, U-239, U-240가 생성되어 자연계에 존재하기는 하지만 극미량이라 무시된다.
얼마나 극미량이냐면 반감기가 긴 U-236도 1조 3천억분의 1의 양이 우라늄 광석에 함유되어 있으며 U-235의 자발핵분열로 인해 생성된 중성자를 U-235원자가 중성자 한개를 흡수함으로써 생성된다. (순수 천연 우라늄 1kg에 1조 9천억개의 우라늄-236 원자가 들어있다는 뜻)
U-233은 토륨-232의 자발핵분열로 인해 생성된 중성자를 토륨-232가 1개 흡수함으로써 생성된다. 나머지 U-237과 U-239도 그런식으로 극미량 존재한다.
U-240은 극미량 존재 동위 원소인 Pu-244의 알파붕괴로 생성, Pu-244는 반감기가 8000만년이나 되기 때문에 자연계에 극미량 존재한다. 하지만 U-240의 반감기가 매우 짧아서 초극미량이라 관측되지는 않았지만 Pu-244가 극미량 존재하므로 분명히 U-240도 자연계에 극미량 존재했다가 사라졌다 극미량 존재했다 사라졌다를 반복하고 있다.
우라늄-238
미래에 우라늄-235의 반감기가 매우 짧기 때문에 우라늄-238이 100% 남게 될 것이다. 과거에는 우라늄-235와 236도 많이 있었지만 반감기가 짧아 236은 이미 42억년전에 사라져 현재는 자발핵분열로 인해 튀어나온 중성자로 생성된 극미량만 남아있고 우라늄-235도 0.72%밖에 남아 있지 않다.
우라늄-238
우라늄-238은 자발 핵분열 비율과 알파 붕괴의 비율이 180만대 1의 비율을 나타내고 있지만 반감기가 매우 길다. 이러한 특성으로 우라늄-238은 임계질량이 존재하지 않는다. 역시 우라늄-236도 마찬가지이다.
프로젝트 23000E
우라늄-235 20% 농도인 저농축우라늄(LEU)를 핵연료를 사용하는 프랑스의 K15 원자로는 핵연료 재장전 주기가 10년인데, 러시아는 이보다 3년 짧다.
로렌슘
로렌슘(←, )은 화학 원소로 기호는 Lr(←), 원자 번호는 103이다. 짧은 반감기를 가지는 방사성 초우라늄 악티늄족 원소로 캘리포늄에 붕소이온을 부딪쳐서 만들었다...고 생각했지만 사실 이 물질은 동위체(258,259)의 혼합물이었다고 전해진다. 
이 물질은 연구용 용도에 한정되며, 연구용의 것은 더 값싸게 얻을 수 있는 아메리슘에 산소 원자핵을 쪼이는 방법을 채택한다.