1952년 美수소폭탄 실험 후 낙진 속에서 처음 발견
자연에서 존재시간 짧은 초방사성 원소...성질 규명 어려워
연구용 원자로 이용해 Es 결합거리와 결합 구조 첫 규명

‘수-헬-리-베-붕-탄-질-산-플-네-나….’

중·고등학교에서 처음 화학이라는 과목을 배울 때 선생님들은 가장 먼저 ‘원소 주기율표’를 외우도록 합니다. 왜 암기해야 하는지도 모른 채 외우다 보니 많은 사람들이 화학은 암기과목이고 재미없는 학문이라는 잘못된 고정관념을 갖게 됩니다.

1896년 러시아 화학자 드미트리 멘델레예프가 당시 알려진 30여개의 원소를 원자량과 원소 성질에 따라 배치해 주기율표를 만들었습니다. 멘델레예프의 주기율표는 아직 발견되지 않은 원소들의 원자량과 성질을 정확하게 예측할 수 있게 해 줬습니다. 화학을 연금술 수준에서 벗어나 예측 가능한 학문으로 만들고 지난 20세기를 ‘화학의 세기’가 되도록 한 것도 주기율표 덕분입니다.

●핵실험서 극미량 생성되는 초방사성 원소

실제로 화학자와 물리학자들은 주기율표로 알려져 있는 원소들의 새로운 성질을 연구하거나 미지의 원소들을 찾아나섭니다. 미국 로런스 버클리 국립연구소 화학부, 분자주조(Molecular Foundry)부, 캘리포니아 버클리대 핵공학과, 로스알라모스 국립연구소, 조지워싱턴대 화학과 공동연구팀은 주기율표 끄트머리 부분에 있는 원자번호 99번 ‘아인슈타이늄’(Es)의 결합거리와 복합구조를 관찰하는 데 최초로 성공했습니다. 이번 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처’ 2월 4일자에 실렸습니다.

아인슈타이늄은 원소번호 89번 악티늄(Ac)부터 103번 로렌슘(Lr)이 배치된 악티늄족 원소입니다. 악티늄족 원소는 모두 반감기를 갖고 붕괴하는 방사성 원소들입니다. 아인슈타이늄은 1952년 11월 초 미국이 태평양 한가운데 마셜제도에서 수소폭탄 실험을 하고 한 달 뒤 낙진 속에서 100번 원소 페르뮴(Fm)과 함께 발견됐습니다. 수소폭탄 실험에서 발견된 원소다 보니 아인슈타이늄 발견은 군사기밀로 다뤄지다가 1955년이 돼서야 공개됐습니다.

초방사성 원소라고 불리는 아인슈타이늄은 은백색 금속원소로 자연에서는 존재하지 않고 핵실험이나 고출력 원자로에서나 극미량으로 만들어집니다. 자연에서 존재하는 시간이 지나치게 짧다 보니 기초과학 연구 이외에는 활용처를 찾지 못하고 있지만 암 치료에 사용될 가능성이 있는 것으로 평가받고 있습니다.

●새 치료제나 원자력 기술 개발 도움 기대

연구팀은 오크리지국립연구소의 연구용원자로 ‘HFIR’을 이용해 순수한 아인슈타이늄을 만들어 결합거리를 측정하는 데 성공한 것입니다. 아인슈타이늄은 발견된 지는 오래됐지만 밝혀진 것이 거의 없고 이를 이용해 활용하는 데도 어려움을 겪는 것은 어떤 화학반응을 일으킬 수 있는지 제대로 이해하지 못했기 때문입니다. 이번 결합거리 측정의 성공은 다른 악티늄족 원소들의 특성도 예측할 수 있을 뿐만 아니라 아인슈타이늄이 다른 분자와 어떻게 결합시킬 수 있는가를 이해할 수 있게 해 주는 만큼 새로운 방사성 치료제나 원자력기술 개발에도 도움을 받을 수 있을 것으로 기대되고 있습니다.

어쩌면 이번 연구는 보통 사람의 시선으로 보기에는 그저 과학자들의 호기심이나 충족시키는 쓸데없는 짓처럼 보일 수도 있습니다. 그렇지만 우리처럼 항상 과학에서 실용성이나 당장 써먹을 수 있는 것에만 관심을 갖다 보면 과학 선도국은커녕 매년 10월 다른 나라 과학자들이 노벨과학상 수상을 하는 것을 지켜만 봐야 할 것입니다.

edmondy@seoul.co.kr