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미군 군사기밀이었던 99번째 원소 아인슈타이늄이 70년 만에 사상 최초로 관측되었습니다.
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– Chapter
0:00 아인슈타이늄
0:58 연구과정과 결과
2:55 연구의의
4:02 기초과학
– 내용출처:
1. Korey P. Carter et al, “Structural and spectroscopic characterization of an einsteinium complex”, nature, 2021 (doi.org/10.1038/s41586-020-03179-3)
2. Julie Chao, “Discoveries at the Edge of the Periodic Table: First Ever Measurements of Einsteinium”, Berkeley Lab, 2021
3. 유용하, “베일 벗은 99번 원소 아인슈타이늄”, 서울신문, 2021
4. LG케미토피아, “원소로 보는 화학사 Vol.072, 원자번호 99번 아인슈타이늄을 소개합니다”, 2020
5. 이강봉, “아인슈타이늄의 베일이 벗겨졌다”, The Science Times, 2021
6. Ki-Yong Kim et al, “X-ray Absorption Spectroscopy Study of Nd-doped Bi4Ti3O12 Dielectrics”, New Physics: Sae Mulli, 2015 (doi.org/10.3938/NPSM.66.26)
7. 박주현, “NEXAFS를 이용한 유기고분자 분석”, Polymer Science and Technology, 2009
– BGM: Juggernaut by Kevin Graham
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아인슈타이늄 – 나무위키
석영관 속에서 붕괴하며 빛을 내는 아인슈타이늄-253. … 악티늄족 원소의 일종으로, 원자번호 99번. 이름의 유래는 말할 것도 없이 20세기 최고의 물리학 …
Source: namu.wiki
Date Published: 5/6/2022
View: 1879
아인슈타이늄 – 위키백과, 우리 모두의 백과사전
동위원소 아인슈타이늄-253을 가지고 연구한 결과 이것은 화학적 성질의 전형적인 무거운 3가이며, 악티늄계열의 원소이다. 아인슈타이늄은 99개의 양성자와, 99개의 전자, …
Source: ko.wikipedia.org
Date Published: 5/19/2022
View: 1307
아인슈타이늄의 베일이 벗겨졌다 – 사이언스타임즈
아인슈타이늄은 1952년 11월 미국에서 있었던 수소폭탄 실험 생성물 속에서 발견된 원소다. 99개의 양성자와 99개의 전자를 가지고 있으면서 화학원소 …
Source: www.sciencetimes.co.kr
Date Published: 5/24/2022
View: 6426
원소로 보는 화학사 Vol.072, 원자번호 99번 ‘아인슈타이늄’을 …
아인슈타이늄(Einsteinium)은 원자번호 99번의 원소로, 원소 기호는 Es로, 강한 방사선을 내는 은백색 방사성 금속 원소입니다. 아인슈타이늄은 다른 …
Source: blog.lgchem.com
Date Published: 11/20/2021
View: 3920
아인슈타이늄 – 원소 주기율표
아인슈타이늄은 악티늄족의 첫 번째 2가 금속이다. … 아인슈타이늄은 아이비 마이크 핵실험의 낙진에서 처음 발견되었다. … 아인슈타이늄은 주로 과학 연구 목적으로 이용 …
Source: ko.periodic-table.io
Date Published: 3/17/2022
View: 3506
신비스러운 원소 아인슈타이늄(Es;Einsteinium)에 대한 새로운 …
무엇보다도 수소 폭탄 폭발과 중성자와 함께 강한 방사성 핵의 폭격으로 형성된다. … Einsteinium은 Eniwetok Atoll에서 폭발한 ‘Ivy Mike’ 수소 폭탄의 …
Source: thescienceplus.com
Date Published: 3/28/2022
View: 1439
[케뉴-원소 이야기] 그의 이름을 딴 원소, 아인슈타이늄(Es)
1961년 아인슈타이늄의 거시적 양을 분리하기에 충분한 양이 생산되었으며 이 샘플의 무게는 약 0.01µg이며 특수 자기식 저울을 사용하여 측정되었다.
Source: www.chemicalnews.co.kr
Date Published: 7/7/2022
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주제에 대한 기사 평가 아인 슈타이 늄
- Author: 에스오디 SOD
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- Date Published: 2021. 3. 15.
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위키백과, 우리 모두의 백과사전
아인슈타이늄(문화어: 아인슈타이니움←영어: Einsteinium 아인스타이니엄[*] , 독일어: Einsteinium 아인슈타이니움[*] ), 아인시타이늄은 화학 원소로 기호는 Es(←라틴어: Einsteinium 에인스테이니움[*] ), 원자 번호는 99이다.
금속의 높은 방사성 초우라늄 원소인 아인슈타이늄은 플루토늄에 중성자 충격을 주어서 만들어지며 수소폭탄 테스트의 잔해물에서 발견되었다. 이것은 물리학자 알베르트 아인슈타인의 이름을 따라 지어졌고 특별한 사용에 대해서는 알려지지 않았다.
동위원소 아인슈타이늄-253을 가지고 연구한 결과 이것은 화학적 성질의 전형적인 무거운 3가이며, 악티늄계열의 원소이다. 아인슈타이늄은 99개의 양성자와, 99개의 전자, 153개의 중성자를 가지고 있다. 그 외에 현재까지 모습을 볼 수 있는 원소 중 원자 번호가 가장 큰 원소다.
아인슈타이늄의 베일이 벗겨졌다 – Sciencetimes
아인슈타이늄은 1952년 11월 미국에서 있었던 수소폭탄 실험 생성물 속에서 발견된 원소다.
99개의 양성자와 99개의 전자를 가지고 있으면서 화학원소 주기율표 아랫부분 캘리포늄과 페르뮴 사이에 모호하게 자리를 잡고 있는데 원소기호는 Es이다.
앨버트 아인슈타인을 기념해 아인슈타이늄(einsteinium)이라고 명명했지만 아인슈타인과는 전혀 관계가 없다. 특수 원자로에서 극히 소량만 생산할 수 있는 만큼 사용처도 적었고 과학자들 역시 그 특성을 밝혀내지 못하고 있었다.
무거운 원소 연구의 르네상스 열려
그러나 최근 과학자들이 베일에 가려져 있던 아인슈타이늄의 비밀을 밝혀내고 있다.
이 일을 수행하고 있는 사람들은 미국 로렌스 버클리 국립연구소의 중원소 화학그룹을 이끌고 있는 레베카 아버젤(Rebecca J. Abergel) 박사 연구팀이다.
8일 ‘뉴욕타임스’에 따르면 아버젤 박사 연구팀은 원소조차 구하기 힘든 상황에서 어려움을 극복하고 연구에 성공했다. 논문은 지난주 ‘네이처’ 지에 게재됐는데 제목은 ‘Structural and spectroscopic characterization of an einsteinium complex’이다.
논문을 접한 로스앨러모스 국립연구소의 데이비드 클락(David L. Clark) 박사는 “연구팀이 절묘한 역작(tour de force)을 창출했다”며, “(가벼운 원소와) 다른 특성을 가진 이런 무거운 원소 연구에서 르네상스가 열렸다.”고 격찬했다.
클락 박사는 또 “(아인슈타이늄과 같은) 무거운 원소들을 새로운 원자로나 암 치료에 사용할 수 있다.”고 설명했다.
연구팀은 논문을 통해 무거운 원소들의 특성을 파악하는 것이 희소성과 방사능으로 인해 제한돼왔으며, 특히 주기율표에서 가장 무거운 그룹에 속해 있는 아인슈타이늄(Es)의 경우는 더 큰 제한을 받아왔다고 말했다.
연구에 사용한 것은 200 나노그램 미만의 254Es(반감기 275.7일)이다. 이를 통해 아인슈타이늄의 결합거리를 결정하는 분광 및 구조 연구를 진행할 수 있었다고 밝혔다.
새로운 사실도 밝혀냈다. 아인슈타이늄보다 낮은 원자번호의 악티나이드 원소에서 관찰되지 않았던 금속 착물에 대한 변색, 단일 전자 궤도 운동량과 스핀이 결합돼 전체 운동량을 형성하는 과정 등을 분석할 수 있었다고 밝혔다.
연구팀은 논문을 통해 “이번 연구가 이전의 악티나이드 복합화 연구 결과를 보완해 악티나이드 요소의 비정상적인 동작을 계속 연구해야 할 필요성을 강조하고 있다.”며, 이번 연구의 중요성을 강조했다.
주기율표의 놀라운 구조‧결합 원리 나타내
아인슈타이늄에 대한 연구 과정은 시련의 연속이었다.
아버젤 박사는 그동안의 연구 및 논문 작성 과정에 대해 ‘장기간 이어진 일련의 불행한 사건의 연속’이라고 설명했다.
수년 전부터 아버젤 박사는 최초의 원자폭탄 실험에 사용된 우라늄을 생산한 오크리지 국립연구소로부터 아인슈타이늄을 얻을 기회를 기다리고 있었다. 2019년 첫 번째 기회를 놓친 상황에서 포기하지 않고 기다린 결과 250 나노그램의 아인슈타이늄을 손에 넣었다.
이는 2500억 분의 일 그램도 되지 않는 양이었는데 심각하게도 이 미량의 원소가 주기율표 이웃에 있는 캘리포늄으로 심하게 오염돼 있었다. 연구팀은 오염을 해소하기 위해 X-선을 사용했는데 이로 인해 원소에 충격을 주어 초기 계획이 좌절되는 아픔을 겪었다.
이런 과정들을 통해 많은 시간이 소요되고 있었고, 매월 약 7%의 아인슈타이늄 원자가 사라지고 있었다.
이런 문제를 해소하기 위해 연구팀은 원자를 8개 위치에 결합시키는 발톱 모양을 한 큰 분자구조를 만들었다. 이 구조를 연구하기 위해 SLAC 국립 가속기연구소에 있는 또 다른 연구센터를 이용해야 했는데 샘플이 너무 산성이어서 용기가 고장 나는 어려움을 겪었다.
우여곡절 끝에 원자폭탄의 발상지인 로스앨러모스 국립연구소에서 연구를 위한 새로운 용기를 설계했고 마침내 실험을 진행할 수 있었다.
연구팀은 분자 집게에 들어 있는 8개의 원자 사이의 길이를 측정했는데 2.38 옹스트롬이었다고 밝혔다. 당초 2.42 혹은 2.43 옹스트롬을 예상하고 있었지만 통계적으로 유의미한 차이가 발생했다.
과학자들은 이번 연구 결과로 아인슈타이늄에 대해 놀라운 통찰력을 갖게 됐다고 기뻐하고 있다. 로스앨러모스 연구소의 클락 박사는 “이런 특성들이 주기율표에서 놀라운 구조와 결합의 원리를 가르쳐주고 있다.”고 말했다.
현재 악티늄은 암 치료제로 시험되고 있는 중이다. 그러나 이 중원소의 구조가 잘 이해되지 않아 이를 포함하는 분자를 설계하기가 어려운 상황이다. 이번 아인슈타이늄 연구는 향후 중원소의 특성을 이해하고 습득하는데 큰 도움을 줄 수 있을 것으로 기대되고 있다.
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원소로 보는 화학사 Vol.072, 원자번호 99번 ‘아인슈타이늄’을 소개합니다.
지난 시간에는 산에 녹지 않는 금속으로 인공뼈와 전해콘덴서에 쓰이는 원소 ‘탄탈럼(Ta, 원자번호 73번)’에 대한 이야기를 들려 드렸습니다. 이번 시간에는 천재 과학자 알베르트 아인슈타인의 이름을 딴 ‘아인슈타이늄(Es, 원자번호99번)’에 대한 이야기를 준비했습니다.
원자번호 99번 ‘아인슈타이늄(Es)’을 소개합니다.
아인슈타이늄(Einsteinium)은 원자번호 99번의 원소로, 원소 기호는 Es로, 강한 방사선을 내는 은백색 방사성 금속 원소입니다. 아인슈타이늄은 다른 악티늄족 원소들과 마찬가지로 비교적 화학 반응성이 큽니다. 산소, 수증기, 산과 잘 반응하고 알칼리와는 반응하지 않습니다. 아인슈타이늄은 자연계에는 존재하거나 생성되지 않고 과학연구실, 고출력 원자로 또는 핵무기 실험에서 극미량 만들어져 수년간 존재합니다.
‘아인슈타이늄’의 발견과 원소명의 유래
아인슈타이늄은 현대 이론 물리학에 수많은 업적을 남기고 원자 폭탄 연구에도 크게 기여한 물리학자 알버트 아인슈타인(Albert Einstein, 1879-1955)을 기념한 원소입니다. 그러나 아인슈타인의 연구 업적이나 내용과는 직접적인 관련은 없습니다.
아인슈타이늄은 1952년 미국 수소 폭탄 실험의 낙진에서 우연히 검출되었습니다. 미국 캘리포니아 대학 버클리 캠퍼스 알버트 기오르소(Albert Ghiorso, 1915~2010)가 이끄는 연구팀은 태평양상의 에니위톡에서 수소폭탄을 실험했습니다. 이로부터 한 달 뒤 방사성 낙진 속에서 페르뮴과 아인슈타이늄이 발견되었습니다. 당시 미국은 비밀리에 수소폭탄 실험 중 발견된 아인슈타이늄에 관한 내용을 군사기밀로 다루고 있었기 때문에 발견 당시보다 3년 늦은 1955년이 되어서 이 원소에 대한 내용을 공표했습니다.
‘아인슈타이늄’은 어디에 사용될까요?
아인슈타이늄은 모두 방사성 붕괴되어 자연계에서는 발견할 수 없습니다. 또, 생산량이 극히 적고 수명이 짧아 현재로는 실용적인 용도는 없으며, 보다 무거운 인공원소들의 합성에 쓰이는 등 기초과학적 연구에만 이용됩니다. 매우 강한 방사선을 내 아주 위험하기 때문에 취급 시 주의가 필요합니다.
수소폭탄 실험의 재에서 발견되어 천재 과학자의 이름을 갖게 된 ‘아인슈타이늄(Es, 원자번호99번)’. 아직 실용적 용도는 없으나 방사성을 활용한 암치료에 사용될 가능성을 지닌 원소로 평가 받고 있습니다. 다음 이 시간에는 현재 주기율표의 마지막 원소 ‘오네가손(Og, 원자번호 118번)에 대한 이야기로 돌아오겠습니다.
<내용 출처> 누구나 쉽게 배우는 원소 (그림으로 배우는 118종 원소 이야기) /원소가 뭐길래 (일상 속 흥미진진한 화학 이야기) / Big Questions 118 원소 (사진으로 공감하는 원소의 모든 것)
원소 주기율표
역사
아인슈타이늄은 1952년 최초의 수소폭탄 폭발 실험의 잔해에서 발견되었다.
캘리포니아 대학의 앨버트 기오르소와 그의 동료는 아르곤(Argonne)과 로스앨러모스 국립연구소의 협조로 아이비 마이크(Ivy Mike, 수소폭탄 실험의 암호명) 핵실험의 잔해에서 이 원소를 발견하였다.
이 새로운 원소는 우라늄-238에 15개의 중성자를 추가하는 핵폭발에 의해 매우 극소량이 만들어졌다.
신비스러운 원소 아인슈타이늄(Es;Einsteinium)에 대한 새로운 통찰
신비스러운 원소 아인슈타이늄(Es;Einsteinium)에 대한 새로운 통찰
원자번호 99는 주기율표의 이웃과 다르게 반응한다.
방사능 많고, 수명이 짧아 희귀 :
아인슈타이늄 원소는 파악하려고 하면 주기율표의 이웃 원소와 다르게 행동한다.
이 악티나이드는 생성이 극히 어렵기 때문이다. 최근 미국 연구원들은 결합 길이와 발광을 테스트하기에 충분한 양을 생성했다. 이것들은 원소 99가 무엇보다도 그 에너지적인 행동에서 특이하다는 것을 확인시켜준다.
▲ 아인슈타이늄 원소는 방사능이 너무 커서 강렬하게 빛난다. © RG Haire, ORNL / DOE
아인슈타이늄은 주기율표에서 가장 적게 탐색된 무거운 원소 중 하나다.
원자 번호 99의 악티나이드는 방사성이 높고 아주 적은 양으로만 생성되기 때문이다.
▲ 1952년 10월 31일 수소 폭탄 “아이비 마이크(Ivy Mike)”의 폭발. Einsteinium은 낙진에서 처음 발견됐다. © US Department of Energy
▲ 약 300 마이크로 그램 Es-253이 들어 있는 석영 앰플(직경 9mm). 빛은 강한 방사능에 의해 만들어진다. (흑백 사진) Source:Haire, Richard G. (2006). “Einsteinium”. In Morss; Edelstein, Norman M.; Fuger, Jean. The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements (3rd ed.). Dordrecht, The Netherlands: Springer Science+Business Media. ISBN 1-4020-3555-1. p. 1580
전 세계적으로 이 원소는 몇 나노 그램에 불과하다. 이것은 무엇보다도 합성에 필요한 극한 조건 때문이다. 무엇보다도 수소 폭탄 폭발과 중성자와 함께 강한 방사성 핵의 폭격으로 형성된다.Einsteinium은 Eniwetok Atoll에서 폭발한 ‘Ivy Mike’ 수소 폭탄의 낙진으로 1952년에 발견됐지만 그 속성의 대부분은 부분적으로만 탐구됐다. 여기에는 내부 구조, 전자 궤도의 동작 및 이와 관련된 결합 동작이 포함된다. 이 원소는 5f 쉘에 11개의 전자가 있는 것으로 알려져 있다. 이들 중 어느 것이 결합에 참여하는지는 몇 가지 반응 파트너에 대해서만 확인됐다.”예를 들어, 아인슈타이늄에서 어떤 산화 상태가 안정적인지 명확하지 않다”고 Lawrence Berkeley National Laboratory의 코레이 카터(Korey Carter)와 그의 팀은 설명한다.“그 다음에는 +3 상태를 선호하는 큐리윰(curium), 베르켈리윰(berkelium) 및 캘리포늄(californium)과 같은 악티늄족이 뒤따른다. 그러나 페르뮴, 멘델레븀 및 노벨륨과 같은 후속 이웃은 점점 +2 산화 상태를 나타낸다. 아인슈타이늄의 결합 길이도 지금까지 알려지지 않았다.”최근 Carter와 그의 팀은 이 원소의 결합 길이를 측정하기에 충분한 아인슈타이늄을 생성시키는 데 처음으로 성공했다. 이를 위해 그들은 테네시의 Oak Ridge National Laboratory에 있는 특수 원자로에서 중성자로 악티노이드 큐리윰을 쏘았다. 캘리포늄 외에도 소량의 아인 슈타이늄 동위 원소 Es-254가 형성되었다.거의 200 나노 그램의 물질을 추출한 후 연구원들은 귀중한 원소가 금속과 발광 복합체를 생성하는 분자인 유기 착화제와 반응하도록 허용했다. 발광 분광법과 X선 분광법의 도움으로 그들은 이 복합체의 구조와 아인슈타이늄의 결합 길이를 결정하는 데 처음으로 성공했다.카터의 동료 레베카 아버겔(Rebecca Abergel)은 “그렇게 적은 양의 재료로 작업하고 무기 화학을 수행 할 수 있다는 것이 놀랍다”고 말했다.분석 결과 :이 복합 화합물의 아인슈타이늄은 +3 산화 상태를 가진다.가장 가까운 산소 원자에 대한 결합 길이는 0.238 나노 미터이고 탄소 및 질소 결합은 0.34 나노 미터다. “이러한 결합 길이를 결정하는 것은 그다지 흥미롭지 않을 수 있지만 금속이 다른 분자와 반응 할 때 가장 먼저 알고 싶은 것”이라고 Abergel은 설명했다.그러나 예상치 못한 발견도 있었다.아인슈타이늄은 복잡한 형성 중에 악티노이드에서 전혀 관찰되지 않은 방식으로 스펙트럼을 바꾼다. 카터와 그의 팀은 “이 높은 색 발광 변화는 +3 악티나이드와 란타나이드의 경우 전례가 없다. 이것은 이 원소에서 스핀과 궤도 사이의 비정상적인 결합을 나타낼 수 있다.아인슈타이늄의 비밀은 아직 밝혀지지 않았다.그러나 과학자들은 그 결과를 첫 번째 단계로 보고 있다.”이 데이터는 전체 악티나이드 시리즈가 어떻게 작동하는지에 대한 더 나은 관점을 제공한다”고 Abergel은 설명한다. “그것은 우리에게 주기율표의 끝에서 무슨 일이 일어나고 있는지에 대한 더 좋은 이해를 하게 했다.”이 지식은 화학 및 핵물리학의 매우 기본적인 질문에도 중요하다.예를 들어 오늘날 알려진 원소 이외의 다른 원소가 있는지 여부다.(Nature, 2021; doi : 10.1038 / s41586-020-03179-3)출처 : DOE / Lawrence Berkeley National Laboratory
[더사이언스플러스=문광주 기자] [저작권자ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]
[케뉴-원소 이야기] 그의 이름을 딴 원소, 아인슈타이늄(Es)
기호 Es, 원자 번호 99번 화학원소
아이비 마이크 핵실험의 낙진에서 처음 관찰
최근 아인슈타이늄의 결합길이가 악티늄족의 일반적인 경향에 위배된다는 것 발견
화학의 가장 기본적인 원소와 우리 생활과의 연관된 이야기들로 독자 여러분들을 찾아가려고 합니다. 원소의 개수가 118개라고 하니 앞으로 다양한 이야기들을 기대해주세요. [편집자주]
알버트 기오르소(왼쪽)와 알프레드 아인슈타인(오른쪽)
이 원소의 이름을 듣는 순간 바로 떠오르는 과학자 알프레드 아인슈타인, 그의 이름을 딴 원소가 있다. 그렇다고 이 원소를 그가 발견한 것은 아니다.
가장 알기 어렵고 무거운 원소 중 하나인 아이슈타이늄에 대해서 알아본다.
주기율표에서 아인슈타이늄(Einsteinium, Es) /PubChem 갈무리
아이슈타이늄(Einsteinium)은 기호 Es, 원자 번호 99번을 가진 화학원소로 악티니드로 분류되며 실온에서 고체다. 아인슈타인이 죽기 3년 전 즈음, 1952년 알버트 기오르소가 이끄는 연구팀이 최초의 수소 폭탄의 폭발로 생성된 방사성 파편을 연구하면서 발견했다.
미국 에너지부에 따르면 이 연구팀이 발견한 동위원소 아인슈타이늄은 -253의 반감기가 약 20일이고 15개의 중성자와 우라늄 -238을 결합해 생성된 후 7번의 베타 붕괴를 겪었다고 한다.
오늘날 아인슈타이늄은 사슬의 각 동위원소를 중성자로 폭격한 다음 결과 동위원소가 베타 붕괴를 겪게 하는 긴 핵반응 사슬을 통해 생성되는데, 소량의 아인슈타이늄만 생산되었기 때문에 현재 기초 과학 연구 외에는 사용되지 않는다.
1961년 아인슈타이늄의 거시적 양을 분리하기에 충분한 양이 생산되었으며 이 샘플의 무게는 약 0.01µg이며 특수 자기식 저울을 사용하여 측정되었다. 이렇게 생산된 아인슈타이늄은 중성자 폭격으로 멘델레븀(Element 101)을 생산하는 데 사용되었다.
아인슈타이늄에 대한 상업적 용도는 없지만 악티니드 계통학에서 5-f 전자의 역할에 대한 기본적인 연구를 가능하게 하는 대량 연구를 수행할 수있는 가장 무거운 원소다.
아인슈타이늄(생성 된 조명은 Es-253의 강렬한 복사의 결과로, 알파는 20.5 일의 반감기로 6.6 MeV, 1000 watts / g가 감소하며, 붕괴에 수반되는 열과 복사는 종종 Es 연구에서 해로운 영향을 미친다.
알프레드 아인슈타인이 지금까지 가장 유명한 과학자로 손꼽히지만, 원자설의 첫 제창자인 존 돌턴이나 인류 역사상 가장 영향력 있고 중력을 발견한 아이작 뉴턴도 원소 이름 중에는 없다.
왕림화학학회에 따르면 아인슈타인의 이름이 원소 이름으로 올라갈 수 있었던 것은 원자 구조를 이해하는 데 근본적인 역할을 했기 때문이다. 상대성 이론뿐만 아니라 원자가 어떻게 상호작용하는지를 설명하는 양자 이론의 기초를 닦았으며, 브라운 운동에 대한 그의 연구는 원자가 존재한다는 생각에 심각한 무게를 둔 첫 번째 연구였다.
이름과는 별개로 아인슈타이늄을 돋보이게 한 것은 처음 생산된 방식이다. 소련이 자체 원자 폭탄을 개발했을 때 미국은 앞서 나가기 위해 더 강력한 무언가가 필요하다고 느꼈고, 원자 폭탄을 방아쇠로 사용하는 새로운 형태의 ‘슈퍼’라고 불리는 장치는 수소 동위원소 중수소에 너무 많은 열과 압력을 가하여 원자가 태양에서처럼 서로 융합되는데 그것은 최초의 열 핵무기였다.
아이슈타이늄은 아이비 마이크 핵실험의 낙진에서 처음 관찰되었다
1952년 11월 미국이 Enewetak Atoll에서 대기 핵 실험을 실시했고 이것은 세계 최초의 성공적인 수소 폭탄이었다. 폭탄이 폭발했을 때 나가사키 폭발의 5백 배인 천만 톤 이상의 폭발력을 가지고 작은 섬을 완전히 파괴했는데 이것은 무게가 80톤이 넘고 그것을 지탱하기 위해 약 50피트 높이의 구조물을 필요로 하는 매우 중요한 실험 장치였다고 한다.
그 강렬한 폭발의 순간에 그것은 완전히 새로운 요소를 만들어냈다. 낙진 구역에서 나온 수 톤의 물질은 시험을 위해 생성된 버클리까지 보내졌으며, 산호의 화산재와 검게 그을린 잔해들 사이에서 99번 원소의 수백 개의 원자가 발견되었는데, 후에 이를 아인슈타인이라고 불리게 되었다고 한다.
물론 이 생산 방식은 표준이 아니며, 이제 아인슈타이늄이 필요할 때 플루토늄은 원자로에서 몇 년 동안 중성자를 퍼부어 아인슈타이늄으로 끌어올릴 수 있을 만큼 충분한 양의 중성자를 흡수하게 된다.
아주 적은 양만을 생산하는데, 실제로 발견 후 볼 수 있을 만큼 충분한 아인슈타인이 생산되기까지 9년이 걸렸다. 아인슈타이늄은 다른 것을 생산하는 방법을 제외하고는 알려진 용도가 없고 만들 이유가 없을 만큼 우리 삶에서 역할이 없는 요소다.
알버트 아인슈타인이 원자와 원자 구조의 이해에 큰 기여를 한 것은 사실이지만 아인슈타이늄에서 그의 존재가 크다고 여겨지지는 않는 모양이다. 아인슈타인은 핵폭발의 아버지로 간주된다면, 아인슈타이늄은 폭탄의 자식 정도라고 하니까.
최근 발견한 새로운 연구
수십 년 만에 처음으로 캘리포니아 대학의 로렌스 버클리 국립연구소의 연구원들이 아이슈타이늄 연구에 성공했다는 결과가 나오기도 했다. 이 연구는 네이처지에 2월 3일 온라인 게재됐다.
233 나노그램의 순수 아인슈타이늄 샘플을 생성하고 1970년대 이래 원소에 대한 첫 번째 실험을 수행함으로 그들은 처음으로 원소의 기본적인 화학적 특성을 발견할 수 있었다.
버클리 연구소의 과학자들 /라이브사이언스지 갈무리
악티늄족의 다른 원소들과 마찬가지로 아인슈타이늄은 더 무거운 원소를 생성하기 위해 중성자와 양성자로 표적 원소를 폭격해 만들어지는데, 연구팀은 아인슈타이늄을 만들 수 있는 세계에서 몇 안 되는 곳 중에 하나인 테네시의 옥 리지 국립연구소에서 특수 원자로를 사용했다.
그러나 이 반응은 원자력 발전소에서 사용되는 상업적으로 중요한 원소인 칼리포늄을 만들기 위해 고안되었기 때문에 아주 적은 양의 아인슈타이늄만을 부산물로 만든다. 볼 수 있을 정도의 아인슈타이늄이 아니지만, 이 연구에서 발견된 주요 결과는 아인슈타이늄의 결합길이를 측정한 것이다. 이것은 과학자들이 다른 원소와 어떻게 상호 작용할지 예측하는 데 도움이 되는 기본적인 화학적 특성이다.
연구원들은 아인슈타이늄의 결합길이가 악티늄족의 일반적인 경향에 위배된다는 것을 발견했다. 이것은 과거에 이론적으로 예측되었지만 실험적으로 입증된 적이 없는 것이다.
아인슈타이늄이 빛에 노출되었을 때 매우 다르게 발광하는데, 이 연구의 공동저자인 코레이 카터는 이를 ‘전례 없는 물리적 현상’이라고 설명했다. 이 새로운 연구가 정말 소량으로 화학을 할 수 있는 기초를 놓는다는 것이다.
이 팀의 연구는 또한 미래에 아인슈타이늄을 더 쉽게 만들 수 있도록 할 수 있고, 이 경우 아인슈타이늄은 우누네늄이라고도 불리는 가상의 원소 119와 같은 발견되지 않은 원소를 포함하여 더 무거운 원소를 생성하기 위한 대상 원소로 잠재적으로 사용될 수 있다고 한다.
일부 화학자들의 궁극적인 목표 중 하나는 다른 무거운 원소들의 반감기에 비해 반감기가 몇 분에서 며칠까지 걸리는 가상의 초강력 원소들을 발견하는 것이며, 이것은 안정성의 섬에서 살아있다는 의미라고 한다.
케미컬뉴스 김수철 기자
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