원자번호 40번 Zr 지르코늄(Zirconium)
지르코늄(Zirconium)은 광택이 있는 회백색의 연성과 전성이 뛰어난 무른 전이 금속으로, 실온에서 고체로 존재합니다. 불순물이 첨가되면 매우 단단해지고 부서지기 쉬어집니다. 분말 형태의 지르코늄(Zirconium)은 스스로 발화하기 쉽지만 고체 덩어리 형태로는 잘 연소되지 않습니다. 부식에 강하고 중성자 단면적이 작은 특징 때문에 원자로를 만드는데 주로 쓰입니다. 산화 지르코늄은 모조 다이아몬드, 모조 치아, 광커넥터 페룰로에 주로 사용됩니다. 지르코늄(Zirconium)은 세라믹 재료로도 많이 사용되며 그 합의 경우 항공우주 및 의학계에서 두루 사용되는 재료로 많이 알려져 있으며 큐빅 지르코늄(Zirconium)은 보석으로 활용됩니다.
지르코늄(Zirconium)은 지각에 130ppm, 해수에 0.026μg/L 정도 포함되어 있습니다. 자연에서는 순수한 형태로 발견되지 않으며 규산염 광물인 지르콘 형태로 발견됩니다. 이러한 광석은 티타늄을 포함한 광석들을 채굴하거나 제련하는 과정에서 발견되며, 주로 호주, 브라질, 인도, 러시아, 남아프리카 공화국, 미국 등지에 분포되어 있습니다. 특히 호주와 남아프리카 공화국에서 전 세계 생산량의 80% 정도를 생산하는데 이외에도 세계 각지에 소량 매장되어 있습니다.
핵연료피복관은 원자로의 고은고압의 물과 방사선 환경에 노출되기 때문에 부식, 조사특성(조사가 크리프, 조사성장, 강도, 연성 등에 영향을 미침) 및 핵연료피복관의 건전성(LOCA, RIA, PCI 등)이 피복관의 성능을 좌우하는 중요한 요소가 됩니다. 지르코늄(Zirconium)은 내식성, 흡착성, 침투성이 풍부하기 때문에 내화물재료로서 우주황복성 등에 쓰인다. 또, 중성자를 잘 흡수하지 않기 때문에 핵연료 피복재료로도 이용됩니다. 원자로는 중성자를 이용해서 핵분열을 일으키기 때문에 지르코늄(Zirconium)의 중성자를 잘 흡수하지 않는 성질을 필요로 합니다. 마그네슘(mg)이나 베릴륨(Be)처럼 지르코늄(Zirconium)보다 중성자를 덜 흡수하는 재질도 존재하지만, 단가와 내식성, 높은 녹는점 등의 기계석 특성 등을 고려하면 지르코늄(Zirconium)이 제일 적합합니다.
| 발견자 | 마르틴 하인리히 클라프로트(Martin Heinrich Klaproth) | ||||
| 발견 연도 | 1789년 | ||||
| 어원 | 금색'을 뜻하는 아랍어 'zargun' | ||||
| 특징 | 내열성이 높고 중성자를 통과시킨다. 생체 친화적이다. | ||||
| 사용 분야 | 장신구, 원자로 피복재, 우주 왕복선, 세라믹 코팅 등 | ||||
| 원자량 | 91.224 g/mol | ||||
| 밀도 | 6.52 g/cm3 | ||||
| 녹는점 | 1,855 °C | ||||
| 끓는점 | 4,409 °C | ||||
| 상온에서 상태 | 고체 | ||||