우리나라에 이렇게 많은 텅스텐을 얻을 수 있는 광산이 있었다니! 그런데, 상동광산에서 캐내는 텅스텐은 도대체 어떤 금속일까? 어디에 쓰이는지도 궁금해.

1. 뜨거운 열에도 끄떡없다!

텅스텐은 정육면체 모양에서 모서리 8곳과 한가운데에 원자 1개가 들어 있는 ‘체심입방구조’를 띠고 있어요. 이 구조는 원자들이 아주 촘촘하게 결합돼 있어서 쉽게 떨어지지 않습니다. 이 때문에 원자를 분리하거나 녹이려면 큰 에너지가 필요합니다. 그래서 텅스텐의 녹는점, 즉 녹기 시작하는 온도는 약 3400℃로 아주 높습니다.

▲최은영

체심입방구조.

텅스텐은 핵융합에서 사용될 수 있어요. 핵융합 장치 안에는 1억 ℃에 달하는 물질인 플라스마가 있습니다. 플라스마와 맞닿는 플라스마 대면재에는 온도에 강한 소재가 필요해요. 경희대학교 원자력공학과 장윤석 교수는 “플라스마 대면재에서 텅스텐보다 뛰어난 소재는 찾기 어렵다”고 밝혔습니다. 또, 로켓이 발사될 때도 텅스텐은 중요합니다. 로켓이 발사될 때 로켓 안은 약 3000℃ 이상으로 뜨거워집니다. 뜨거운 열을 견디면서 강한 속도를 내야 하는 엔진 노즐에 텅스텐을 쓸 수 있어요.

▲한국핵융합에너지연구원

한국형 초전도 핵융합연구장치 플라스마 대면재에도 텅스텐이 사용된다.

▲NASA/Bill Ingalls

2. 쉽게 변하지 않는다!

텅스텐은 원자들이 아주 단단하게 결합돼 있기 때문에 환경이 바뀌어도 쉽게 변하지 않는다는 특징이 있습니다. 그래서 산성이나 염기성 등 수소이온농도가 크게 달라지거나, 염도가 높은 환경에서도 쉽게 녹슬지 않아요. 화학적으로 안정된 상태를 오래 유지할 수 있는 거예요.

이런 특징 덕분에 텅스텐은 반도체에서 중요하게 쓰여요. 반도체는 전기가 잘 통하는 도체와 전기가 통하지 않는 절연체의 중간 성질을 가진 물질을 의미합니다. 반도체 안에서는 전자가 움직이면서 전기가 원활하게 흘러요.

그런데 반도체 안의 전자는 온도가 올라가는 등 주변 환경이 미세하게 바뀌어도 전자가 움직이는 모습이 달라질 수 있습니다. 전자가 움직이는 방식이 바뀌면 전기가 흐르는 정도도 함께 변해, 반도체가 제대로 작동하지 않을 수 있는 거예요. 그래서 환경 변화에 민감하지 않은 텅스텐이 반도체에 이용돼요. 덕분에 반도체는 일상에서 사용하는 휴대폰 같은 다양한 전자기기에서 활용될 수 있어요.

3. 단단하고 무겁다!

텅스텐의 또 다른 특징 중 하나는 아주 단단하다는 것입니다. 광물의 단단함을 재는 방법인 모스 경도로 텅스텐을 측정하면 약 7.5이고, 금을 조금 섞은 텅스텐 합금은 약 9에 달해요. 모스 경도 최고 등급인 10에 달할 만큼 단단하지요. 그래서 외부에서 큰 충격을 줘도 모양이 잘 바뀌지 않아, 단단한 암반을 뚫는 드릴이나 군사 장비에 이용될 수 있습니다.

또, 텅스텐은 밀도는 19.25g/cm3로, 무거운 금속으로 잘 알려져 있는 철보다 높습니다. 즉 같은 공간에서 많은 무게를 담을 수 있는 거예요. 이러한 성질은 항공기의 무게를 맞추는 평형추에 이용될 수 있습니다. 좁은 공간 안에서도 필요한 무게를 정확하게 맞출 수 있기 때문이에요. 또, 금속의 밀도가 높을수록 방사선을 잘 막기 때문에 방사선을 차단하는 차폐재로도 활용되고 있습니다.

▲GIB, AI 생성 이미지(미드저니), 최은영

[기획] 원적문제를 풀어 태양을 되돌려라!