[[분류:전이 원소]] [include(틀:주기율표)] [include(틀:원소 정보, name_ko=하프늄, name_en=Hafnium, number=72, symbol=Hf, category=전이 원소, state=고체, weight=178.49, density=13.31 g/cm3, melt=2233 °C, boil=4603 °C, fusion=27.2 kJ/mol, vapor=648 kJ/mol, valence=4, ion=658.5, 1440, 2250 kJ/mol, negativity=1.3, affinity=0 kJ/mol, found=D. Coster, G. de Hevesy, found_link=, found_link_alt=, found_year=1922, CAS=7440-58-6, prev=루테튬, prev_alt=루테튬, prev_symbol=(Lu), next=탄탈럼, next_alt=탄탈럼, next_symbol=(Ta), ref=)] [[파일:attachment/Hf-usage.jpg]] [[파일:hafnium.jpg]] 위의 사진은 플라즈마 절단 장비. 이 장비의 전극으로 하프늄을 사용함으로써 혁신적인 발전을 이루어냈다. [목차] [clearfix] == 개요 == 주기율표 4족에 속하는 금속 [[원소(화학)|원소]]이다. 헝가리의 헤베시 죄르지(Hevesy György)와 네덜란드의 디르크 코스터르(Dirk Coster)가 1923년에 [[노르웨이]]산 지르콘을 X선스펙트럼에 의하여 조사하고 모즐리의 법칙에 의한 원자번호 72에 해당하는 원소의 존재를 밝혀 명명하였다. 이름의 유래는 코펜하겐 시의 [[라틴어]] 이름 '하프니아(Hafnia)'. [[하프]](Harp)하고는 관련 없다. 하프늄은 은색의 광택이 있는 [[금속]]으로, 연성이 풍부하며 내식성도 뛰어나다. 같은 4족 원소인 [[지르코늄]]과 성질이 비슷하기(이온 반지름이 둘 다 0.85Å전후) 때문에 분리하는 것은 아주 어렵다. 그래서 희소원소보다 많이 존재하지만 그 존재가 잘 알려지지 않고 하프늄의 발견은 20세기에 이르러서야 이루어졌다. 1923년, 덴마크의 물리학자 보어는 스펙트럼 분석에 의해 [[란탄족]]원소는 57번에서 71번으로 끝나고, 72번 원소는 주기율표의 지르코늄의 밑에 온다는 것을 예측했다. 그 예측에 의해 덴마크의 보어 연구소에 소속된 코스터와 헤베시는 지르코늄을 포함한 광물을 분석해 새로운 원소 하프늄을 발견한 것이다. 이것은 방사능 붕괴하지 않고 자연계에 존재하는 안정적 원소로는 최후의 발견이다. 최후에서 두 번째는 [[레늄]]. 중간에 [[프로트악티늄]]이 발견되었지만 방사성이다. 화학적 성질이 아주 비슷한 하프늄과 지르코늄이지만 하프늄은 전자가 내부에 많이 차 있는데다가, 중성자를 흡수하기 쉬운 데 반해, 지르코늄은 천연금속 중에서 가장 중성자를 흡수하기 어려운 성질을 가진다[* 그래서 처음에 하프늄은 '''지르코늄에 섞인 불순물'''취급받았다. 지르코늄에 하프늄이 섞이면 중성자 투과율이 떨어져버려서 원자로의 연료봉으로 쓰는 데에 문제가 생기기 때문. 설상가상으로 성질이 너무 비슷해서 분리하기도 엄청 어렵다.]. 하지만 하프늄의 중성자 흡수율에서 열중성자 흡수율은 지르코늄의 고작 600배, 자원중성자 흡수율의 경우 최대 지르코늄의 5000~50000배까지 올라가지만 이 정도도 중성자 흡수율이 아주 좋은 편은 아니다. 따라서 특정 동위원소를 농축하지 않은 천연 하프늄 덩어리는 제어봉으로 쓰이기엔 좋지 않은 소재이다. [* 극도로 중성자 흡수율이 낮아 중성자를 거의 흡수하지 않고 통과시키는 지르코늄의 600~50000배의 중성자 흡수율이 좋아도 그 정도 수치도 만족할 만큼 높은 수치는 아니라는 것. ] 따라서 중성자 흡수율이 높은 10B를 농축한 붕화하프늄인 HfB2형태로 사용하거나, 하프늄 동위 원소들 중 중성자 흡수율이 좋은 특히 좋은 177Hf을 농축해서 이용한다. 177Hf는 다른 하프늄 동위체보다 중성자 흡수율이 5배~300배나 좋아 하프늄의 평균 중성자 흡수율을 올린다.[* 177Hf는 열중성자 흡수율에서 177Hf을 뺀 하프늄 평균 중성자 흡수율의 20배, 자원 중성자 흡수율은 25배나 높다.] 이러한 처리 과정을 거쳐야 비로소 제어봉으로 쓸 수 있기 때문에 매우 희귀하여 원자력발전소용으로 이용하지 못하고 일부 핵잠수함 원자로에서의 제어봉으로 쓰인다. 하지만 이런 용도에 두 원소를 쓰기 위해서는 2개의 원소를 철저히 분리할 필요가 있다. 게다가 아주 비싼 금속이기 때문에 소형급 원자로(25만kW급)[* 핵잠수함용도로는 초대형용] 1개에 필요한 50개의 제어봉에는 약 '''800만달러'''라는 비용이 든다. ||[[파일:external/upload.wikimedia.org/1000px-High-k.svg.png|width=600]]|| 그 외에 HfO,,2,,(산화하프늄, Hafnium Oxide)는 대표적인 고유전[* 비유전율([math(\varepsilon_r)])이 높은. SiO,,2,,의 비유전율은 3.9인데 HfO,,2,,의 비유전율은 24로 약 6배에 이른다.] 물질 중 하나로, [[인텔]]이 [[트랜지스터|MOSFET]]의 고유전율 절연막으로 이산화[[규소]]를 대신해 45 nm 공정부터 적용시켰다. 공정이 미세화 되면 절연막이 얇아져야 MOSFET의 축전용량을 유지할 수 있는데, 이게 일정수준 이하가 되면 유전막에서 [[터널링]]이[* 원소가 한 자리 수 개수로 붙어있는 정도의 두께가 되면 전자가 평소에 부도체라고 여기던 물질도 그냥 뚫고 지나가면서 전류가 흐른다.] 일어나는 등 누설전류 문제가 심각해 지기 때문이다.[* 물론 누설전류의 원인은 이거 하나가 아니라 여러가지다.] 그렇다고 축전용량을 줄여버리면 드레인 [[전류]]가 줄어든다. 따라서 절연막이 어느 정도 두꺼우면서도 높은 축전용량을 가질 수 있는 고유전율 절연막이 필수적이다. [[하이닉스]]에서는 고유전율 절연막으로 성질이 비슷한 이산화 지르코늄 박막을 사용하는 중. 그리고 하프늄은 [[전자]]를 잘 방출하기 때문에 [[플라즈마 커터]]의 아크 봉 끝에 두어 적은 전력으로 큰 아크를 만들게 하는 용도로도 쓰인다. == 여담 == 어째선지 국내에선 초강력 폭약 재료쯤으로 알려져 있고, 이른바 '전문가들' 중에서도 믿고 있는 사람들이 간혹 있다. 이것은 [[탄탈럼]]에 양성자를 쪼여 생성되는 하프늄 동위원소(반감기 31년의 핵 이성질체, 하프늄-178m3(178m3Hf))에 낮은 에너지의 X선을 사용하여 에너지 펌핑(pumping)을 하면 치명적인 감마선 형태로 60배나 많은 에너지를 유도 방출한다는 실험 보고에 따른 것이다. 이때 발생하는 에너지는 1g이 300kg의 TNT에 맞먹는 에너지를 낼 수 있으므로, 이걸 이용해서 강력한 소형 폭탄을 만들수 있지 않을까 하는 것이었는데... 설령 이게 실현된다고 해도 ||I. 엄청나게 적은 양의 동위원소만을 얻을 수 있고(위에서 설명한 1g는 실은 엄청난 양이다!) ll. 비용이 많이 들며, lll.초대형 입자 가속 실험 설비가 필요하다. || 요컨대, 하프늄은 무슨 망상 판타지들처럼 이걸 갖고 화약 만들어서 놀 수 있는 그런 물건이 아니다. 하프늄 폭탄을 만든 이유는 [[핵무기]]규제나 피해보자는 것인데 핵무기보다 값은 훨씬 비싸고 핵무기보다 내는 에너지도 떨어져서 쓸모가 없다.[* 사족이지만 차라리 핵무기와 맞먹는 위력을 가지려면 [[생물학 무기]]를 만드는게 더 나을 것이다. 이 무기 역시 핵무기와 더불어 엄청난 사회적 비판을 받고 있다.] 하프늄이 [[핵무기]] 다음으로 킹왕짱이라는 떡밥에 낚인 사람들이 꽤나 많아서 그 당시에 국산 양산형 대체역사 밀리터리 소설들 중 상당수가 하프늄 탄두 미사일을 설정에 차용했다. 차용한 작품들 중 대표적인 것은 신[[제국주의]] 요소가 담긴 [[동해의 새벽]]이 있다.