Radioactivity:방사능

원자를 구성하는 양성자, 중성자, 전자가

균형을 이루지 못할 때 방사선을 낼 수 있는 능력 (방사능)을 갖게 되는데,

이러한 물질을 방사성물질이라고 한다.

퀴리 부인의 연구에 의해 방사선은 방사성 동위원소 속에 있는 원자핵으로부터

나온다는 사실이 밝혀졌습니다.

또한 그 후 엑스선은 원자핵으로부터가 아니라 원자핵 주변의 전자로부터

나온다는 사실도 알려졌습니다.

그러니까 방사선의 정체를 연구하면 원자가 가진 비밀을 탐색하는

방법이 밝혀지게 되는 셈입니다.

캐나다 몬트리올 소재의 맥길대학 교수로 있던 영국의 물리학자 러더포드는

퀴리 부인의 방사능 발견에 흥미를 가져 그 연구를 시작하였습니다.

그래서 그는 라듐을 넣은 작은 용기에다 사진 건판을 붙여놓고,

강한 자석을 가까이 두어 실험한 다음 그 사진을 현상하여 라듐에서 나오는 방사선이 세 방향으로 갈라지는 것을 발견하였습니다.

당시에는 이미 전기를 띤 입자의 운동은 자기장의 작용을 받는다는 사실이 알려져 있었고, 이에 대한 법칙도 밝혀져 있습니다.

그래서 러더퍼드는 왼쪽으로 굽은 것은 플러스 전기를 띤 것이고,

오른쪽으로 굽은 것은 마이너스 전기를 띤 것이며,

똑바로 나오는 것은 전기를 띠지 않은 것이라고 판단하였습니다.

그리고 각각에 A, B, C에 상당하는

그리스문자 알파, 베타, 감마를 붙여 알파선, 베타선, 감마선이라고 이름을 붙였습니다.

우선 베타선을 살펴보면, 그것은 전자의 흐름이라고 알려졌습니다. 또한,

그 속도가 아주 빨라서 1초에 지구를 일곱 바퀴 반이나 도는

빛의 속도에 가까운 것까지 있다는 것이 알려졌습니다.

그리고 방사성물질에서 나오는 일종의 에너지를 방사선이라고 한다.

물리학적으로 보면 방사선은 불안정한 원소가 안정된 원소로 되면서

방출하는 전자파로서 물질을 투과할 수 있는 힘을 가진 광선과 같은 것이다.

방사선은 에너지를 갖는 입자의 흐름이나 파동으로서 눈에 보이지도 않고

냄새나 맛도 없습니다. 이러한 방사선은 물질을 구성하고 있는 가장 기본적인

단위인 원자(原子)로부터 나옵니다.

원자를 구성하는 양자, 중성자, 전자가 균형을 이루지 못할 때 방사선을

낼 수 있는 능력(방사능)을 가지는데,

이러한 물질을 방사성물질이라고 하며,

방사성물질에서 나오는 일종의 에너지를 방사선이라고 합니다.

이러한 방사선에는 엑스 (χ)선, 알파 (α)선, 베타 (β)선, 감마 (γ)선 등이 있으며,

종류에 따라 투과력이 다르다.

이와 같이 방사능 세기는 시간에 따라 감소하는데 그 세기가 반으로 줄어드는데

걸리는 시간을 「반감기」라 부른다.

반감기는 방사성 동위원소(핵종)에 따라 그 시간이 각각 다르며

수천분의 1초에서 수억 년까지 다양하다.

따라서 반감기가 긴 물질일수록 방출되는 방사선량은 적으나

오랜 기간 동안 보존하여야만 하며 200여종의 방사성 핵종 중에

원자력 발전소에서 주로 문제시되고 있는

핵종은 옥소(I-131 : 8년) 코발트(Co-60 : 5.2년), 세슘(Cs-137 : 30년) 등이다.

알파선

알파선에 대해서는 러더퍼드로 좀처럼 그 정체를 밝혀 내기가 쉽지 않았는데,

영국의 맨체스터대학에 돌아가서부터 알파선을 모아 유리관에 채우고

불꽃방전시켜 스펙트럼을 조사한 결과 헬륨이라는 원소가 생성되어

있는 사실을 발견하였습니다.

이 사실을 토대로 알파선은 가벼운 가스인 헬륨이라는 원소의 원자핵이라고

결론을 내릴 수 있었습니다.

알파선도 입자로 되어 있기 때문에, 그것을 알파입자라고 이야기하는 경우도 있습니다.

이 입자는 베타선보다 수천 배나 무겁고 크기도

훨씬 작아 종이 한 장으로도 막을 수 있습니다.

공기중에서도 몇 센티미터 정도밖에 날아가지 못합니다  

알파선은 입자이기 때문에 알파입자라고도 한다.

이 입자는 베타선보다 수천 배나 무겁고 크기도 훨씬 작아 종이 한장으로도 막을 수 있다. 공기중에서도 몇 cm 정도 밖에 날아가지 못한다.

베타선

베타선은 속도는 빠르지만 전기를 띤 입자이기 때문에 물질속에서 클론력(정전기력)을

받으므로 투과력은 그다지 강하지 않습니다.

베타선이라고 하면, 우리들의 일상생활과는 아주 먼 것처럼 생각되지만,

앞에서 이야기한 대로 전자의 흐름이기 때문에

본질적으로는 전동차를 움직인다거나

전등이나 기타 전기기기을 켠다거나 라디오와 텔레비전에 사용하는 전류와 같은 것입니다.

베타선은 전자의 흐름으로 알려져 있다. 또한 그 속도가 매우 빨라서 빛의 속도에 가까운 것까지 있다. 베타선은 속도는 빠르지만 전기를 띤 입자이기 때문에 물질 속에서 정전기력을 받으므로 투과력은 그다지 강하지 않다.

감마선

감마선은 엑스선이나 빛과 같은 전자기파입니다.

빛 등과의 차이는 그 파장의 차이에 있습니다. 전파보다 가시광선, 가시광선보다 엑스선, 엑스선보다 감마선의 파장이 더 짧은 것입니다. 감마선의 특징은 물질을 투과하는 능력이 보통 엑스선보다 훨씬 강하다는 점입니다. 투과하기 매운 힘든 것으로 알려진 납도 상당히 두껍게 하지 않으면 감마선의 투과를 막지 못할 정도입니다

감마선은 엑스선이나 빛과 같은 전자기파이다. 전파보다 가시광선, 가시광선보다 엑스선, 엑스선보다 감마선의 파장이 더 짧다. 물질을 투과하는 능력이 보통 엑스선보다 훨씬 강하다는 것이 특징이다.

중성자선 proton.neutrons

중성자선은 알파선이나 베타선 또는 양성자선과 같이

입자(粒子)선이지만 전기를 띠고 있지 않으므로 물질 속을 비교적 멀리까지 지나 갈 수 있으므로 두꺼운 콘크리트 등으로 차폐물을 설치해야 합니다.

중성자선은 알파선이나 베타선 또는 양성자선과 같이 입자선이지만 전기를 띠고 있지 않으므로 물질 속을 비교적 멀리까지 지나갈 수 있다. 따라서 두꺼운 콘크리트 등으로 차폐물을 설치해야 한다.

중성자선은 정전기장의 영향을 거의 받지않는 대신에 원자핵과 충돌로 에너지가

감쇠 약화된다. 원자로 노심에서 발생하는 0.5~10MeV정도의

고속중성자선은 광자와 마찬가지로 탄성산란과 비탄성산란으로 감쇠약화된다.

중성자와 거의 질량이 같은 수소원자와의 충돌에 의한 에너지손실이 최대로 된다.

이에 대해 저속중성자선(열 중성자선)은 고속중성자선과는 현저하게 다른 거동을 보여준다. 특히 중성자선의 속도가 느리게 되면 반응단면적이 크게 되는일이 있다.

이것을 열중성자 포획반응이라 칭하고 있다.

그중에서도 카드륨과 크세논 등에는 현저하게 포획 반응 단면적이 큰 동위원소가 있다.

차폐용 재질로서는 물이나 파라핀과 같이 수소의 함유량이

큰 물질을 선정하고, 다시, 속도가 느리게 된 중성자를 흡수하기 위해

기술한 것과 같은 원소(카드뮴, 붕소등)가 많이 함유되어 있는 물질을 사용한다.

일반적으로 중성자선의 차폐에 대해서는 수소가 가장 효과적인 원소라고 생각되어

사용하고 있지만 중성자선 에너지가 높게되면 수소의

차폐효과가 감소한다는 문제가 있다.

그 때문에 고속중성자선의 차폐에는 큰 흡수단면적을 가지는

물질중에서 쉽게 포획 될 수있는 영중성자선 영역까지 감속해서 흡수한다는 과정을 취한다.

중성자선의 차폐물질로써의 물의 능력

수냉각형(스위밍 풀형)의 원자로에서는 중성자선의 차폐재로서 물이 이용되며,

냉각재나 감속재의 역할도 가지고 있다.

또 감마선의 차폐재로서 사용후연료 풀 등으로도 사용되고 있다.

규조토 표면의 시라노루기와 제오라이트에 함유되어 있는 비석수 등의

수소원자가 중성자선에 대한 차폐능력이 뛰어나있다는 점을 이용해서

규조토와 제오라이트가 고속중성자선에서 열중성자선과 감마선에 대응 가능한 차폐재도 된다는 보고도 있다.

또한 외벽의 콘크리트는

수분을 다량 함유하고 있기 때문에 중성자선에 대해서도 유효한 차폐재이다.

그렇지만 그 외벽이 붕괴된다면.차폐효과는 없어진다고 볼수 있다.

방사능 단위

방사능은 어떤 물질 중의 방사성핵종이

단위시간 내에 몇 번 붕괴를 일으키는가를 나타내는 것이다.

이는 물질 가운데 함유된 방사성핵종의 양과 반감기에 의해 결정된다.

방사능량의 단위는 예전에는 Ci(큐리)가 사용되어 왔으나

국제도량형총회의 결의에 따라 Bq(베크렐)을 사용한다.

베크렐(Bq) : 주목되는 핵종의 방사능을 단위시간 당 붕괴하는 원자수로 표시한다.

국제단위로는 방사능의 발견자로 알려진

베크렐(Antoine Henri Bequerel, 프랑스,1852~1908)의 이름을 따서

베크렐(Bq)로 하고,

매초 1개의 붕괴수(Disintegration Per Second : DPS)를 1Bq로 한다.

큐리 (Ci) : 라듐을 발견한 여성물리학자 마리 퀴리(Marie Curie, 1867~1934)의

이름을 따서 명명됐다. 현재 보조단위로 사용된다.

입자방출률 : 단위시간에 방출되는 입자의 방출수(/s)로 나타낸다.

입자플루언스 : 어떤 장소를 통과하는 단위면적당의 방사선 입자수.

흡수선량 :

어떤 장소에서 어떤 물질에 흡수된 방사선에너지량.

구단위계에서는 방사선의 통과에 의해 주목

물질 1 g 중에 100 erg가 흡수되는 것을 rad(라드)로 표시해 왔으나

현재는 Gy(그레이)를 사용한다(1 Gy = 100 rad).

조사선량 :

방사선의 통과에 의해 발생한 전하량을 기준으로 하는 개념.

표준상태(0℃, 760 mmHg)의 건조공기 1cc 중에 1esu의 전하가 발생하는

경우를 구단위계에서는 1R (뢴트겐)으로 한다.

선량당량 및 실효선량당량 :

신체의 일부 또는 장기에 그 부위가 받게 되는 흡수선량에 방사선의 종류와 에너지를 고려해 결정한 선질계수 QF를 곱한 양을 선량당량이라 한다. 단위는 rem(렘, 구단위계)과 Sv(시버트, 신단위계, 1 Sv=100 rem)를 사용한다.

방사능으로 오염된 공기·물·음식을 섭취하면 몸속에 방사능 물질이 쌓이게 된다. 이때 강도는 몸밖에서 쪼이는 것의 수십만배에서 최고 1조배까지 강하다고 한다. 독성은 배설이나 목욕 등으로 없어지지 않는다.

방사능 물질은 방사선을 발생시키는 강도로 ‘퀴리’라는 단위를 쓴다. 히로시마, 나가사키 원폭은 약 100만 퀴리, 체르노빌 원자력 발전소 폭발사고때에는 약 5000만 퀴리(소련정부 발표자료)의 방사능이 유출된 것으로 추정된다.

방사선 측정 단위는 여러가지다. 과거에는 큐리(Ci)·렘(rem) 등을 사용했지만 지금은 베크렐(Bq)·시버트(Sv)로 통일되었다. 베크렐은 물체가 내는 방사능의 양에 사용하며 시버트는 사람의 몸에 피폭되는 위험도, 즉 방사선량을 측정할 때 사용한다.

방사능피폭 be exposed to radiation

방사선 피폭은 두가지, 체외 피폭과 체내피폭으로 나눌 수 있습니다.

체외피폭이란 원자폭탄이 작열하는 순간에 나오는 방사선이나 X선 촬영처럼 체외의 방사선원으로부터 피폭되는 것을 말합니다.

체내피폭이란 방사선에 오염된 오염식품 등을 섭취해서 발생하는 피폭으로 방사성 물질이 체내에서 농축되기 때문에 체외피폭보다 더 위험합니다.

방사선에 대량 피폭된 사람은 그 몸에서도 방사선이 나오므로 사방이 납으로 차폐된 병실에서 격리 치료를 받아야 합니다.

원자로 사고 유형에 따라 다르지만, 일본 후쿠시마 제1원전 폭발로 방출된 방사성 물질 중 인체에 가장 해로운 것은 '세슘'과 '방사성 요오드'입니다.

특히 세슘은 한번 몸에 들어오면 장을 통해 흡수된 후 근육에 모여서 지속적으로 피폭을 일으킵니다.

장기간에 걸쳐 세포 유전자에 영향을 주는 가운데 발암 요인이 될 수 있어서, 백혈병이 대표적입니다. 방광암과 대장암, 폐암 등에 걸릴 확률도 일반인보다 1.5~2배가량 높은 것으로 알려지고 있습니다.

세슘 치료를 위해 사용되는 프루시안블루라는 치료제는 국내에 원자력의학원 등 전국 21개 지정 의료기관에 비치돼 있습니다.

방사선 피폭 때는 방사성 요오드에도 다량 노출될 수 있는데 요오드는 갑상선 세포를 공격해 갑상선 기능을 망가뜨립니다. 갑상선은 신진대사를 촉진하는 역할을 하는 만큼 갑상선 기능을 상실하면 전신 쇠약증에 걸릴 수 있습니다.

방사성 요오드를 직접 흡입한 뒤에라도 최소 15분 안에 안정화 요오드를 투여하면 90% 이상, 6시간내 투여하면 50% 정도의 방어 효율을 기대할 수 있습니다.

방사능은 DNA세포를 파괴할 수 있다.

단기적으로는 백혈구과 적혈구를 생산하는 골수가

방사능 노출에 가장 민감한 영향을 받는다.

백혈구의 손실은 빈혈과 면역기능 상실을 가져올 수 있다.

고강도 방사능엔 부분 노출만 돼도 생식기, 피부, 눈, 폐, 소화기관 등에 영향을 줄 수 있다.

방사선이 우리의 몸통을 지나가면 신체의 세포를 구성하고 있는

원자에 에너지를 전달하여 핵에서 전자를 떼어내게 됩니다.

그리고 또 방사선 에너지가 그 원자에 흡수되기도 할 것입니다.

한꺼번에 7시버트(Sv)정도의 방사선을 전신에 받으면 대부분의 사망합니다.

그보다 좀 적은 양의 방사선을 받아도 머리카락이 빠진다거나

피부에 발진(發疹)이 생기거나 더욱이 임신한 여자에게는

태아에 이상이 생긴다거나 하는 일이 일어납니다.

또 경우에 따라서는 방사선을 받은 당사자는 모르고

그 자손에게 나타나는 유전적 장해가 생기기도 합니다.

아주 작은 방사선이라도 오랜 기간동안 계속해서 받으면

그런 유전적인 장해가 일어날 수 있지 않을까 하는 의문도 있습니다.

이런 방사선 장해에 대한 문제점을 풀기 위해서

관계 전문가나 전문기관에서는 끊임없는 연구를 계속 하고 있습니다.

지금까지의 연구결과를 좀 자세히 정리해 보면 다음과 같습니다.

인체 각 기관의 방사선 반응은 세포의 종류나 재생률에 따라

각각 다르게 나타나게 되는데,

세포분열이 왕성한 조직이나 장기는 방사선 감수성이 높고, 골수, 피부 등

재생 조직이 비재생 조직인 신경 조직이나 근육보다 감수성이 높습니다.

인체 각 부위의 예민한 정도를 구분하면 다음과 같습니다.

· 가장예민한 조직 : 임파선, 조혈기관, 생식기관, 작은창자

· 두 번째 예민한 조직 : 피부, 눈동자, 위

· 세 번째 예민한 조직 : 실핏줄, 성장 중인 뼈, 연골

· 가장 둔감한 조직 : 신경조직, 뼈, 근육, 혈관, 지방조직 등

때문에 눈의 수정체와 생식선 조혈기관은 가능한 한 방사선을 쐬지 말아야 합니다.

이들 기관들은 신체 기능의 핵심적인 기능을 하기 때문입니다.

전문가들은 후쿠시마 원전사고가 1986년 체르노빌 원전사고와 같은

대형참사로 확산될 가능성은 낮지만 여진이 계속되거나 추가 지진이 발생할 경우

엄청난 사고로 이어질 가능성도 배제하지 않고 있다.

1986년 4월 발생한 우크라이나 체르노빌 원전사고는 56명이 목숨을 잃었고,

앞으로도 4000명이 방사능 피폭에 따른 암으로 사망하게 될 것으로

국제원자력기구(IAEA)는 밝히고 있다.

국제환경단체 그린피스는 우크라이나·벨라루스·러시아 등 3개국에서만 20만명이 사망했고, 앞으로 9만 3000명의 피폭자가 암으로 사망하게 될 것이라고 주장하고 있다.