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[원자력탐험대 19화] 눈에 보이지 않는빛, 방사선

  • 2015.06.23.
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투과력에 따라 구분 ‘알파선 ‹ 베타선 ‹ 감마선’

1895년 독일의 물리학자 뢴트겐이 X선 처음 발견… 의료 기기·우주 공학에도 쓰여

대학 병원처럼 큰 병원에선 ‘방사선과’란 안내 표시를 볼 수 있다. 내과, 외과, 소아과는 아는데 방사선과는 병원과 어울리지 않는다고? 물체를 통과하는 성질인 투과성과 같은 방사선의 특징을 제대로 이해한다면 어렵지 않게 고개를 끄덕이게 된다.
흔히 원자력하면 방사능 오염만을 떠올리기 쉽지만 병원처럼 우리 생활 곳곳에서 방사선을 이용해 삶을 보다 편리하게 해주는 예는 많다.

△ X선의 발견

X선을 처음 발견한 독일의 물리학자 뢴트겐(사진 왼쪽)과 그가 사용했던 실험 장치
[X선을 처음 발견한 독일의 물리학자 뢴트겐(사진 왼쪽)과 그가 사용했던 실험 장치]

겨울이 되면 빙판길을 걷다 미끄러져 넘어지는 사고가 증가한다. 이때 뼈에 금이 가거나 부러지는 큰 부상이 의심되면 병원에서 ‘엑스(X)선’ 촬영을 한다. 뼈만 검은색으로 드러난 흑백 사진을 어린이들도 한 번쯤 보았을 터이다.
“이상하군, 왜음극선이 보이지 않는 거야?”
1895년 11월 8일, 독일의 물리학자인 뢴트겐(1845~1923)은 바이에른 주의 뷔르츠부르크의 한 실험실(현재의 뢰트겐 박물관)에서 실험에 몰두하고 있었다. 검은색의 얇은 판으로 진공상태의 유리관을 가려 빛이 들어오지 못하게 한 뒤, 관을 통과하는 음극선의 희미한 흔적을 찾으려는 실험이었다. 음극선이란‘-’의 성질을 가진 전극인 음극에서 나오는 전자파를 말하는데, 당시 과학자들은 진공 상태의 관 가운데에 얇은 금속판을 대고 전기를 흘려보내 음극선의 성질에 관한 연구를 많이 했다. 뢴트겐은 특히 어두운 곳에서 음극선을 눈으로 확인하기 위한 연구에 한창이었다. 하지만 그는 음극선이 내뿜는 빛이 아닌 다른 미지의 빛을 발견한다.
“어, 이 선은 왜 생긴 거지?”
뢰트겐은 실험 도중 우연히 진공관 한쪽 옆에 놓여 있던 종이 위에 검은 선들이 생겨난 것을 보곤 이 같은 의문을 갖는다. 이 선을 한참 동안 바라보던 그는 마침내 이런 결론을 얻는다.
‘음극선이 관 속의 금속벽에 부딪치면서, 금속에선 알 수 없는 빛이 나왔다. 그리고 그 빛은 다시 유리관을 덮은 검은 판을 뚫고 나와 이 종이에 흔적을 남겼다.’
그가 내린 결론은 정확했다. 하지만 뢴트겐은 빛의 정체가 무엇인지 밝혀 내지는 못했다. 그래서 ‘알 수 없다’는 뜻의 ‘X’자를 붙여 X선이라 불렀다. 방사선의 한 종류이기도 한 X선의 발견으로 뢴트겐은 1901년 최초의 노벨상을 수상한다.

△ 전등의 밝기처럼 다양한 방사선

전기로 불빛을 일으키는 전등. 1808년 영국의 데비에 의해 처음 발명된 뒤, 1879년에 토머스 에디슨의 백열등을 거쳐 현재는 크리스마스 트리의 꼬마 전구에서 부터 자동차의 헤드라이트나 경기장을 밝히는 대형 조명까지 다양한 전등이 사용된다. 이 가운데 꼬마전구와 백열등, 자동차 헤드라이트의 밝기를 순서대로 적어보자. 눈에 보이는 빛은 어린이도 쉽게 밝기에 따라 세기를 구분할 수 있다. 방사선 역시 X선을 비롯해 알파선, 베타선, 감마선 등 여러 종류가 있다. 하지만 이들은 눈에 보이지 않는다. 그렇기에 투과력에 따라 그 세기를 종종 나눈다.

방사선은 알파선 ‹ 베타선 ‹ 감마선의 순으로 투과력이 크다. 이들 세기는 꼬마전구와 백열등, 자동차의 헤드램프로 비유할 수 있다.
방사선은 알파선 ‹ 베타선 ‹ 감마선의 순으로 투과력이 크다. 이들 세기는 꼬마전구와 백열등, 자동차의 헤드램프로 비유할 수 있다.

예를 들어 핵이 분열할 때 나오는 알파선은 빛 알갱이의 크기와 질량이 큰 편이다. 그래서 물질을 통과하기 어렵다. 이에 비해 베타선은 질량이 작아 알파선보다 더 두꺼운 물질을 통과 할 수 있다. 감마선은 핵분열 때 나오는 방사선 중에서 투과력이 가장 강하다.
일반적으로 투과력이 센 방사선일수록 사람에게 미치는 영향도 크다고 알려져 있다. 그러나 얼마나 오랜 시간 노출되어 있었는지 등도 이를 결정하는 중요한 요인이다. 그러므로 단순히
투과력이 크다고 해서 인간에게 무조건 해롭다고 단정하기는 쉽지 않다. 예컨대 휴대 전화나 텔레비전, 라디오, 컴퓨터 등에선 알파선보다 투과력이 더 센 베타선이 나온다.
이 밖에 방사선의 또 다른 성질로는 X선처럼 통과한 물체의 상을 맺게 하거나, 빛을 내는 것 등을 꼽을수 있다. 이러한 여러 성질 때문에 방사선은 의료 기기는 물론 건설이나 고고학, 그
리고 우주 공학 등에도 널리 이용된다.

△ 자연 방사선과 인공 방사선

방사선은 원자력 발전소에서만 발견된다? 정답은 ‘No’. 매일 만나는 햇빛에서도 방사선은 나온다. 이뿐 아니라 숲이나 산, 심지어 음식물에서도 방사선은 생긴다. 우리들이 살고 있는 지구상의 모든 물질로부터 자연적으로 발생하는 방사선과 우주로부터 나오는 방사선을 일컬어 자연 방사선이라고 부른다.
이와 달리 발전이나 핵폭발 등으로 생겨난 방사선은 인공 방사선이라고 한다. 자연 방사선의 경우 그 양이 적은 수준이어서 사람에게 피해를 주지 않는다. 하지만 인공적으로 우라늄 등의 핵분열을 일으키는 원자력 발전소나 핵폭탄 등에선 엄청난 양의 방사선이 나온다. 그렇기에 핵폭탄과 달리 원자력 발전소에선 자연 방사선보다 더 적은 양만이 외부로 나갈수 있도록 항상 주의를 기울인다. 그럼에도 일본의 후쿠시마 원전이나 러시아의 체르노빌 원전처럼 뜻하지 않은 사고로 많은 사람을 위험에 빠트릴수있다. 이 때문에 세계 여러 나라들은 원전의 안전성을 높이기 위해 각종 정보를 교환하고, 커다란 사고가 생겼을때는 힘을 모아 피해를 줄이기 위한 노력에 최선을 다한다.

원자력탐험대 19화

 

– 작성 : 소년한국일보 윤석빈 기자 binys@snhk.co.kr

– 원문보기 : 소년한국일보 http://goo.gl/Y80pg4

 

 

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