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양날의 검, ‘방사능’의 발견!

  • 2015.06.08.
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방사능의 발견

 

원자력, 방사선이 무엇인지 모르는 사람이라도 ‘엑스레이’ 찍으러 간다고 하면 무슨 뜻인지 아실 겁니다.
우리가 흔히 뼈를 다쳤을 때 찍는 엑스레이가 바로 방사선의 일종인데요.

이것 외에도 현대의 의술에서는 방사선을 이용해 몸속을 촬영해 병을 진단하거나 해로운 세포를 파괴해 병을 치료하기도 합니다.

하지만 반대로 방사선을 내뿜는 물질로 만들어진 원자폭탄처럼 전쟁에 이용되기도 하는 등 해로운 일에도 사용이 되기도 하였는데요.

도대체 방사능이 뭐 길래 사람을 살리기도 죽이기도 하는 것일까요?

오늘은 방사능에 대하여 어떻게 발견했는지, 방사능이란 무엇인지 함께 이야기해볼까 합니다.

 

방사능의 발견

 

◆ 방사능은 어떻게 발견되었을까요?

우리가 알고 있는 방사능의 존재는 어떻게 처음 발견되었을까요?

그것은 1896년 프랑스 물리학자 앙리 베크렐(앙투안 베크렐, Antoine Henri Becquerel)이 우연히 발견하였습니다.

그는 무심히 서랍 속에서 사진 건판을 꺼냈는데 이상하게도 분명 검은 종이로 잘 포장해뒀는데, 마치 무언가에 노출된 듯이 검은 무늬가 있는 것을 보고 깜짝 놀랐습니다.(사진건판은 오늘날 카메라 필름과 같은 것으로, 빛을 받은 부분이 화학작용에 의해 검게 변합니다.)

이런 사건이 한 번뿐이었다면 그 사진건판이 불량이라고 생각할 수 있겠지만 베크렐은 사진건판에 번번이 같은 형태의 무늬가 나타나는 것을 발견했습니다.

이에 앙리 베크렐은 원인이 무엇인지 찾아본 결과, 실험실에 놓아둔 우라늄 광석 때문에 사진 건판에 일정한 무늬가 생긴다는 것을 발견했습니다.

이후 게르하르트 슈미트(Gerhard Carl Schmidt)와 마리 퀴리(Marie Curie)가 토륨 광석도 우라늄 광석과 같은 성질을 띠는 것을 확인했는데 퀴리는 보이지 않는 무엇인가가 사진건판을 검게 만들었다고 보고 이 보이지 않는 무엇인가가 방출되는 성질을 ‘방사능(Radioactivity)‘이라고 이름 붙였고 지금까지 사용하고 있는 것입니다.

 

◆ 방사능은 무엇일까요?

‘방사능’이란 불안정한 원자핵이 안정된 원자핵으로 변하면서 상당한 에너지를 가진 소립자들을 내보내는 성질 혹은 능력을 이야기하는데, 여기서 높은 에너지의 소립자들을 방사선이라고 하며, 발견된 순서에 따라 알파(α), 베타(β), 감마(γ)라고 이름 붙였습니다.

원소는 양성자의 개수(원자번호)에 따라 종류가 달라지고 같은 원소라도 중성자 개수가 다른 것은 동위원소라 부릅니다.

동위원소 중에서도 방사선을 방출하는 원자핵을 ‘방사성동위원소’라고 하는데 이는 의료의 방사선 중 알파선은 알파입자의 흐름입니다.

매우 불안정한 방사성동위원소는 붕괴할 때 알파입자를 통째로 내놓는데 알파입자는 양성자 2개와 중성자 2개로 이루어진 헬륨원자핵으로, 속도가 느리고 무거워 다른 입자와 충돌해 에너지를 쉽게 잃습니다.

따라서 얇은 종이 한 장이나 5cm 정도 두께의 공기층이면 알파입자를 막을 수 있습니다.
베타선은 베타입자의 흐름이다. 베타입자는 중성자가 양성자로 붕괴하는 과정에서 방출된 전자를 말합니다.

입자보다 아주 가볍고 속도가 빨라서 에너지 손실 확률이 낮기 때문에 알루미늄 판 정도는 되어야 막을 수 있습니다.

감마선은 감마 입자의 흐름인 전자기파, 즉 빛을 말합니다.

감마 입자는 에너지를 많이 가진 원자핵이 좀 더 안정된 상태로 붕괴할 때 방출되는 높은 에너지의 광자로 감마 입자는 전하를 띠지 않아 투과율이 높기 때문에 납이나 콘크리트같이 밀도가 높은 물질이 두껍게 있어야 겨우 막을 수 있습니다.

 

방사능의 발견

 

◆ 방사선, 양날의 검과 같은 에너지

방사선은 그 종류와 에너지에 따라 다른 물질과 반응해 부정적인 결과를 낳기도 합니다.

연구가 미처 되지 않아 방사선의 위험성이 알려지기 이전에 라듐은 일상생활에 널리 사용되곤 했습니다.
우라늄보다 방사능이 강한 라듐이 붕괴한 후 생기는 라돈 가스는 머리를 염색하는 데 사용되었습니다.

심지어 라듐에서 생기는 물질이 정신장애를 치료하고 생체리듬을 촉진한다는 근거 없는 소문도 떠돌기도 했는데 그 결과 라듐을 잘못 사용해 방사능에 노출된 많은 사람이 목숨을 잃었습니다.

 

퀴리부인은 방사선이 물리나 화학 분야뿐만 아니라 의학 분야에도 사용되도록 애쓰며, 한편으로는 방사선이 인류에 악영향을 미치도록 잘못 쓰이는 것을 경계했지만 그녀의 바람과는 달리 제2차 세계대전에서 무기로 만들어져 사용되기도 하였습니다.

원자폭탄의 엄청난 폭발과 함께 방사능 물질이 새어 나와 수많은 사람이 죽었고 이후로 방사능은 사람들에게 공포의 대상으로 자리 잡게 되었습니다.

하지만 자연계에도 적은 양이지만 다양한 방사성동위원소가 존재하고 있습니다.
광석, 음식물, 건물 등 우리 생활 곳곳에서 방사능을 띤 물질을 많이 볼 수 있고 우주에서도 많은 방사선이 날아들고 있습니다.

자연계에 항상 존재하는 방사선을 ‘자연방사선’이라고 하는데 우리는 지금 이 순간에도 방사선을 쬐고 있으며 피할 수 없습니다.

자연방사선과는 별도로 방사선을 효율적으로 쓰기 위해 만든 방사선을 ‘인공방사선’이라 하는데, 인공방사선이 있기 전까지 인간을 비롯한 지구 생물체는 자연방사선에 충분히 적응하도록 진화해 왔기 때문에 방사선을 공포의 대상으로 볼 수 없었습니다.

하지만 인공방사선을 이용한 무기가 전쟁에 쓰이거나 원자력 발전소에서 방사능 물질이 누출되는 등 사고가 이어지며 방사선은 무조건 ‘위험한 것’으로 인식되어버렸습니다.

방사능을 인류에게 유익하게 사용하고 그 위력을 제어할 수 있다면, 방사선은 다양한 분야에서 이용할 수 있습니다.

 

X선(엑스레이)은 100여 년 전부터 의료진단에 활용되어 왔으며, 이 공로로 뢴트겐(Wilhelm Conrad Rontgen)제1회 노벨 물리학상을 받기도 하였습니다.

오늘날 첨단 의료장치 중 하나인 양전자방출진단장치(PET: Positron Emission Tomography)는 인공적인 ‘방사성동위원소’를 인체에 투여해 의도적으로 핵반응을 일으켜 인체 내의 생리작용을 실시간으로 진단하는 데 쓰이기도 합니다.

뿐만 아니라 방사능 입자의 파괴력을 이용해 기존의 절제 수술로는 제거할 수 없었던 암세포를 파괴하는 영화에서나 보았던 치료가 가능해졌습니다.

이 외에도 여러 분야에서 방사선은 제 역할을 톡톡히 해내고 있습니다.

물질을 통과한 방사선의 세기 변화를 측정하면 물질의 두께나 밀도를 알 수 있다. 따라서 방사선을 쪼여 두께가 일정한 상품을 만들거나 기계에 생긴 균열, 구멍을 찾을 수 있어 공업 분야에도 유용하게 사용됩니다.

오늘날 우리는 ‘방사능’이라고 하면 부정적인 혹은 공포스러운 것으로만 인식하고 있는 사람이 적지 않습니다.

하지만 알고 보면 방사능은 많은 일을 해낼 수 있는 것이기도 합니다. 어떤 미지의 물질이나 물건들을 연구하고 밝혀낸 인간은 언제나 이를 안전하게 사용하고 긍정적으로 사용하기 위해서 많은 희생을 하였고 결국에는 안전하고 긍정적으로 사용할 수 있게 해왔습니다.

방사능이라고 무조건 두려워하지 않고 이를 올바르고 안전하게 사용할 수 있도록 해 인류의 발전에 이바지하도록 하는 것이 방사능을 바라보는 조금 더 긍정적인 방향이 아닐까요?

 

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