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유전자를 파괴하는 전리 방사선, 무조건 피해야 할까?

  • 2016.11.29.
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과학 시간에는 여러 가지 광선에 대해서 배웁니다. 가시광선, 적외선, 감마선 등등 왜 그렇게 ~광선으로 끝나는 게 많았는지 외우기가 어려울 정도였죠. 그 광선 중에는 이로운 것도 있고, 해로운 것도 있는 거로 기억하는데요. 많은 분들이 헷갈려 하시는 여러 광선은 무슨 차이가 있으며, 어디에 쓰이는 것일까요?

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원자력안전법 제2조에 의하면 ‘방사선은 전자파 또는 입자선 중 직접 또는 간접으로 공기를 전리(電離)하는 능력을 가진 것으로서 대통령령으로 정하는 것을 말한다.’ 이라고 명시되어 있습니다. 방사선은 크게 2가지 종류로 나누어집니다. 인체에게 직접적으로 피해를 주지 않는 비전리 방사선과, 피해를 주는 전리 방사선(세포나 분자를 파괴하는)으로 구분됩니다. 우리가 흔히 알고 있는 전파, 가시광선, 적외선, 자외선도 방사선의 범주에 포함되지만, 비전리 방사선으로 구분합니다. 반면, 우리 몸에 영향을 끼치는 전리 방사선에는 알파, 베타, 감마, X선 등이 있으며, 4가지 특징을 가지고 있습니다.

  • 목표에 에너지를 전달한다. (transfer energy to target)
  • 물리적 구조를 깨뜨린다. (disturb physical structure)
  • 화학적 특성을 변화시킨다. (change chemical characteristics)
  • 생체의 기능을 저해한다. (interrupt biological functioning)

물리학계에서는 위에서 소개한 4개의 방사선 외에도 양성자, 핵분열파편, 하전 파이온, 중이온 등을 전리 방사선의 범주에 포함시킵니다. 그러나 오늘은 가장 많이 알고 있는 알파선, 베타선, 중성자선, X선, 감마선에 대해서 알아보겠습니다.

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원자력 전지의 재료, 알파선

중성자 2개와 양성자 2개로 구성되어 있으며, α선이라고 부릅니다. 이 구성은 헬륨의 원자핵 구성과 같습니다. 즉 헬륨의 원자핵이 고속으로 튀어나오는 것을 알파선이라고 보셔도 됩니다. 방사선은 질량이 클수록 관통력이 떨어지는데, 알파선은 상당히 무거운 축에 속하기 때문에 A4 종이 한 장도 뚫지 못하고, 공기 중에서도 몇 cm 이상을 나아가지 못합니다. 그래서 인체나 자연에 미치는 영향은 상당히 미미합니다.

그러나 알파선을 방출하는 방사능 물질이 체내에 들어가게 되면 이야기가 달라집니다. 종이 한 장보다 가까운 거리에서 인체의 세포가 접촉하게 되면, 호두를 망치로 내리치면 으깨지듯이, 세포가 박살이 나게 됩니다. 알파선 자체가 에너지를 많이 가지고 있기 때문이죠. 실제로 영화 헐크 캐릭터를 만든 감마선보다 생체파괴력이 훨씬 강한 수준입니다. 그러나, 알파선을 관리만 잘하면 큰 도움이 될 수 있습니다. 실제로 알파선을 방출하는 방사성물질은 원자력 전지의 연료로도 사용되고 있습니다. 화재용 연기 탐지기도 알파선을 공기 중에 방출하는 아메리슘을 이용한 방식을 쓰고 있습니다.

방사성 가중치: 방사선의 종류와 에너지에 의한 영향 정도가 다르다는 사실을 고려하여 만든 계수

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매우 가벼운 베타선

방사성 원자핵이 β(베타)붕괴할 때 방출되는 방사선입니다. 빠르게 움직이는 전자로 이루어져 있으며 이 입자를 β(베타)입자라고 합니다. 베타선의 최대 에너지는 약 0.2MeV 정도이며 투과력은 알파선과 감마선의 중간 정도입니다. 전자의 질량(=양전자의 질량)이 가벼운 축에 속하기 때문에 관통력이 알파선보다는 높지만 피부를 통과하지 못하는 경우가 많습니다. 대신, 피부 표면에 방사선 화상을 일으킬 가능성이 높습니다. 방사선 화상은 겉으로 보기에는 일반 화상과 비슷하지만, 나중에 암이나 피부병을 유발할 가능성이 높으며, 상처를 입은 부위의 유전자가 변이해서 피부이식이 불가능한 경우도 있습니다.

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핵융합, 핵분열의 중심 중성자선

중성자로 구성된 입자선입니다. 속도에 따라 고속중성자선, 저속중성자선으로 구분하며, 투과력이 알파선이나 베타선보다 큰 편입니다. 이는 전하가 없어 전자나 양성자에 영향을 받지 않기 때문입니다. 감마선보다는 투과력이 강하기도, 낮기도 합니다. 감마선은 원자번호가 높은 물질에 대해서는 투과력이 떨어지기 때문이죠. 중성자선은 일반적으로 인체에 위험한 편입니다. 인체를 구성하는 원자들이 중성자를 잘 흡수하고 방사성 동위원소를 만들어내기 때문입니다. 특히 중성자선의 충돌로 만들어진 동위원소는 반감기가 짧은데, 그 짧은 기간 동안 엄청난 방사능을 내뿜어 냅니다. 즉, 중성자선이 닿은 우리 몸은, 방사성 동위원소를 스스로 만들어 낸다는 거죠.
중성자선을 막는 것은 납보다는, 수소를 포함한 물질(물, 파라핀)이 효과적입니다. 중성자와 질량이 거의 비슷한 수소원자와 충돌 시 에너지 손실이 최대로 되기 때문입니다. 콘크리트도 내부에 수분을 포함하고 있기 때문에 두꺼운 콘크리트 벽을 둘러싸서 막기도 합니다.

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한 번쯤은 찍어본 X선

뢴트겐(W. C. Röntgen, 1845-1923) 이 1895년에 발견한 X선은 가시광선 파장의 약 1/1000에 해당하며, 전자가 핵과 충돌할 때 빠른 감속에 의해 생기거나, 원자 내의 빈 궤도 (vacant orbits) 가 전자를 포획할 때 발생합니다. 원자들과 쉽게 반응을 하지 않는 X선의 특징을 이용하여, 일반의학과 치과 진단, 그리고 물체의 비 파괴 검사에서 이용되고 있습니다. X선 덕분에 의학기술이 매우 빠르게 발전한 의학 계열에서는 주로 뼈의 이상 여부를 확인하는 데 사용합니다. X선 역시 방사선이기 때문에, 암을 유발할 가능성이 있습니다. 그러나 한 번에 X레이를 수 백번 이상 찍지 않는 이상 크게 걱정할 일은 없습니다. 그러나 임산부는 태아가 방사선에 상당히 민감하기 때문에 가급적이면 X선 촬영을 피하는 편입니다.

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헐크를 만든 감마선

영화 헐크에서는 방사능을 연구하던 브루스 배너 박사가 감마선에 노출되어, 녹색 거인 ‘헐크’로 변신하게 됩니다. 여러 방사선 중에서도 가장 강한 에너지를 가지고 있는 감마선은 알파나 베타선에 비해 투과성이 매우 높습니다. 인체나 생물에 장시간 쬐게 되면 세포가 파괴되고, DNA 사슬이 끊어져 암을 유발할 수도 있습니다. 그러나 일상생활에서 감마선으로 인해 직접적으로 피해를 입을 일은 거의 없습니다. 오히려 감마선은 투과력이 강한 특징으로 암세포 치료, 심근경색 등의 질병 진단, 식품 멸균 등 다양한 분야에서 활용되고 있는 편입니다.

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사실 우주에서는 지금도 감마선이 쏟아지고 있습니다. 태양이 빛을 내는 핵융합 과정에서는 발생하는 엄청난 양의 감마선은 계속해서 지구로 향하고 있습니다. 그러나, 지구 대기의 오존층이 대부분을 흡수하기 때문에 우리에게는 영향을 끼치지 않는 것입니다. 다만, 태양이 백억 년 동안 만드는 에너지가 몇 초라는 짧은 순간에 방출되는 감마선폭풍(Gamma-ray burst)이 발생하게 되면, 피해는 예상할 수가 없습니다. 실제로 4억 4,500만 년 전의 지구에는 우주에서 발생한 감마선 폭풍이 몰아쳤습니다. 이로 인해 당시 지구상의 해양 생물 50%가 멸종했으며, 종. 완족류, 태선류(이끼벌레)의 2/3가 멸종했다고 합니다.

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지피지기백전불태

지금까지 알파, 베타, 중성자, 감마, X선 등 전리 방사선에 대해 알아보았습니다. 전리 방사선은 인체에 피해를 줄 수도 있지만, 관리를 잘하기만 하면, 다양한 분야에서 사용할 수 있습니다. 중국의 유명한 병법서인 손자병법에는 지피지기백전불태(知彼知己百戰不殆)이라는 말이 있습니다. 적을 알고 나를 알면 백 번 싸워도 위태롭지 않음이라는 말처럼, 방사선에 대해, 방사선이 우리에게 주는 영향에 대해서 확실히 알고 사용하면, 더욱 효과적으로 이용할 수 있지 않을까요?

필진 : 윤용현 필진
출처
Medical Daily
Wikipedia
Mirion Technologies
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