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방사선, 방사성, 방사능! 무엇이 다를까?

  • 2017.06.20.
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방사선이란

방사선은 일종의 에너지 흐름이다. 에너지가 너무 높은 물체가 안정을 되찾으려 에너지를 내보내는 수단으로서 그 형태는 입자나 전자파이다. 전구가 내는 빛이나 난로가 내는 적외선도 방사선이고 통신에 사용되는 전파도 방사선이다. 빛이나 전파는 물질에서 이온을 만들지 않는 비전리방사선인 반면, X선이나 감마선 등은 이온을 만들 능력이 있는 전리방사선이다. 여기서 전리란 중성인 원자 또는 분자에서 전자를 방출시켜 이온을 생성하는 과정을 말한다.

알파 방사선은 양성자 둘과 중성자 둘이 뭉친 헬륨의 원자핵과 같으며 양전기를 띤다. 알파입자는 크고 무거워 투과력이 매우 약해 인체 피부의 보호층을 투과하지 못한다. 베타 방사선은 에너지가 높은 전자이다. 베타입자는 작고 가볍기 때문에 물이나 인체 조직의 1cm 정도까지 침투할 수 있다. 감마선은 에너지가 높은 전자파여서 물질 투과력이 강하다. X선도 그것이 발생하는 위치만 다를 뿐 그 본질은 감마선과 같다(감마선은 원자의 핵에서 발생되고 X선은 원자의 전자궤도에서 발생함). 중성자는 원자핵에서 방출되는 입자로서 전기를 띠지 않아 물질 속을 자유롭게 다닐 수 있고 그래서 투과력이 강하다. 중성자가 다른 원자에 흡수되면 그 원자를 방사성핵종으로 변환시킬 수 있다.

방사성물질

방사선을 내는 원천을 방사선원(또는 줄여서 선원)이라 부르는데 본성적으로 방사선을 내는 방사성 원자를 함유한 물질이 있는가 하면 방사선을 내도록 인공적으로 만든 기계장치도 있다.

원자의 종류를 ‘핵종’이라 부른다. 핵종은 그 원자핵 속에 있는 양성자와 중성자 수에 따라 결정된다. 보통의 수소는 핵에 양성자 하나만 있어 기호로 1H로 적고, 삼중수소는 핵에 양성자 하나와 중성자 둘을 가진 수소이므로 3H로 나타낸다.

불안정하여 방사선을 내는 성질이 있는 원자가 ‘방사성핵종’이다. 1H는 안정된 보통의 수소이지만 ³H는 불안정하여 베타 방사선을 내고 안정된 3He으로 바뀐다.

방사성핵종의 농도와 총량이 기준을 넘는 물질이 ‘방사성물질’이다. 공식 용어는 방사성물질이지만 종종 ‘방사능물질’이라고도 부른다. 방사성물질이 되는 기준은 방사성핵종의 위해도 등급에 따라 차이가 있으며 법규에서 그 값을 정하고 있다. 인체를 포함해서 세상의 모든 물체는 천연 방사성핵종이 다소 포함되어 있어 방사선을 내지만 대부분 기준치 미만이므로 방사성물질이라 부르지 않는다.

방사능과 방서선의 관계

방사능이란 어떤 물체가 방사선을 방출할 수 있는 능력 또는 방사성동위원소의 강도를 말한다. 방사능의 기본 단위로 베크렐이 사용되는데, 1Bq이란 방사성동위원소가 1초 동안 1회 붕괴하는 방사능의 크기를 말한다.

주어진 물체의 방사능은 그 안에 있는 방사성핵종의 원자 수와 그 핵종의 붕괴확률의 곱이 된다. 붕괴상수는 방사성핵종마다 다르며 고유한 값을 갖는다. 1kg인 나무토막에는 ¹⁴C의 붕괴상수가 초당 3.83×10^-12 이므로 이 나무토막에는 14C원자가 3.4×10^13개 들어 있다는 의미이다.

방사능과 방사선의 관계는 전구의 소모 전력과 그것이 내는 빛에 대비된다. 방사능은 소모 전력, 빛은 방사선에 해당한다. 소모 전력이 큰 전구가 더 밝은 빛을 내듯 방사능이 큰 방사성물질이 더 많은 방사선을 낸다. 전구도 종류에 따라 같은 소모 전력에서 내는 빛의 강도가 다르듯이(LED 전구는 백열구보다 훨씬 밝은 빛을 냄) 방사능이 같아도 방사성물질 안에 있는 방사성핵종의 종류에 따라 내는 방사선의 종류나 수가 달라진다.

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방사성 원자는 언젠가는 방사선을 내면서 붕괴하여 안정 핵종으로 변환되므로 주어진 물체 안에 있는 방사성 원자의 수는 점차 감소한다. 따라서 방사능도 비례적으로 감소하는데, 그 방사능이 처음 방사능의 절반으로 줄어드는 데 걸리는 시간을 ‘반감기’라 한다. 반감기도 방사성핵종마다 다르다. 238U의 반감기는 45억 년으로 매우 길며, 14C는 5,730년, 137Cs은 30년, 131I는 8일이다.

자연방사선과 인공방사선

모든 방사선의 에너지의 흐름인 자연현상이다. 다만, 그것을 내는 방사선원이 천연적인 것인가 인공적인 것인가를 구분하기 위해 ‘자연방사선’, ‘인공방사선’이라고 부른다. 암석에 천연으로 함유된 우라늄이 내는 방사선은 자연방사선인데 같은 우라늄이라도 핵연료로 사용하기 위해 정광하여 농축한 우라늄은 인공적으로 가공하였기 때문에 이것이 내는 방사선은 인공방사선이 된다. 병원의 X선 장치가 내는 X선은 인공방사선이다.

천연에 존재하는 방사성핵종으로는 땅속의 광물인 우라늄, 토륨 및 이들이 붕괴하여 생성하는 여러 가지가 있고 그밖에도 40K, 3H, 7Be, 14C 등이 있다. 이러한 천연 방사성핵종이 땅이나 공기 중에 존재하기 때문에 물에도, 동식물 몸속에도 들어가게 된다. 오늘 먹은 음식물에도, 지금 숨 쉬고 있는 공기 중에도 천연 방사핵종이 있기 때문에 지금 내 몸 속에도 방사능이 있다. 특히 라돈은 가장 중요한 방사선 피폭원 중 하나이다.

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우주의 별의 에너지원은 핵융합 반응이므로 별은 빛과 함께 다양한 방사선을 낸다. 이 방사선이 우주방사선이다. 공기의 차폐 효과 덕분에 지표에서 우주방사선의 강도는 미미하지만 국제선 항공기 운항 고도에서는 지표보다 10배 정도 높아 항공 승무원에게 유의한 피폭을 준다. 대기권 밖 우주정거장에서는 공기 차폐가 없으므로 우주방사선 강도가 훨씬 강하여 사람이 장기간 머무를 수 없다. 인공위성이 수명을 다하는 것도 주로 우주방사선에 의해 전자부품이 손상되어 통신이 두절되기 때문이다.

인공방사선과 자연방사선의 위험성

방사선의 원천은 자연적인 것과 인공적인 것으로 구분할 수 있지만 그것이 내는 방사선은 본질적으로 같다. 따라서 방사선 자체는 어느 것이 더 위험하다고 말할 대상이 될 수 없다. 사람이 낸 산불이나 자연적으로 발화된 산불이나 모두 같은 산불이다. 위험은 방사선원의 유형이 아니라 그것이 내는 방사선에 얼마나 많이 노출되는가가 결정한다. 무엇이 산불을 냈느냐가 아니라 산불에 얼마나 가까이 있느냐가 위험을 결정하는 것과 같다.

인공적 방사선원은 어딘가 이용하기 위해 만든 것이므로 일반적으로 그 선원의 강도가 자연적인 것보다 강하기 때문에 같은 거리에서 같은 시간 동안 노출되면 노출량이 더 많고 따라서 위험도 높다. 이 때문에 흔히 인공방사선이 자연방사선보다 위험하다고 말하는 경우가 있다. 그러나 인공방사선도 노출량이 적으면 안전하고, 자연방사선도 노출량이 많으면 위험하다. 일부 지역의 특정 주택은 실내 공기 중 라돈(자연방사선) 농도가 높아 폐암 위험이 용인하지 못할 정도로 높은 경우도 있다.

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방사선 활용

방사선을 잘못 사용할 경우 사람을 해칠 수도 있다는 것은 오래 전부터 알려져 왔다. 그러한 위험에도 불구하고 방사선을 사용하는 이유는 그 위험보다 훨씬 큰 이득이 있기 때문이다. X선 없는 병원을 생각할 수 있는가? X선, CT 등 방사성핵종으로 질병을 바르게 진단하거나 암을 치료함으로써 생명을 구한 사람 수는 가늠하기 힘들 정도로 많다.

가장 활발한 방사선 이용은 의료 분야이지만 그 밖에도 방사선은 여러 방면에서 우리의 삶을 뒷받침하고 있다.

금속판이나 종이의 생산, 캔 음료 생산을 포함하여 많은 제조업에서 방사선을 게이지로 사용하고 있고, 철골 구조물이나 도시가스관용접부 건전성을 검사하는 데도 방사선 투과 촬영이 이용된다. 물질의 구조를 밝혀 신소재를 개발하거나 신진대사를 추적하여 신약을 개발하는 데도 마찬가지이다. 주사기나 붕대와 같은 의료 용품이나 화장품은 방사선으로 멸균하여 세균의 감염을 막는다. 방사선 육종으로 병충해에 강하거나 수확이 많은 농작물 품종을 개발하고 아름다운 화훼 작물도 만든다.

현대 문명의 꽃인 컴퓨터나 전자제품의 핵심 소재인 반도체를 제조하는 데도 방사선이 필요하다. X선 검색기가 없어 보안 요원이 수하물을 열어 일일이 검사한다면 프라이버시 침해는 물론이고 공항에 두 시간 전이 아니라 하루 전에 가야 할지도 모른다. 배기가스나 폐수를 정화하는 데도 방사선이 이용되며 공기나 물, 식품에 어떤 오염 물질이 얼마나 있는지 분석하는 데도 방사선을 이용하고 있다.

방사선은 우리 눈에 보이지도 않고 냄새도 나지 않는다. 그 실체를 사람의 오감으로 판단할 수 없는 불확실성으로 인해 방사선의 위험성이 실제보다 더 부풀려지기도 한다. 방사선은 인공적으로 발생하기도 하지만 천연에 늘 존재하는 일종의 에너지 흐름이다. 중요한 것은 어떻게 이용하느냐, 그리고 인체에 얼마나 영향을 미치는가를 판단하여 관리하는 것이다.

글·사진 출처
원자력 상식사전 발췌

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