방사능

동기

유해하다고 여겨지는 방사능이 왜 유해하고, 어떠한 방사능으로 인한 피해가 있었고, 그럼에도 이를 이용하는 이유를 알아보기 위할 뿐만 아니라 앞으로 더욱 발전할 원자력 발전에 대하여 이해하고, 방사능에 노출될 위험 또한 커질 수 있기에 그 심각성에 대해 알아보고, 대비하기 위한 취지로 이 주제를 결정하게 되었다.

 

방사능의 정의

불안정한 원소의 내부로부터 방사선이 방출하는데, 이 방사선의 세기를 방사능 이라고 한다. 방사선은 물질 안에서 불안정한 핵의 붕괴에 의해 방출되는데 알파입자(헬륨원자핵), 전자, 전자기파(감마선), X선, 중성자 등을 내놓고 안정한 원자핵으로 바뀐다. 이러한 현상을 방사성 붕괴라고 한다. 이런 성질을 가진 원자핵을 방사성 핵종이라 하고, 방사성 핵종을 함유하는 물질을 방사성 물질이라고 한다.

 

 방사능(방사성붕괴, 방사선)의 종류

방사성 붕괴현상 중 알파붕괴는 핵이 다른 핵종으로 변환될 때 헬륨원자핵을 방출하여 안정한 원소가 되는 과정이다. 그 결과 원래의 핵은 질량수가 4, 원자번호가 2 감소한 핵으로 변환된다. 베타붕괴는 원자핵 안에서 양성자가 중성자로 변환되거나 그 역으로 변환되는 핵붕괴 과정이다. 베타붕괴로 인해 안정된 원자에서는 적절한 양성자와 중성자의 비율이 유지되며 전자를 방출한다. 이 과정에서 양성자가 줄어들면 원자번호가 감소하고, 양성자가 늘어나면 원자번호가 증가한다.

감마붕괴는 불안정한 원자핵이 알파, 베타 붕괴 이후 들뜬상태(에너지를 받아서)로부터 안정된 상태로 돌아오는 과정에서 전자기파를 방출하며 이를 감마선이라고 한다. 감마붕괴는 핵의 변환과 직접적 관계가 없으며 핵의 질량수나 원자번호의 변화가 없다이러한 붕괴에서 나타나는 방사선들은 각각의 특징이 있다.

먼저 α선은 고속 헬륨 원자핵의 흐름으로 양성자 2개, 중성자 2개의 강하게 결합된 입자이다. 투과력이 가장 약하여 종이 1장도 투과하지 못해 공기 중에서 수 cm 진행 후 멈추게 된다.

β선은 고속의 전자의 흐름으로 투과력이 α선 보다는 강하지만 세지는 않다. 공기 중에서 수 m를 이동하고 정지한다.

γ선은 짧은 파장을 가진 전자기파 이다. 전하량이 없고, 투과력이 α, β선보다 좋다.

 

원자핵과의 관계

방사능은 원자핵에서 방사선이 자발적으로 나오는 현상이다. 이는 원자핵 구조와 밀접한 관계가 있다. 양성자 상호간의 반발력으로부터 핵을 지키기 위한 핵력만을 지닌 중성자가 존재하여 안정을 유지하고 있다. 어느정도 무거운 핵(보통 원자번호 83이상)이 되면 불안정하게 되어 그중에 특별히 안정된 양성자, 중성자 2개가 핵 밖으로 방출되는 것이 알파붕괴, 중성자 혹은 양성자가 핵 안에서 존재율이 지나치게 높은 핵에서는 서로 변환되어 전자가 방출되는 베타붕괴가 일어나게 되는 것이다.

 

방사성물질의 반감기

반감기란 특정 방사성물질의 양이 반으로 줄어드는 데 걸리는 시간을 말한다. 방사성붕괴 현상에서 어떤 핵이 붕괴할지는 알 수 없으며 확률적으로 정해진다. 그렇기에 같은 방사성물질이라면 핵의 개수가 반이 되는, 즉 반감기가 원래의 원자수에 무관하며 핵종에 따라 항상 같다는 것을 알 수 있다. 이처럼 반감기는 핵종에 따라 고유한 값을 가지기 떄문에 방사성핵종의 특징을 나타내는 물리량의 하나이다. 그렇기에 반감기는 어떤 물질의 생성연대를 알아보는 데 많이 이용된다. 방사성핵종과 그 핵종이 붕괴되면서 만들어진 물질의 존재비율을 알면 반감기를 이용하면 알아낼 수 있기 때문이다.

또한, 이 반감기로 우리가 방사능을 걱정하는 이유를 알 수 있다. 연료나 방사성 폐기물에서 나오는 방사능의 반감기가 짧으면 많은 방사능이 나오기에 위험하고 반감기가 길면 오랜 시간이 지나도 방사성 물질이 없어지지 않기 때문에 위험하기 때문이다. 이처럼 반감기는 방사성물질의 중요한 특징이자 우리에게도 중요한 특징이다.

 

1방사선의 이용

농업분야

㉠ 품종개량: 방사선에 의한 돌연변이를 이용하여 기본품종의 우수한 특징만 보존하여 개량하는 기술 이용 수단: X선 ·γ선(감마선) ·중성자

㉡ 해충구제: 해충에 방사선을 쏘아 교미시킨 뒤 수정란이 생기지 않는 불임화충방충방사법 이라는 기술 이용 수단: X선

㉢ 식품조사: 살균·살충·발아 억제 등을 위하여 식품에 방사선을 쐬는 기술

이용 수단: 방사성 동위원소(주로 코발트 60, 세슘 137), γ선(감마선), 전자선, X선

 

의료분야

방사선치료

㉠ 사이버 나이프: 신체 어느 부위라도 안전한 방사선 수술을 위해 개발된 정위방사선 치료 시스템 이용 수단: X선

원리: 움직이는 로봇팔에 의해 1248개의 방향에서 원하는 신체 부위로 방사선을 조사하면서 치료함

㉡ 감마나이프: 두피나 두개골을 절개하지 않고 감마선을 사용해 머리 속의 질병을 치료하는 최첨단 뇌수술 장비

이용 수단: 방사성 동위원소(코발트 60), γ선(감마선),

원리: 마치 돋보기가 햇빛을 모이는 것 같은 방식으로 201개의 다른 방향에서 쏘아진 고에너지의 감마선이 병소에만 들어가 치료함

 

방사선촬영

㉠ X선 촬영[X-ray]: 방사성 원소에서 나오는 X선의 투과성을 이용해 각종 부위를 진단하는 데 쓰이는 장치

㉡ 컴퓨터 단층촬영[computed tomography, CT]: X레이를 이용해 인체의 단면을 촬영하는 방법

㉢ 양전자 단층촬영[positron emission tomography, PET]: 포도당과 유사한 양전자를 방출하는 방사성 의약품을 주사해 전신의 대사상태의 미세한 변화를 촬영하는 방법

참고자료: 국회도서관자료