요즘 국제적으로도 핵개발과 핵무기 및 원자력발전 등에 관하여 많은 관심거리가 되고 있다.
이제 이 분야와 밀접한 관계에 있는 것으로 방사능과 방사선에 관하여 상식차원에서 간략히 소개해 보고자 하는데 그 내용과 순서는 다음과 같다.
* 방사능(radioactivity)이란?
* 방사선(radioactive rays)은 이런 것!
* 방사선의 종류
* 방사선의 양과 단위
* 방사선이 인체에 미치는 영향
* 방사선의 이용
* 방사선 안전
1. 방사능(radioactivity)이란?
모든 물질은 원자(atom)로 이루어져 있고, 원자는 핵(nucleus)이 있으며, 이 핵은 양성자(proton)와 중성자(neutron) 그리고 기타 여러 가지 소립자들로 구성되어 있다.
특히 핵 속의 양성자의 수와 중성자의 수가 안정 상태를 이루면 그 원자는 계속 그러한 안정한 상태를 유지한다. 그러나 양성자의 수와 중성자의 수가 균형을 잃으면 그 핵은 불안정하여, 이 두 수가 균형을 이루어 안정할 때까지 계속 변하려고 한다.
따라서 방사능이란 방사성 붕괴라고도 부르며 물질을 이루고 있는 핵이 불안정한 상태에서 안정된 상태로 되면서 발생하는 각종 에너지로서 (알파)선, (베타)선, (감마)선, 중성자선 및 기타 전자기파 등을 방출하는 것을 말한다.
2. 방사선(radioactive rays)은 이런 것!
어떤 원소는 그 화학적 성질은 같으나 중성자의 개수 차이로 다른 형태를 하고 있는 것이 있다. 즉 원자번호는 같으나 질량수가 다른 원소를 동위원소(isotope)라 하고, 이들 중 불안정한 동위원소를 방사성 동위원소(radioisotope : RI)라고 한다.
여기서 아이소(iso-)는 “같은”, “동등한” 혹은 “같은 장소의”란 의미를 갖는 접두어이며, 특히 이용도가 높은 방사능 물질은 그 원소 이름 앞에 방사성 또는 “radio”란 말을 붙인다.
예로서 원자번호 6인 탄소 -12()는 안정한 원소이나 중성자가 6개보다 많은 7개인 탄소-13은 탄소의 동위원소이다. 불안정한 탄소-14()역시 탄소의 방사성 동위원소이며, 이 핵은 베타()입자라고 하는 빠른 전자를 방출함으로서 안정을 되찾는다.
방사성 동위원소는 지구가 생겼을 때부터 자연계에 존재하는 자연 방사성 동위원소가 있으며, 원자로나 가속기 등에서 특정 목적을 위해 인공적으로 만들어낸 인공 방사성 동위원소가 있다.
대표적인 자연방사성 동위원소는 탄소-14나 라돈, 라듐 또는 우라늄 계열의 동위원소로서 수백 종에 달하며 인공 방사성 동위원소는 F-18, 코발트(Co)-60 및 요오드(I)-131 등으로서 천수백종에 이른다.
이러한 방사선을 방출하는 방사능 물질은 그 물질내의 원자들이 변환되어 안정한 원자가 되므로 방사성을 띠는 원자의 개수는 시간이 경과함에 따라 감소하게 된다.
이러한 현상을 방사선붕괴 또는 감쇠현상이라고 하며 방사능물질이 절반으로 감소하는데 걸리는 시간을 반감기 (half life) 라고 한다.
예를 들어 화석이나 유물의 연대를 측정하는데 사용되는 방사성 탄소인 탄소-14는 반감기가 5730년이다. 이것이 또 5730년 후에는 없어지는 것이 아니고 앞의 양의 절반이 되는 기간인 것임을 이해해야 한다.
3. 방사선의 종류
방사선은 앞서 설명한 대로 불안정한 핵이 안정한 상태로 되면서 방출하는 에너지 즉 알파()선, 베타()선, X선, 중성자선, 뮤온, 이온 등을 말한다.
알파()선은 라듐과 같이 많은 수의 핵자(nucleon)로 구성된 원자핵에서 양성자 2개와 중성자 2개로 구성된 입자 즉 헬륨 원자핵의 방출을 의미한다.
그리고 선, 선, 양자선(proton) 등은 하전입자선(charged particle)으로서 다른 물질들을 직접 전리하는 능력이 있어 ‘직접전리 방사선’이라 칭한다.
그리고 자체 전하를 갖지 않는 중성자선과 전자파인 X선은 그 자체로서의 전리 능력은 없으나 이들이 다른 물질과의 상호작용한 결과로 생기는 하전입자에 의한 전리 능력이 있어 그런 이유로 ‘간접전리 방사선’이라 한다.
그리고 각종 전자파나 자외선, 적외선, 가시광선 및 우주로부터 날아오는 우주선 (cosmic ray) 등도 선, X선과 함께 전자기 방사선의 일종이다.(계속)