방사선

방사선은 무엇인가요

원자는 원자핵 속 양성자와 중성자의 비율에 따라 안정하기도 하고 불안정하기도 해요. 불안정한 원자핵은 특정한 입자나 빛을 내놓으면서 안정한 상태로 바뀌려는 성질이 있고, 이때 나오는 입자나 빛이 방사선이에요. 방사선은 눈에 보이지 않고 냄새도 맛도 없어요.

한국원자력연구원은 방사선을 크게 입자 형태와 빛이나 전파 형태로 나눠요. 입자 형태의 방사선에는 알파선, 베타선, 중성자선이 있고, 빛이나 전파로 존재하는 방사선에는 감마선과 X선이 있어요.

방사선, 방사능, 방사성은 같은 말인가요

세 말은 비슷해 보여도 의미가 달라요. 방사선은 빛과 같은 에너지를 지닌 보이지 않는 광선이고, 방사능은 방사선을 내뿜는 능력이며, 방사성 물질은 그 능력을 지닌 물질이에요. 전구로 비유하면 전구가 내는 빛이 방사선, 전구의 밝기가 방사능, 전구 자체가 방사성 물질이에요.

방사선은 어떻게 나오나요

방사성 원자핵이 붕괴하면서 방사선이 나와요. 알파 붕괴는 2개의 양성자와 2개의 중성자를 가진 입자가 핵에서 빠져나가는 과정이고, 우라늄, 토륨, 라듐 같은 무거운 원소에서 일어나요. 예를 들어 우라늄-238이 알파 입자를 내놓으면 토륨-234가 돼요. 베타 붕괴는 중성미자와 함께 전자가 핵에서 나오는 과정이고, 핵 속 중성자 하나가 양성자로 바뀌어요. 세슘-137이 베타 붕괴를 하면 바륨-137이 돼요.

알파 붕괴나 베타 붕괴 뒤 핵에 남는 잉여 에너지는 전자기파인 감마선으로 내보내서 안정해져요. 대부분의 알파 방출체와 베타 방출체는 붕괴하는 동안 감마선도 함께 내놓아요.

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방사선을 내는 원자 수는 시간이 지날수록 줄어요. 처음의 절반이 되는 시간을 반감기라고 하고 방사성 동위원소마다 고유한 값을 가져요.

방사선의 종류와 투과력은 어떻게 다른가요

방사선은 크게 전리 방사선(이온화 방사선)과 비전리 방사선으로 나눠요. 전리 방사선은 분자에서 입자를 떼어 이온화시킬 수 있는 방사선이고, 보통 방사선이라고 하면 이쪽을 말해요. 알파선, 베타선, 엑스선, 감마선, 중성자선이 포함돼요.

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질량이 클수록 관통력이 떨어져서, 알파선은 물질에 에너지를 많이 전달할 수 있어요. 알파선이 방출되는 대표적인 예가 라돈 가스(Rn-222)예요. 알파선 선원이 상처 난 피부, 호흡, 섭취로 체내에 많이 들어오면 인체가 손상될 수 있어요.

직접 전리와 간접 전리는 무엇이 다른가요

알파선, 베타선, 양성자처럼 전하를 띤 방사선은 물질을 지날 때 원자를 직접 이온화해서 직접 전리 방사선이라고 해요. 전하가 없는 중성자선과 감마선, X선은 그 자체로는 전리 능력이 없지만 물질과 상호작용해 생긴 고속 전자가 이온화하므로 간접 전리 방사선이라고 해요.

비전리 방사선은 무엇인가요

분자 구조에 영향을 주지 않는 방사선이에요. 자외선, 가시광선, 적외선, 마이크로파(레이다), 극초단파(이동전화), 초단파(TV), 중파(라디오), 장파(전력선, 가전제품) 등이 여기에 들어가요.

방사선은 어떤 단위로 재고 대표적인 예시는 무엇인가요

방사능의 단위는 1초에 한 번 붕괴가 일어나는 것을 1베크렐(Bq)이라고 해요. 표준 단위를 쓰기 전에는 퀴리(Ci)를 썼고 1Ci는 3.7×10의 10제곱 Bq예요. 베크렐은 방사능의 발견으로 알려진 과학자의 이름에서 왔어요.

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방사선 발견의 대표적인 실험은 1895년 뢴트겐의 실험이에요. 뢴트겐은 고진공 상태의 유리관 속에 음극과 맞은편 양극 구리판 표적을 두고 고전압을 걸었어요. 음극의 전자가 양극판 쪽으로 가속되어 구리판 표적과 부딪히자 투과력이 매우 강한 방사선이 나왔고, 뢴트겐은 정체를 모르는 방사선이라는 뜻에서 X선이라고 불렀어요. X선은 두 가지로 나뉘어요. 특성 X선은 들뜬 전자가 바닥 상태 궤도로 내려가며 내놓는 것이라 에너지가 하나로 정해져 있고, 제동복사선은 고에너지 전자가 텅스텐이나 구리 같은 무거운 금속 표적의 원자핵 근처에서 휘어지며 에너지를 잃을 때 나와요. 이런 X선 발생 장치는 병원에서 의료용으로 많이 쓰여요.

방사선의 발견과 역사는 어떻게 되나요

방사선은 자연에 존재하는 방사선과 인위적으로 만든 인공 방사선으로 나뉘어요. 방사능의 국제 단위 이름이 방사능의 발견으로 알려진 베크렐에서 왔다는 점에서 보듯 방사선은 방사능의 발견과 함께 알려졌어요. 표준 단위를 쓰기 전에는 퀴리를 썼고 지금은 베크렐을 써요.

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1895년의 X선 발견은 방사선을 알아 가는 첫걸음이었어요. 1941년부터 쓰인 아이오딘-131은 갑상선 기능 항진증 치료에 주로 쓰이는데, 갑상선은 다른 장기보다 4,000~5,000배 높은 비율로 아이오딘을 받아들여요. 그래서 이 약을 먹으면 방사선이 갑상선 조직을 망가뜨려 호르몬이 더 만들어지지 않게 돼요. 한국에서는 1957년 갑상샘 중독증 치료가 방사성의약품을 처음 쓴 사례이고, 1963년 코발트-60 암 치료 기기 도입으로 방사선의학의 새 장이 열렸어요.

방사선은 생활 속에서 어디에 쓰이나요

인공 방사선은 의료의 X선 촬영부터 산업 현장, 종자 개량, 해충 방제까지 폭넓게 쓰여요. 방사선은 칼처럼 요리에는 유용하지만 잘못 다루면 흉기가 되는 것에 비유되고, 어떻게 관리하고 이용하느냐에 따라 이로울 수도 위험할 수도 있어요.

방사성동위원소(RI)의 쓰임은 병원 안에만 있지 않아요. 암을 치료하고 CT나 PET로 몸속을 살피는 일 말고도 새 의약품을 개발할 때, 오래된 유물이 언제 만들어졌는지 가늠할 때, 물체의 두께를 잴 때, 부수지 않고 안쪽을 검사할 때도 써요. 탄소의 방사성동위원소인 탄소-14는 유물에 남은 양을 재서 연대를 가늠하는 데 쓰고, 원자력 발전에서는 우라늄-235와 우라늄-238이 연료로 쓰여요.

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치료용 가운데 알파선을 내는 아스타틴-211은 전이·말기 신경내분비종양과 전립선암 치료에 쓰여요. 알파선을 내는 방사성동위원소는 베타선을 내는 것보다 수십에서 수백 배 높은 에너지를 가져 암 치료 효과가 높고, 정상 세포의 손상 없이 암세포를 파괴해 재발 위험이 적다고 소개돼요.

방사선을 오래 필요 이상으로 쬐거나 한 번에 많이 받으면 원자와 분자의 결합이 영향을 받아 인체 세포가 다치고 심하면 목숨을 잃을 수 있어요.

방사선으로부터 몸을 지키려면 어떻게 하나요

미국 환경보호청(EPA)은 방사선 방호의 원칙으로 시간, 거리, 차폐를 들어요.

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방사선 비상 사태가 일어나면 실내로 들어가 머무르며 상황을 지켜보고, 응급구조 대원과 공무원의 조언을 따라야 해요. 문과 창문에서 멀리 떨어진 건물 가운데나 지하실로 이동하고, 비상 사태 대응 담당자가 밖으로 나가도 괜찮다고 말할 때까지 최소 24시간은 안에 있어야 해요. 건물은 방사선으로부터 상당한 보호를 하고 벽이 많을수록 방사선 물질과 사이에 장벽이 많아져요. 노출된 신체 부위는 샤워하거나 젖은 천으로 닦고, 병에 든 물과 밀폐된 용기의 음식을 먹으라고 안내해요.

방사선과 함께 배우는 개념에는 무엇이 있나요

• 동위원소: 양성자 수는 같고 중성자 수가 다른 원소예요.
• 반감기: 방사성 원자 수가 절반이 되는 시간이에요.
• 전리 방사선과 비전리 방사선: 원자를 이온화하는 능력으로 가르는 분류예요.
• 자연 방사선: 주로 자연 광물에서 나오는 방사선으로 항상 주위에 있어요.
• 방사성동위원소: 양성자와 중성자로 이뤄진 원자핵이 불안정해 알파선, 베타선, 감마선을 내며 안정한 상태로 바뀌어 가는 동위원소예요. 수소의 동위원소인 삼중수소(H-3)가 한 예예요.
• 베타 입자: 베타 붕괴 때 핵에서 나온 전자예요. 원자 궤도에 있는 전자와 구별하려고 이렇게 부르고, 질량은 양성자나 중성자의 1/1836 정도예요.
• 특성 X선과 제동복사선: X선이 만들어지는 두 방식이에요. 앞의 것은 에너지가 하나로 정해져 있어요.
• 퀴리(Ci): 방사능의 옛 단위로 라듐을 발견한 마리 퀴리의 이름을 땄고, 1Ci는 1g의 라듐-226의 방사능량을 기준으로 정해졌어요.

방사선에 대해 흔히 하는 오해는 무엇인가요

• 방사선과 방사능은 같은 말이다: 방사선은 에너지의 흐름, 방사능은 방사선을 내는 능력이에요.
• 모든 방사선이 위험하다: 라디오 전파나 가시광선도 비전리 방사선에 들어가요.
• 알파선은 가장 위험하다: 투과력은 가장 약하지만 체내에 들어오면 손상을 줄 수 있어요.
• 건물 안에서는 소용없다: 건물은 방사선으로부터 상당한 보호를 해요.