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방사능


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[3] 단, 올바른 조리 과정을 거치면 먹어도 문제는 없다. 문서 참조.
[4] 카프로락탐. 2019년 1월 18일 IARC 서문 개정에 따라 불필요하다고 판단되어 삭제되었다. #
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1. 개요2. 발생 원리3. 방사능의 위험성4. 단위5. 방사선 마크6. 관련 국내 사건, 사고7. 픽션 속의 방사능8. 참고 문서

1. 개요

방사능(, Radioactivity)은 라듐, 우라늄, 토륨, 폴로늄 등 방사성 원소의 원자핵 붕괴하면서 방사선을 방출하는 일, 또는 그런 성질, 또는 그런 물질의 양(단위는 Bq)을 통칭하는 용어이다.[1]

방사선이란 말을 써야 할 곳에 이 용어를 쓰는 경우가 많다. 흔히 '방사능에 피폭되었다'고 잘못 오용되는데, 방사능이라는 용어는 매우 포괄적인 용어이므로 '방사선에 피폭되었다'가 맞는 표현이다. 그러한 대중성만큼이나 일상생활이나 뉴스에서도 매우 많이 오용되는 단어다. 쉽게 생각해서 방사능(Radioactivity)은 성질, 특성, 성질을 내는 물질의 양 등을 뜻하는 것이고 방사선(Radiation)이 생물에게 위험한 것 그 자체를 뜻한다고 보면 된다.[2]

2. 발생 원리

파일:attachment/uploadfile/jyu_n_8.jpg
안정한 상태의 원자 구조
안정한 원자는 원자핵과 그 전자가 균형을 이루고 있다. 일반적으로 방사성 물질은 외부에서 원자핵에 에너지를 가하거나, 혹은 생성될 때부터 불안정한 상태를 지님으로서 발생한다. 고등학교에서 전자(electron)가 여기(勵起)된 상태[3]로 갈 수 있음을 배웠듯이, 원자핵도 여기된 상태가 될 수 있다. 이렇게 여기된 원자핵이 핵종이 바뀌지 않고 낮은 에너지 상태로 변환되면 방출되는 것이 감마선이다.

그리고 알파 붕괴라고 하는 알파 입자(헬륨-4 원자핵)를 방출하며 다른 핵종으로 변할 수 있는데 이때 방출되는 것이 알파선이다.

그리고 원자핵에서 중성자가 양성자로 또는 양성자가 중성자로 변하면서 즉, 전자나 양전자를 방출하며 다른 핵종으로 바뀌는 베타 붕괴가 있는데 여기서 나오는 것이 베타선이다.

이렇게 방사성 물질이 붕괴하며 안정한 물질로 변화, 양이 반으로 줄어드는 기간을 반감기라고 한다.

3. 방사능의 위험성

방사능은 일반적으로 전리 방사선을 방출하며 직접 에너지를 신체를 구성하는 세포, DNA등에 전달하여 파괴를 하는 물리적 작용을 하거나, 물질을 이온화시켜 강제로 화학 반응을 일으킨다. 이온화를 통해 화학반응을 일으키는 것은 (Acid)의 반응 메커니즘과 유사하다. 이는 생물의 몸을 방사선이라는 나노 염산이 구석구석 화학적으로 볶아버리는 것으로 표현할 수 있다.

구체적으로는 전리 방사선이 물 분자를 전리시켜 활성기와 생물 분자의 화학작용을 유도하거나 생물학적 분자를 여기 또는 직접 분자 변화를 유도하여 생물 분자를 손상시킨다. 이로 인해 생물 분자가 손상되면 화학적 복구가 이뤄질 수도 있고, 또는 효소의 복구작용이 이뤄질 수도 있고, 손상이 복구되지 못하고 유지될 수도 있다.

마지막에 언급된 손상이 복구되지 못하고 유지되는 경우가 바로 방사선으로 인해 세포의 변화가 일어나는 단계이다. 이런 세포 변화가 많이 일어날 경우 우리가 아는 방사선 피폭의 증상이 발생하는 것이다.

일상적으로 인간과 여러 동식물은 자연에 존재하는 방사능을 섭취하고, 자연 방사선에 노출되어 피폭된다. 바나나를 비롯한 여러 음식물에 들어있는 칼륨-40, 지각에 존재하는 라돈 등이 주 피폭 요인이다. 이런 섭취 방사능으로 인한 방사선 피폭은 세계 평균적으로 1년간 0.2~0.5mSv이며 라돈으로 인한 피폭은 1.5mSv정도이다.

이런 자연적인 방사능 외에도 의료기관 및 비파괴검사 등 방사능 물질을 사용하는 곳에서 의료나 검사 외의 의도치 않은 방사선으로 인한 피폭이 종종 발생한다. 이런 사용이 끝난 기기의 방사능 물질 제대로 처리하지 않으면 고이아니아 방사능 유출사고와 같은 사건이 발생하기도 한다. 자세한 내용은 방사선 피폭을 참조.

4. 단위

방사능의 세기는 초당 붕괴 횟수(decay per second)로 나타낸다. 횟수는 단위가 없으므로 방사능의 SI 단위는 sec-1. 물론 이렇게 두면 번잡하기 때문에 방사선을 최초로 발견하여 마리 퀴리 와 함께 노벨상을 수상한 과학자 베크렐의 이름을 따 SI 유도 단위인 베크렐을 쓰며, 기호로는 Bq로 쓴다. 그 밖의 단위로 1Ci(큐리 = 3.7×1010 Bq = 37 GBq)가 있으며, 이 단위는 라듐-226 1g의 방사능에서 유래하였으나 지금은 잘 쓰이지 않는다.

방사성 동위원소 핵의 개수 [math(A)]와 붕괴상수 [math(λ = {ln 2 \over T_{1 \over 2}})] ([math(T_{1 \over 2})]은 방사성 동위원소의 반감기)가 주어지면 그 방사능은 다음의 미분방정식
[math(dA = -\lambda Adt)]
의 양변을 [math(dt)]로 나누어 [math(A)]의 시간변화율에 관한 식으로 변환하면
[math({dA \over dt} = -\lambda A = -{ln 2 \over T_{1 \over 2}} A)]
이 되어 방사능을 [math({ln 2 \over T_{1 \over 2}} A)]로 구할 수 있다. 반대로 특정 방사성 동위원소에 의한 방사능의 측정값을 붕괴 상수로 나누면 방사성 동위원소 핵의 개수 [math(A)]가 산출되며, 이것을 아보가드로 수로 나누면 핵의 몰수가, 여기에 다시 핵의 질량수를 곱하면 존재하는 해당 방사성 동위원소의 총질량이 그램 단위로 산출된다.

시간당 붕괴 수라는 강도의 단위지만 실질적으론 방사능 물질의 양으로 주로 쓰인다. 예를 들어 사고로 방사능 물질이 유출된 양은 그램 등 질량단위 보다는 실질적 위험을 반영하는 베크렐으로 주로 나타낸다. 1 Bq 자체는 매우 작은 양이므로 (사람도 4-5000 Bq 의 자연적 방사능 물질을 체내에 가지고 있다) 보통은 소량의 유출사고에는 10억 Bq인 GBq(기가베크렐)이나 1조 Bq인 TBq(테라베크렐), 대형 사고에는 PBq = 1×1015(페타베크렐) 등이 실용적 단위로 쓰인다. 1 그램의 방사선 세슘은 대충 3215 GBq = 3.215 TBq. 그러니 GBq라고 해도 단위가 크다고 놀랄 필요는 없다.

예를 들어 고이아니아 방사능 유출사고에서 방사능 치료기의 방사성 세슘의 양은 약 50 TBq, 쓰리마일 섬 원자력 사고는 약 93 PBq 방사능 가스 와 560 GBq의 방사능 요오드가 방출되었다. 체르노빌 원자력 사고에서는 방사선 가스 6.5 EBq(엑사베크렐), 방사선 요오드 1.76 EBq가 유출되었다.

물이나 식품재료, 토지 등이 방사능으로 오염된 정도는 Bq/liter, Bq/kg 또는 Bq/m2 등으로 나타낸다. 음용수 기준은 11 Bq / liter 정도.

절대 방사선 조사량의 단위는 Gray(Gy = Joule/kg)으로 이건 주로 X-ray 장치등 방사선 장치가 방출하는 방사능 출력 또는 토성이나 반 알렌대 등 우주공간에서의 방사선 강도, 인체가 아닌 마이크로칩 등 물체가 받는 방사능 강도 등을 나타내는데 쓰이는 단위이다. 과거에 사용하던 단위로 rad 라는 단위가 있는데 (1 rad = 100 erg/gram) 100 rad = 1 Gy이다.

통상 X-ray 1회는 0.7 mGy, CT scan은 6-8 mGy, 전신 CT는 14 mGy 정도. 암치료용 방사선 치료에는 부분조사로 약 20-80 Gy 로 상당히 대량의 방사선을 종양 부위에 집중 조사한다.

인체에 방사선 피폭 피해가 나타나는 최소 조사량은 250 mGy, 전신피폭시에 인체 반수 치사량 은 4 Gy 정도, 일반 반도체의 방사선 허용량은 10 Gy, 우주선이나 무기 등에 탑재하는 방사선 내성 강화(rad-hardened) 반도체는 10,000 Gy(1 M rad) 정도까지 견딜 수 있다.

절대 방사선 조사량을 인체 부위의 흡수율 등을 고려해서 실질적으로 인체가 흡수하여 피해를 입는 단위 무게당 실효 피폭량을 나타내는 데는 주로 시버트(Sievert) 라는 단위를 나타낸다. 이건 인체 조직 1 kg 당 받는 방사선 에너지로 단위는 Joule/kg이다. 피폭 에너지 총량은 피폭자의 체중과 인체 부위마다 다른 효과 비율을 곱해야 총에너지가 나오지만 그런 식으론 잘 사용하지 않고 퉁쳐서 성인 1인의 인체가 받은 총 피폭량을 나타내는 데도 시버트 단위를 사용한다. 즉 Gray/ rem으로 표시하는 절대 방사선 조사량을 인간 성인을 대상으로 흡수율을 가중치를 주어 피폭량을 계산한 값.

1 시버트는 상당히 큰 단위로 사람이 수 시버트 정도를 피폭 당하면 며칠 안에 사망에 이를 수 있는 치사량이다. 연간 피폭량 이나 1일 피폭 한계치, X레이 1회 촬영시 피폭량 등도 모두 밀리 시버트, 마이크로 시버트 단위로 표시한다. 과거에 사용하던 rem(röntgen equivalent man)이란 단위도 있는데 이 단위는 100 erg/gram = 1 rem으로 100 rem = 1 Sievert.

보통은 시간당 방사선 피폭량으로 사용한다. 예를 들어 1 시간당 1 시버트의 피폭을 당하는 방사선의 강도를 1 Sv/h로 사용하는 식이다. 보통 시간당 밀리 시버트나 마이크로 시버트 단위를 사용한다.

5. 방사선 마크

파일:방사선 표지.svg
흔히들 생각하는 방사능 마크. 1946년 미국 UC 버클리의 방사선 연구실의 낙서에서 유래되었으며, 원자에서 나오는 방사선을 묘사한다고 한다. 특수문자로는 ☢도 있다.가운데 원은 방사능 물질을, 3개의 부채꼴은 알파선, 베타선, 감마선을 뜻한다.
파일:ISO 이온화 방사선 주의 표지.svg
이온화 방사선 주의 표시. 2010년부터 사용되기 시작했다. 독극물 심볼과 비상구 심볼의 사람 픽토그램이 들어가 있다. 사람한테 치명적이니 최대한 피해 있으라는 뜻으로, 빨간 바탕을 통해 상당히 위험하다는 메시지를 전한다.

일반적으로 말하는 방사선이란 이온화 방사선을 말한다.

6. 관련 국내 사건, 사고

국내 유출 사건, 사고는 피폭의 사례가 극히 드물 정도로 아직까지 사례가 법적 일탈 정도에 그치고 있다.

7. 픽션 속의 방사능

방사능의 이미지 때문에 닿기만 하면 100% 확률로 돌연변이가 되는 물질로 쓰이고 있다.

그러나 일부 작품에서는 부작용이나 돌연변이 그런 거 없이 새로운 능력만 부여해주는 심히 무안단물스러운 충공깽적인 성능을 보여준다. 사실 현실에서도 육종학 등에서는 식물 씨앗을 방사능에 노출시킨 뒤, 여기서 발생한 돌연변이 중에서 쓸 만한 것들을 골라내는 연구를 하기도 한다. 다만 이는 식물 한정이다. 방사능의 색깔은 보통 형광빛을 띠는 녹색으로 많이 나온다. 대표적으로 하프라이프 시리즈가 그렇다.[5]

기계는 방사능에 멀쩡하다는 클리셰도 있지만 사실 전자부품을 쓰는 로봇도 강력한 방사능 앞에서는 몇 시간 안에 작동불능이 되어 버린다. 실제로 체르노빌 원자력 발전소 폭발 사고 당시 인간을 대신해서 로봇을 투입시켜봤는데 순식간에 뻗어서 결국 사람을 투입해야만 했다. 이렇게 투입된 인력의 별명이 '바이오 로봇'이었다고 한다.

대중매체에서 방사능이 이런 특이한 기능을 보이는 까닭은 방사능에 대한 지식이 없어서 방사능을 무슨 신종 오염물질 같은 것으로 여겨서 생긴 오해로, 실제로는 쉽게 축약하면 그냥 짱 쎈 폭탄이다. 즉 방사능에 노출되면 문자 그대로 신체의 세포 하나하나가 방사능에게 두들겨 맞은 끝에 세포 단위로 붕괴하기 때문에[6] 노출된다고 힘을 얻는 그런 쌈박한 전개는 일어나지 않는다. 설령 힘을 얻는다고 해도 그것은 거의 불가능에 가까운 확률이다. 방사능을 견딘 돌연변이 세포가 있다면 그 세포는 정상이 아니라 방사능의 소각을 견뎌낼 정도로 무섭게 번식, 재생성을 한다는 것이니 세포보다는 '암'에 가깝다. 즉 힘을 얻는다고 해도 그 '암덩어리' 때문에 힘을 얻는 것이기 때문에 힘을 대가로 시한부가 되는 것에 가깝다.

8. 참고 문서


[1] 그 예로 방사선이 담배연기이면 방사능은, 그 담배연기가 나올 수 있게 담배 연소되고 있는 과정이라고 볼 수 있겠다. [2] "예시 - 방사능을 가진 방사성 동위원소의 방사선에 피폭되었다.", "1960년대 핵실험으로 인해 빗물에 리터당 350Bq수준의 방사능이 검출되었다." [3] 들뜬 상태. [4] 이것은 유사과학이다. 음이온 문서 참조 [5] 하지만 체렌코프 현상을 보면 알 수 있듯이 방사능 물질이 내는 빛은 푸른색이다. [6] 방사능에 노출된 동물(인간 포함)들이 기괴하게 변형되는 까닭은 방사능의 특수한 성분이 세포를 오염시켜 그 여파로 세포가 변질당해서 그렇게 된 게 아니라, 문자 그대로 세포들이 소각되고 무너져버렸기 때문이다. [7] 전작이였던 폴아웃 3에선 선역으로 등장하였다. [8] 그래서 폴아웃 4에서는 차가 상당량의 공격을 받으면 붉은색+주황색으로 차 표시가 뜨면서 핵폭발을 일으킨다. [9] 하지만 전작에서는 로봇 아저씨가 타고 다니는 연구선에서 주로 떼거지로 몰려다니는 외계 생물체들을 죽이는 데 잘만 써먹는다. [10] 그바람에 코드 엑토는 전부 잃게 된다.