방사선

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방사선 주의 표시	2010년 개정된 이온화 방사선 주의 표시응? 선풍기 틀고 자면 죽을 수도 있다고?

원자력안전법 제2조(정의) 이 법에서 사용하는 용어의 뜻은 다음과 같다. (1호 내지 6호 생략) 7. "방사선"이란 전자파 또는 입자선 중 직접 또는 간접으로 공기를 전리(電離)하는 능력을 가진 것으로서 대통령령으로 정하는 것을 말한다. (후략)

1 개요

방사성 물질에서 나오는 것. 방사능 물질이 똥이라면 방사선은 똥냄새라고 생각하면 된다. 그리고 조상님들이 똥을 거름으로 쓰고 약으로 썼듯이, 지금은 방사성 물질은 원자력 에너지원이 되있고, 방사선은 사람들의 목숨을 구하는 X-ray가 되었다.
비유가 더럽게 적절하다

2 방사선은 무엇인가

2.1 개략적인 설명

일반적으로 방사성 물질이 더 안정한 물질로 붕괴될 때 발생하는 입자선 혹은 전자기파를 말한다. 일반적으로 매우 위험한 것으로 볼 수 있다.

사실은 우리가 흔히 아는 전파, 가시광선, 적외선, 자외선 등등도 방사선의 범주에 포함이 되나, 인체에 직접적으로 전리로 인한 해를 주지 않는(즉 세포나 분자를 파괴하지 않는) 방사선은 비전리, 흔히 아는 알파, 베타, 감마, X선은 전리 방사선으로 구분된다.

원소의 붕괴와 직접 관계가 있는 것은 α선과 β선이다. α선과 β선은 모두 입자선(粒子線)이다. 원자핵에서 α입자, 즉 헬륨의 원자핵(4He) 하나를 방출하면 질량수 4, 원자번호 2가 감소한 원자핵이 된다. β입자(전자)를 하나 방출하면, 질량수는 같고 원자번호가 하나 증가한 원자핵으로 바뀐다. 이것은 원자핵 안에서 1개의 중성자가 1개의 양성자로 바뀌면서 전자(e-), 즉 β입자가 방출되기 때문이다. γ선(감마선. y(와이)선이 아님)은 X선과 같은 전자기파이며, 붕괴 때에 α선 및 β선과 함께 방출된다. 하지만 γ선을 수반하지 않는 붕괴도 있다.

2.2 방사성 원소

원자핵 속의 양성자와 중성자는 강한 핵력에 의하여 결합되어 있으며 동시에 양성자들은 서로 전기적 반발력을 작용하고 있다. 대부분의 핵자들은 전기적 반발력보다 더 큰 핵력에 의하여 안정한 상태를 유지하고 있다. 그러나 양성자가 아주 많은 원자핵의 경우에는 양성자들 사이의 전기적 반발력이 크고, 핵자의 수가 많으므로 그들 사이의 거리가 멀어져 서로 끌어당기는 핵력은 상대적으로 작아지기 때문에 불안정한 상태가 된다. 질량수가 많은 원자핵들은 불안정하므로 입자나 전자기파를 방출하고 보다 안정한 원자핵이 되려고 한다. 이와 같이 원자핵이 불안정한 원소를 방사성 원소라고 한다.

원자번호 81인 탈륨(Tl)에서 92인 우라늄(U)까지는 모두 천연방사성원소다. 칼륨(K), 루비듐(Rb), 사마륨(Sm), 루테튬(Lu) 등도 아주 미약한 방사능을 가지고 있다. 또한 대기 속에도 탄소14(14C)와 같은 방사성원소가 존재한다. 하지만 이것은 우주선(宇宙線)에 의하여 대기 속의 질소로부터 생겼기 때문에 천연방사성원소에 포함시키지 않는 경우가 많다.

2.3 이용

방사선 연구가 어느정도 이루어진 이후부터 그 강력한 투과력과 에너지는 여러 방면에 이용되고 있다. 기본적으로 방사선은 뛰어난 살균효과를 보이는데, 세포 내의 민감하고도 정교한 정보 체계에 돌이킬 수 없는 타격을 가할 수 있기 때문이다. 쉽게 말해서 세균 따위는 즉시 멸균 할 수 있다. 따라서 각종 멸균소독에 이용되고 있으며 특히 밀봉 후 멸균 처리에 효과적이다.

같은 원리를 이용해서 사람의 체세포도 방사선으로 죽일 수 있는데, 마리 퀴리가 실제로 암세포가 있는 부위만을 선택적으로 조사하여 암세포를 제거하는 데 쓰이기도 한다는 것을 발견했다.방사능으로 병든 몸 방사능으로 고칩시다 척추동물이 방사선에 노출되면 가장 먼저 반달당하는 것 중 하나가 바로 적색골수로써, 조혈작용을 하는 골수가 가장 먼저 치명적 피해를 입는다. 이를 응용하여 백혈병 등의 혈액암의 경우 골수 이식 전에 병든 골수를 제거하기 위하여 집중조사하는 방법을 쓰기도 한다.포맷 X선은 방사선의 최초 발견이기도 했지만 동시에 의학적 이용 가능성도 보여주었는데, 사람을 직접 갈라 보지 않고서도 뼈의 구조와 모양을 알아볼 수 있게 하여 의료 발전에 크게 공헌했다. 지금은 더욱 발전하여 CT영상으로는 뼈 이외의 다른 장기까지 관찰할 수 있다. 핵의학과 분야에서는 방사성 물질을 주사해서 몸속에서 나오는 방사성 물질을 관찰해 정보를 얻는다.

이외에 산업 분야에서도 여러 곳에 걸쳐 절찬리에 이용중이다. 삼중수소를 이용한 야광물질은 지금도 군사적 용도로 생산되고 있으며, 투과력을 이용해 재료 비파괴 검사를 수행한다든지 원자핵 구조를 분석하는데도 쓰이고 있다. 육종학에서는 돌연변이를 유발시켜 작물의 품종을 개량하는데도 이용한 적이 있다.

그 독성을 악용하여 북쪽의 크고 아름다운 어느나라에서는 암살용도로도 사용한다. 폴로늄 자체가 중금속이라 독성이 크고 내부 피폭, 그것도 알파선에 내부피폭 당하면 장기가 완전히 걸레짝이 돼버린다. 사실 한국에서도 살해 목적으로 이용된 사례가 있다.

담배에도 들어가 있다(...)아 신난다

2.4 방사선 노출

일본 서브컬쳐 작품들을 보다 보면 '하늘에서 날아오는 독전파'운운 하는 것들이 있는데, 실제로도 우리 주변에서는 끊임없이 방사선이 쏟아져 들어오고 있는 중이다. 사실 우리는 매일 활동할 때마다 소량의 방사선에 노출되고 있다. 이러한 방사선의 대부분은 우주에서 날아오는 것들이며, 소량으론 땅에서 올라오는 라돈같은 방사성물질의 붕괴에서 생기거나, 덩달아 핵실험과 원자력 사고에서 나온것도 포함된다. 아님 해산물이나 바나나, 브라질 호두를 많이 먹어 방사능을 몸에다 축적하는 것도 포함된다 우주선의 경우 지구 자기장과 대기권의 축복으로 인해 대부분의 방사선이 필터링되고 있어서 굉장히 극소량이다. 물론 환경방사능 정도로는 건강에 이상이 없으니 안심하자.

지구 외 자연방사선에 대한 음모론들이 상당히 많은데 대부분 아폴로 계획 음모론으로 이어진다. 인간이 우주복을 입고 있거나 우주선 안에 있을 때, 그리고 때때로 그 둘 다 하고 있을 때 실질적으로 크게 위협이 될 수 있는 방사선은 감마선이나 X선 뿐이다. 이 둘은 투과성 높은 빛의 형태를 띄기 때문에 납 이외의 물질 차폐로는 쉽게 막아낼 수가 없기 때문. 따라서 '반 앨런 대를 통과하면 방사선에 피폭'운운 하는 것도 헛소리다. 지구자기장에 잡히는 것은 전하를 띤 '입자'들이다. 그리고 이것이 지구의 자극을 따라 대기권이 쏟아지면 오로라가 만들어지는 것. 극지방에서 측정되는 방사선은 알파파 등 미립자로, 전자기파인 감마선 같은 경우 극지방이나 적도나 비슷하게 측정된다. 지구자기장에 의해 잡히는 방사선은 쉽게 막히는 것들이고, 정작 위험한 감마선은 지구자기장과는 아무런 상관이 없다.자석으로 손전등 불빛을 휘게 해 보자.

지구 대기층도 감마선 차폐능력은 상당히 약한 수준이고, 우주방사선 음모론을 들고 나오는 경우 어떤 종류의 방사선인지 언급하길 피한다. 밴 앨런대를 통과하고 달에 착륙해서 태양방사선을 직빵으로 받은 우주인들 중 몇명이나 암에 걸렸는지 생각해 보자. 이름은 다 같은 방사선이지만 아래 서술된 바와 같이 그 종류에 따라 정체는 전혀 다르다.

단, 우주에서 방사선에 더 많이 노출되는 것은 사실이다. 일반인의 경우 연간 피폭량은 1m㏜이지만, 우주 비행사들의 경우 이 수치는 이틀 정도면 초과하는 경우가 많다. 우주 비행사들의 경우 연간 허용량을 200mSv 정도로 잡고 있기도 하다.

2.5 좀 더 자세한 설명

위의 설명을 통해 방사선이 무엇인지 대충 감 잡았으면, 좀 더가아닌 무지 어렵고 디테일한 설명을 시작해보자. 방사선은 여러 전자기파와 입자선을 포함하지만, 이 항목에서의 방사선은 전리작용을 일으키는 "전리 방사선"을 이야기하고 있으며, 그 특징은 대표적으로 다음과 같다.

• 목표에 에너지를 전달한다.(transfer energy to target)
• 물리적 구조를 깨뜨린다.(disturb physical structure)
• 화학적 특성을 변화시킨다.(change chemical characteristics)
• 생체의 기능을 저해한다.(interrupt biological functioning)

방사선은 입자의 크기가 원자보다 작으며(subatomic), 매질이 없는 공간에서도 전달될 수 있는 전자기파(electromagnetic wave)를 총칭하는 단어이다.

알파선, 베타선, 감마선, X선, 중성자선, 양성자, 핵분열파편, 하전 파이온, 중이온 이 전리 방사선의 범주에 포함되며, 대략 다음과 같이 구분할 수 있다.

• 에너지가 전달되는 형태에 따른 구분

Particulate radiation과 Electromagnetic radiation으로 구분할 수 있다. 간단히 말해 에너지 전달이 입자(Particle)의 운동에너지에 의해 이루어지느냐, 아니면 전자기(Electromagnetic)파에 의해 이루어지느냐는 얘기다. 전자(前者)에 속하는 것에는 알파선, 베타선, 중성자(neutron), 양성자(proton), 핵분열 파편, 하전 파이온, 중이온 등이 있고, 후자(後者)에 속하는 것에는 그 유명한 감마선과 X선(X-ray)이 있다.

• 가지고 있는 에너지의 크기에 따른 구분

Non-ionizing radiation과 Ionizing radiation으로 구분할 수 있다. 이쪽은 방사선의 에너지가 타깃을 이온화시키기에 부족(Non-ionizing)한가, 아니면 이온화시키기에 충분할 만큼 큰가(Ionizing)에 따른 구분이다. 전자(前者)에는 레이저(LASER)나 전파, 적외선, 가시광선, 자외선 등이 속하고, 후자(後者)에는 중성자선, 알파선, 베타선, 감마선, X선 등이 속한다. 우리가 일반적으로 생각하는 방사선이나 맨 위의 표지를 붙이는 경우는 모두 후자인 이온화 방사선을 말하는 것.

참고로 감마선과 X선은 파장 영역이 다를 뿐, 모두 전자기파에 속한다. 다만 감마선은 보통 핵반응을 통해 만들어지는 강력한(=파장이 짧은) 전자기파이고, X선은 전자의 감속이나 궤도전자의 에너지 준위 차이에 의해 발생하는 상대적으로 약한(=파장이 긴) 전자기파이다. 물론 여기서 사용한 강력하다와 약하다는 상대적인 개념일 뿐이다. 감마선이나 X선은 모두 강력한 방사선이다. 즉, 인체에 유해할 수 있다.

방사선이 물체, 또는 생체조직에 미치는 영향은 단위질량 당 흡수된 선량(線量)에 의해 결정된다. 이를 측정하는 단위에는 그레이(grays, 1 Gy = 1 Joule/kg = 100 rads), 라드(rads, 1 rad = 100 ergs/g) 등이 있다.

우리 주변에도 어느 정도 자연방사선이 존재하지만, 그 양은 무시할 수 있는 수준이다. 허나 강력한 방사선에 노출되면 그 에너지에 의해 생체조직(그러니까 세포 등등)이나 유전자를 반달당할 수 있으므로 주의해야 한다. 나무위키는 반달당해도 백업으로 고칠 수 있지만, 세포나 유전자가 반달당하면 현대의학으론 못고친다. 고자나 암환자가 될 수 있는 것은 물론이고, 최악의 경우 사망한다. 사실 자연방사선이 안전하다는 것도 세포의 분열-소멸 사이클 도중의 에러나 음식과 섭취한 화학물질 등 기타 여러 요인으로 인해 사멸하는 세포들에 비해 자연방사선에 의해 피폭당하는 세포의 양이 '유의미하지 않은 수준'이라는 이야기지 세포독성이 있는 것 자체는 사실이다.

아래는 방사선 방호에 대한 세 가지 기본 원칙이다.

• Justification of practice

얻을 수 있는 이익이 충분히 크지 않은 이상, 방사선에 노출되는 것은 허용되지 않음.

• Optimization of protection

경제적, 사회적 여건이 허락하는 한 방사선에 노출되는 양을 최소화할 것.

• Limitation of exposure

방사선에 노출되는 양은 기준치를 넘지 않도록 할 것.

이 세가지 기본 원칙을 간단히 하나로 묶어 ALARA(As Low As Reasonably Achievable)알아라 정확히 발음하면 알라라라고 하며, "사회/경제적 요건이 충족되는 한 방사선 피폭량을 합리적으로 달성 가능한 만큼 감소시킨다 라는" 위 원칙들을 모두 관통하는 방사선 방호의 기본 철학이라 할수 있다.

재료공학, 생명공학, 산업 각 분야 등등에서 방사선은 무척 유용하고 강력한 도구로 사용된다. 하지만 방사선을 보다 안전하고 효율적으로 이용하기 위해서는 충분한 이해와 주의가 필요하다. 명심하도록 하자.

덧붙이자면 방사선과 관련된 현상중엔 체렌코프 현상이 있다. 에너지가 높은 하전입자가 물 등의 투명한 물질을 통과할 때 그 물질 중에서의 빛의 위상 속도(빛의 속도가 아니다.)보다 빠른 속도를 가지고 있는 경우에 하전입자가 청백색의 빛을 발하는 현상을 말한다. 대체로 나타나는 곳은 원자로. 원자로 노심 안에 파란색 전등을 단게 아니고, 저 효과로 인해서 파랗게 보이는 것이다. 방사선 물질이 액체 속에서 푸르스름한 빛을 방출하는 이유도 이 때문. 단, 대기중에서 체렌코프 현상이 일어나길 기대하긴 힘들고 일어난다고 해도 인간의 눈으로 감지하기엔 대단히 미약하다. 대기중에서의 빛의 속도는 0.9997c이고 베타입자의 선속은 보통 0.999c이하이다.

3 방사선으로 인한 피해

3.1 방사선 피폭

Radiation poisoning. 방사선에 노출되어 생체조직에 피해가 미친 경우이다. 자세한 내용은 피폭 항목 참고.

3.2 방사선 화상

Radiation burn.
방사선에 의해 화상을 입는 경우이다.

고에너지 방사선의 경우 인간을 불태우게 되는데, 특히 베타선의 경우가 그렇다. 베타선의 관통력은 그리 대단하지 않아서 피부에 막히는 경우가 많지만, 에너지량 자체는 많기 때문에 그 힘이 피부 겉면에 모두 집중되어 그만큼 화상을 일으키기 쉽다.

일반적인 화상과 비슷하지만, 방사선 화상은 나중에 암이나 피부병을 유발하기 쉬우므로 주의해야 하며, 화상이 심할 경우 높은 수준의 방사선에 노출되었다는 뜻이므로 그만큼 사망할 가능성도 높아진다. 또한 방사선에 노출된 시점에서 해당 환부의 유전자가 변이되거나 파괴되기도 하여 일반적인 화상과는 달리 피부 이식을 해도 이식이 안 되고 도로 벗겨지거나 심지어는 기존의 환부마저 붕괴하는(!) 경우도 있어서 더 위험하다.

일반적으로 원자력 사고나 핵무기의 폭발 등이 원인이지만, 간혹 방사선 치료를 받던 도중에 당할 경우도 있다.

4 방사선을 피하는 방법

가장 좋은 방법은 방사성 물질 근처에 가지 않는 것이지만, 원자로를 다룬다거나, 방사성 동위원소를 이용한다거나 하는 경우 어쩔 수 없이 접근해야 한다.

결국 남은 길은 방사선을 차폐하는 것. 그러니까 방사선이 우리 몸에 닿지 못하게 가로막거나, 닿더라도 영향을 줄 수 없을 만큼 약화시키는 것이다. 그런데 위에서 설명했다시피 방사선은 표적에 에너지를 전달한다. 그러니 표적에 닿기 전에 에너지를 빼앗아버리면 된다는 것인데...이러한 역할을 가장 잘 수행하는 물질은 방사선의 종류에 따라 다르다.

• 알파선: 투과력이 정말 약하므로 종이 한 장으로도 막을 수 있다. 웬만한 일에는 신경쓸 필요 없지만 방사성 물질이 인체 내부에 흡수되어 몸 안에서부터 알파선을 쏘이면 매우 위험하다. 투과력은 약해도 생체파괴력은 감마선보다 훨씬 강하다. 시버트 참조. 참고로 특수한 향을 사용하면 알파선이 튀어나오는 것을 육안으로 관찰 할 수 있다.
• 베타선: 비교적 투과력이 약하다. 베타선 자체는 대충 막아도 되지만, 제동 복사라는 놈을 조심해야 한다. 베타선에 의해 2차적 방사선이 튀어 나오기 때문에, 고 에너지 베타선은 일단 플라스틱이나 알루미늄 같이 가벼운 물질로 막고, 다시 무거운 물질로 막아야 한다.
• 중성자선: 투과력이 강하다. 차폐 물질을 방사성 물질로 바꿔 버리기 때문에 더 골치 아프다. 무거운 물질이라고 잘 막는 것도 아니다. 중성자가 차폐물질을 만났을 때, 일정 부분 뚫고 들어간 다음, 내부에서 마치 고무공처럼 통통 튀면서 점차 감속이 되기 때문이다. 따라서 탄성이 있는 분자가 차폐에 효율적이며, 그 중 하나가 물 분자이다. 물 자체, 즉 수조가 쓰이기도 하며, 폴리에틸렌, 파라핀, 콘크리트도 차폐물질로 쓰이는데, 화학적으로 물 분자를 함유하고 있기 때문이다.
• 감마선: 투과력이 강하다. 감마선을 잘 막는 것은 무거운 질량을 가진 원자핵으로 구성된 물질이다. 그래서 간혹 우라늄(원자량 238)로 막기도 한다. 실용적으로는 가격 및 취성 문제로 (싸고 안 깨지는) 납이 많이 쓰인다. 우스갯소리로 목성에 놀러갈 땐(...) 납으로 만든 옷을 입으라는 소리도 있을 정도. 그러나 방사선은 에너지를 전달하며, 차폐 물질에 전달된 에너지는 열이 된다. 납만 믿고 있다가는 그것이 녹을 수도 있다(...).

자세한 건 여기 참조.

이것 저것 대충 다 막을 수 있으므로, 두꺼운 콘크리트 등으로 철저하게 벽을 치는 방법도 있다. 아무리 강력한 방사선도 두꺼운 벽으로 막아버리면 그만이다. 원자로의 격납용기가 괜히 두꺼워진 게 아니다.

갑작스런 원자탄 폭발, 방사선 누출 등의 사고가 발생하였을 경우에는

• 외부와 연결된 모든 통로 봉쇄 : 모든 문과 창문을 걸어 잠그고, 환풍기를 꺼야한다. 방사성 낙진(=폴아웃)이 들어오는 것을 막기 위한 조치.
• 옷 입기 : 피부 노출을 최대한 줄여야 한다. 겹겹이 껴입는 것도 도움이 되지만 방사선 감쇄는 단순히 두께에만 영향을 받는 것이 아니므로, 노출만 최대로 줄인 상태에서 추가 피폭이나 낙진 흡입을 방지하기 위해 빨리 피하는 것이 좋다. 그냥 노출만 가려도 알파선은 대부분 방어가 가능하므로 축적 피폭 선량을 상당히 감소시킬 수 있다.
• 음식 섭취 유의 : 피폭 반경 내에 있던 모든 음식은 먹으면 안된다. 약한 방사선은 피부가 막아주지만, 그걸 섭취한 뒤 내부에서 피폭되면 답이 없다.
• 지하로 대피 : 대부분의 지하 시설은 붕괴 위험 때문에 지상 건물보다 견고하게 설계되어 있다. 공기보다 가벼운 낙진 확산 방지의 효과도 있다. 방공호나 지하 연구 시설로 대피하면 금상첨화. 연구 시설에는 화학 물질 노출에 대비한 비상 샤워기도 존재하며, 시설이 괜찮은 곳은 응급 처치 킷과 방독면도 구비되어 있다. 지하철도 괜찮은 선택.
• 요오드 약물 복용 : 갑상선은 방사선에 매우 취약한데, 방사성 물질인 아이오딘(요오드)-131이 축적되기 때문이다. 미리 비방사성 요오드 약물을 복용하면 갑상선이 여분의 요오드를 소변으로 배출해버리기 때문에 갑상선암 위험을 크게 줄일 수 있다. 다만 허용량을 초과할 경우나 피폭이 없는데도 먹으면 오히려 부작용이 나타나게 되므로 주의할 것.
• (외부에 있을 시) 차량 탑승 : 콘크리트나 납 만큼은 못하지만, 차량의 철제 골격도 방사선을 감쇄시키는 훌륭한 소재가 될 수 있다. 당연히 창문은 닫고 환풍기는 꺼야한다. 차량의 유리만 해도 폭발에서 발생하는 자외선을 차단하는 방벽 역할을 할 수 있다.