방사능이란? 방사능 뜻, 종류, 영향, 이용 분야, 안전

방사능이란 전자기파나 입자의 형태로 에너지를 방출하는 물질의 성질을 말합니다. 불안정한 원소의 원자핵이 스스로 붕괴하면서 내부로부터 방사선을 방출하는데, 이 방사선의 세기를 방사능(radioactivity)이라고 합니다. 이 에너지는 알파 입자, 베타 입자, 감마선, 중성자 등 다양한 형태로 방출될 수 있습니다. 방사능은 단위시간당 붕괴 수로 나타내며, 식은 다음과 같습니다.

출처: 두산백과

 

 

여기서 R은 방사능, N은 핵의 수를 나타냅니다. dN/dt가 음수값을 갖기 때문에 R의 값을 양수로 만들기 위해 (-)를 붙입니다. 방사능의 SI 단위는 발견자 앙리 베크렐(Becquerel)의 이름을 따서 다음과 같이 씁니다.

1 becquerel = 1 Bq = 1 붕괴/s

실제로 나타나는 방사능은 매우 높기 때문에 megabecquerel(1 MBq = 1,000,000 Bq)이나 gigabecquerel(1 GBq = 1,000,000,000 Bq)이 실제 단위로 더 적당합니다.

 

 

 

출처: 나무위키

 

 

 

방사능의 종류

 

알파 방사선 (α)

1. 구성: 헬륨 원자핵(2개의 양성자와 2개의 중성자)으로 구성된 입자.
2. 방출되는 물질: 주로 무거운 원소(우라늄, 라듐 등)에서 방출됩니다.
3. 특징:
   • 에너지: 높은 에너지를 가지지만 입자가 크고 무거워서 이동 범위가 짧습니다.
   • 투과력: 매우 낮아서 공기 중에서는 몇 센티미터, 물질 내에서는 종이 한 장 정도에 의해 차단됩니다.
4. 인체 영향:
   • 피부를 통해서는 침투하지 못하지만, 흡입하거나 섭취하면 내부 장기에 심각한 피해를 줄 수 있습니다.

 

베타 방사선 (β)

1. 구성: 전자(β⁻) 또는 양전자(β⁺)로 구성된 입자.
2. 방출되는 물질: 중성자가 양성자로 변환되면서 전자가 방출되거나, 양성자가 중성자로 변환되면서 양전자가 방출됩니다.
3. 특징:
   • 에너지: 알파 입자보다 낮은 에너지를 가집니다.
   • 투과력: 알파 입자보다는 강하지만, 얇은 금속판(예: 알루미늄 판)으로 차단될 수 있습니다.
4. 인체 영향:
   • 피부에 닿으면 화상을 입을 수 있으며, 내부에 들어가면 조직과 장기를 손상시킬 수 있습니다.

 

 

감마 방사선 (γ)

1. 구성: 고에너지 광자(전자기파의 일종).
2. 방출되는 물질: 방사성 핵종의 붕괴 과정에서 주로 방출됩니다.
3. 특징:
   • 에너지: 매우 높은 에너지를 가집니다.
   • 투과력: 매우 강력하여, 두꺼운 납이나 콘크리트 같은 밀도가 높은 물질로 차단해야 합니다.
4. 인체 영향:
   • 인체 조직을 깊숙이 침투할 수 있으며, 세포와 DNA를 손상시켜 암을 유발할 수 있습니다.

 

 

중성자 방사선

1. 구성: 중성자로 구성된 입자.
2. 방출되는 물질: 주로 원자력 반응(핵분열 또는 핵융합) 과정에서 방출됩니다.
3. 특징:
   • 에너지: 다양한 에너지를 가질 수 있으며, 다른 방사선에 비해 생물학적 영향이 큽니다.
   • 투과력: 물질을 쉽게 통과하며, 차단하기 위해서는 물, 폴리에틸렌 같은 물질이 필요합니다.
4. 인체 영향:
   • 중성자는 물질과 충돌하여 2차 방사선을 생성하며, 인체 조직을 심각하게 손상시킬 수 있습니다.

 

 

출처: 위키백과

 

 

 

방사능의 영향

 

인체에 미치는 영향

급성 방사능 피폭 (Acute Radiation Syndrome, ARS)

ARS는 단기간에 높은 방사선량에 노출될 때 발생합니다. 일반적으로 1 그레이(Gy) 이상의 방사선에 노출될 경우 나타나며, 증상은 다음과 같습니다:

1. 초기 증상: 노출 후 몇 분에서 몇 시간 내에 구역질, 구토, 피로, 두통 등의 증상이 나타납니다.
2. 잠복기: 초기 증상이 사라지고, 비교적 증상이 없는 기간이 있습니다.
3. 주요 증상기:
   • 골수 증후군: 혈구세포 생성 기능이 손상되어 감염, 출혈, 빈혈 등이 발생합니다.
   • 위장관 증후군: 장의 세포가 손상되어 설사, 탈수, 전해질 불균형 등이 발생합니다.
   • 심혈관 및 중추신경계 증후군: 매우 높은 방사선 노출(50Gy 이상) 시 심각한 신경 및 심혈관계 손상이 발생하며, 이는 대개 치명적입니다.
4. 회복기: 적절한 치료를 받으면 일부 환자는 회복될 수 있지만, 심각한 장기 손상이나 합병증이 남을 수 있습니다.

만성 방사능 피폭

장기간에 걸쳐 낮은 수준의 방사선에 노출될 때 발생하며, 주요 영향은 다음과 같습니다:

1. 암 발생: 방사선은 DNA를 손상시켜 세포 변이를 유발하며, 이는 암의 발생 위험을 증가시킵니다. 대표적으로 백혈병, 갑상선암, 폐암, 유방암 등이 있습니다.
2. 생식기능 저하: 생식 세포가 손상되어 불임이나 유전적 이상을 초래할 수 있습니다.
3. 조혈 기능 저하: 혈액 세포 생성이 감소하여 면역 기능이 저하되고, 빈혈, 출혈 등의 증상이 나타날 수 있습니다.
4. 피부 및 점막 손상: 장기간 방사선에 노출되면 피부염, 궤양, 점막 손상이 발생할 수 있습니다.

 

 

 

 

환경에 미치는 영향

생태계

방사능 오염은 토양, 물, 공기 등 환경 매체를 통해 생태계 전반에 영향을 미칩니다:

1. 토양 오염: 방사성 물질이 토양에 흡수되어 식물에 축적되고, 이를 섭취한 동물과 사람에게 영향을 미칩니다.
2. 수질 오염: 방사성 물질이 수질을 오염시켜 수중 생태계와 식수를 오염시킵니다.
3. 대기 오염: 방사성 물질이 공기 중에 퍼져 호흡기를 통해 인체에 유입되며, 먼 거리까지 영향을 미칠 수 있습니다.

생물체

방사능은 동식물의 생장, 번식, 생존에 영향을 미칠 수 있습니다:

1. 돌연변이: 방사선에 노출된 동식물의 DNA가 손상되어 돌연변이가 발생할 수 있습니다.
2. 생식 이상: 방사선은 생식 세포에 영향을 미쳐 번식 능력을 감소시키거나, 기형을 초래할 수 있습니다.
3. 생물 다양성 감소: 고농도의 방사선 노출은 특정 지역에서 생물 다양성을 감소시키고, 생태계 균형을 무너뜨릴 수 있습니다.

 

방사능 사고 사례

1. 체르노빌 원자력 발전소 사고(1986): 우크라이나에서 발생한 원자력 사고로, 대량의 방사성 물질이 대기 중으로 방출되어 수천 명의 사람들이 사망하거나 심각한 건강 문제를 겪었습니다.
2. 후쿠시마 원자력 발전소 사고(2011): 일본에서 발생한 원자력 사고로, 방사성 물질이 대량 유출되어 주변 지역 주민들이 피난을 가고, 환경오염이 심각하게 발생했습니다.

 

방사능 노출 관리 및 보호

1. 시간: 방사선에 노출되는 시간을 최소화해야 합니다.
2. 거리: 방사선 원천과의 거리를 최대한 멀리 유지해야 합니다.
3. 차폐: 방사선을 차단할 수 있는 보호 장비나 차폐물을 사용해야 합니다.

 

출처: 식품의약품안전처

 

 

방사능 이용 분야

 

1. 의료 분야

방사선 치료 (Radiation Therapy)

• 목적: 암세포를 파괴하기 위해 고에너지 방사선을 사용합니다.
• 방법: 외부 방사선 치료(External Beam Radiation Therapy)와 내부 방사선 치료(Brachytherapy)가 있습니다.
  • 외부 방사선 치료: 선형가속기를 이용해 몸 외부에서 방사선을 조사합니다.
  • 내부 방사선 치료: 방사성 물질을 몸 내부, 종양 근처에 직접 삽입합니다.
• 효과: 암세포의 DNA를 손상시켜 세포 분열을 막고 세포를 죽입니다. 정상 세포도 영향을 받을 수 있으나, 치료 계획을 통해 최대한 보호합니다.

진단 (Imaging)

• 목적: 신체 내부 구조와 기능을 시각화하여 진단합니다.
• 기술: X-선, CT(Computed Tomography), PET(Positron Emission Tomography), SPECT(Single Photon Emission Computed Tomography) 등이 있습니다.
  • X-선: 뼈와 폐의 구조를 검사하는 데 사용됩니다.
  • CT: 신체의 단면 이미지를 제공하여 종양, 출혈, 염증 등을 진단합니다.
  • PET 및 SPECT: 방사성 동위원소를 주입하여 대사 활동을 시각화합니다. 암, 뇌 질환, 심장 질환의 진단에 유용합니다.

방사성 동위원소

• 사용: 진단 및 치료에 방사성 동위원소가 사용됩니다.
  • 요오드-131: 갑상선암 및 갑상선 기능 항진증 치료에 사용됩니다.
  • 테크네튬-99m: 심장, 뇌, 뼈, 간 등의 기능을 진단하는 데 사용됩니다.

 

2. 산업 분야

비파괴 검사 (Non-Destructive Testing, NDT)

• 목적: 물체나 구조물의 내부 결함을 파괴하지 않고 검사합니다.
• 기술: 방사선을 이용한 검사법에는 방사선 투과 검사(Radiographic Testing, RT)가 있습니다.
  • 방법: 방사선을 조사하여 물체를 투과시킨 후 필름이나 검출기로 내부 결함을 확인합니다. 금속 용접부, 항공기 부품, 파이프라인 검사 등에 사용됩니다.

재료 두께 측정

• 목적: 제품의 두께를 정확히 측정하여 품질을 관리합니다.
• 방법: 베타 또는 감마 방사선을 이용해 재료의 두께를 측정합니다. 예를 들어, 종이, 플라스틱, 금속 시트의 두께를 실시간으로 모니터링할 수 있습니다.

 

3. 농업 분야

돌연변이 육종 (Mutation Breeding)

• 목적: 방사선을 이용해 식물의 돌연변이를 유도하여 새로운 품종을 개발합니다.
• 방법: 씨앗이나 식물을 방사선에 노출시켜 유전적 변이를 유도합니다. 이를 통해 병충해 저항성, 수확량 증가, 품질 향상 등을 목표로 합니다.

해충 방제

• 목적: 방사선을 이용해 해충의 생식 능력을 억제하여 개체 수를 줄입니다.
• 방법: 불임 충 방제(Sterile Insect Technique, SIT)를 사용합니다. 해충을 방사선에 노출시켜 불임 상태로 만든 후 자연에 방사하여 교배를 유도하지만, 후손이 생기지 않아 개체 수가 감소합니다.

 

4. 고고학 및 지질학 분야

방사성 탄소 연대 측정 (Radiocarbon Dating)

• 목적: 고대 유물이나 화석의 연대를 측정합니다.
• 방법: 유기물에 포함된 탄소-14의 붕괴를 측정하여 연대를 추정합니다. 이는 고고학, 고생물학, 지질학 연구에 중요한 정보를 제공합니다.

 

5. 에너지 생산

원자력 발전

• 목적: 원자핵의 붕괴 과정에서 방출되는 에너지를 이용해 전기를 생산합니다.
• 방법: 원자력 발전소에서 우라늄이나 플루토늄을 연료로 사용합니다.
  • 과정: 핵분열 반응을 통해 열을 발생시키고, 이 열을 이용해 물을 끓여 증기를 만듭니다. 증기가 터빈을 돌려 전기를 생산합니다.
• 장점: 화석 연료에 비해 이산화탄소 배출이 적고, 대량의 전기를 안정적으로 생산할 수 있습니다.
• 단점: 방사성 폐기물 관리와 원자력 사고의 위험성이 있습니다.

 

6. 기타 분야

우주 탐사

• 목적: 우주 탐사선이나 로버의 에너지원으로 사용합니다.
• 방법: 방사성 동위원소 열전기 발전기(Radioisotope Thermoelectric Generator, RTG)를 사용합니다. 방사성 동위원소의 붕괴 열을 이용해 전기를 생성합니다. 예: 보이저 탐사선, 큐리오시티 로버.

 

 

출처: 식품의약품안전처

 

 

방사능 안전

 

방사선 보호 원칙

방사선 보호의 기본 원칙은 ALARA(As Low As Reasonably Achievable)로, 가능한 한 방사선 노출을 최소화하는 것을 목표로 합니다. 이를 위한 세 가지 주요 원칙은 다음과 같습니다:

1. 시간(Time):
   • 방사선에 노출되는 시간을 최소화해야 합니다. 노출 시간이 짧을수록 방사선에 의한 영향이 줄어듭니다.
2. 거리(Distance):
   • 방사선 원천과의 거리를 최대한 멀리 유지해야 합니다. 거리의 제곱에 반비례하여 방사선량이 줄어들기 때문에, 거리가 멀수록 안전합니다.
3. 차폐(Shielding):
   • 방사선을 차단할 수 있는 물질을 사용하여 방사선으로부터 보호해야 합니다. 알파 입자는 종이로, 베타 입자는 알루미늄 판으로, 감마선은 두꺼운 납이나 콘크리트로 차폐합니다.

 

개인 보호 장비 (Personal Protective Equipment, PPE)

방사능 작업 환경에서 개인 보호 장비는 필수입니다. 주요 보호 장비는 다음과 같습니다:

1. 방사선 보호복:
   • 방사성 물질이 피부에 닿는 것을 방지합니다. 주로 플라스틱이나 납이 포함된 재질로 만들어집니다.
2. 장갑:
   • 손을 보호하기 위해 방사선 보호 장갑을 착용합니다. 알파 및 베타 방사선을 차단하는 데 효과적입니다.
3. 안전 안경 및 페이스 실드:
   • 눈과 얼굴을 보호하기 위해 착용합니다. 특히 베타 및 감마 방사선 작업 시 중요합니다.
4. 호흡 보호 장비:
   • 방사성 물질이 공기 중에 있을 경우, 이를 흡입하지 않도록 방진 마스크나 공기 공급 호흡기(Air-Purifying Respirator)를 사용합니다.

 

방사선 모니터링 및 측정

방사선 작업 환경에서는 지속적인 모니터링이 필요합니다. 이를 위해 다양한 측정 장비가 사용됩니다:

1. 개인 방사선 측정기 (Personal Dosimeter):
   • 개인이 방사선에 노출된 양을 측정합니다. 필름 배지, 열형광배지(TLD), 전자 개인선량계 등이 있습니다.
2. 방사선 탐지기 (Radiation Detector):
   • 작업장 환경에서 방사선 수준을 모니터링합니다. 가이거-뮬러 계수기, 섬광계수기, 전리함 등이 사용됩니다.
3. 표면 오염 측정기 (Surface Contamination Monitor):
   • 표면에 방사성 물질이 오염되었는지 측정합니다. 알파 및 베타 오염을 감지하는 데 사용됩니다.

 

방사선 사고 대응

방사선 사고가 발생했을 때의 대응 절차는 다음과 같습니다:

1. 즉각적인 대피:
   • 방사선이 노출된 지역에서 즉시 대피합니다.
2. 응급 처리:
   • 방사선에 노출된 사람은 즉시 응급 치료를 받아야 합니다. 노출 부위를 세척하고, 필요시 해독 처치를 시행합니다.
3. 오염 제거:
   • 방사성 물질이 오염된 장소는 철저히 청소하고, 오염 물질을 안전하게 처리해야 합니다.
4. 노출 평가 및 기록:
   • 사고 후 방사선 노출량을 평가하고, 개인별로 노출 기록을 유지해야 합니다. 이를 통해 장기적인 건강 모니터링이 가능합니다.