방사선과 방사능은 어떻게 다른가?

방사선과 방사능은 어떻게 다른가?

 

방사선과 방사능은 어떻게 다른지, 왜 인체에 해로운지, 세슘은 어떤 물질인지 등 관련 내용을 정리했다.

 

◇방사선=우라늄, 플루토늄 등 원자량이 매우 큰 원소들은 핵이 너무 무겁기 때문에 상태가 불안정해서 스스로 붕괴를 일으킨다. 이 원소들이 붕괴하며 다른 원소로 바뀔 때 방출하는 입자나 전자기파를 일컫는다. 이 방사선은 물질을 투과하는 성질이 있다.

 

◇방사능=쉽게 말해 방사선의 세기를 말하며, 엄밀히는 단위 시간당 원자핵 붕괴 수를 가리킨다.

 

◇방사성 물질=우라늄ㆍ플루토늄ㆍ라듐 등 방사선을 방출하는 물질은 ’방사성’ 물질이라고 부른다. 일반적으로 사용되는 ’방사능 물질’은 잘못된 용어다.

 

◇방사선 유해성=방사선이 위험하다고 하는 것은 방사선의 ’전리(電離)’ 작용 때문이다. 전리 작용은 방사선이 물질을 구성하고 있는 원자로부터 전자를 튕겨내 양이온(+)과 전자(-) 한 쌍으로 분리하는 것을 말한다.

방사선은 인체를 통과하면서 전리작용을 통해 세포의 증식과 생존에 필수적인 DNA에 화학적 변성을 가져올 수 있다.

 

◇방사선 측정=방사선 측정 단위는 여러가지다. 과거에는 큐리(Ci)·렘(rem) 등을 사용했지만 지금은 베크렐(Bq)·시버트(Sv)로 통일되었다. 베크렐은 물체가 내는 방사능의 양에 사용하며 시버트는 사람의 몸에 피폭되는 위험도, 즉 방사선량을 측정할 때 사용한다.

 

병원에서 1회 X선 촬영할 때 대략 0.03~0.05 밀리시버트(mSv)의 방사선량을 받게 된다. 100 밀리시버트의 방사선을 한꺼번에 맞더라도 별 영향이 없다. 다만 1천 밀리시버트를 맞으면 구토 및 설사 증세가 나타나며, 7천 밀리시버트 정도면 며칠 내 사망하게 된다.

 

◇노심=원자로의 중심부로서, 핵연료 우라늄의 원자핵이 중성자를 맞아 둘로 쪼개질 때(핵분열) 발생하는 에너지를 얻는 부분이다. 핵연료봉과 함께 분열속도, 노심온도를 제어하기 위한 감속재와 냉각재(冷却材) 등이 들어 있다.

 

◇ 노심용해=말 그대로 노심이 녹아내리는 상태다. 이번 후쿠시마 원전의 경우처럼 노심 온도를 제어하는 냉각재의 공급이 제대로 되지 않으면, 핵분열 반응 과정에서 발생하는 열을 식히지 못해 노심 자체의 온도가 올라간다. 노심 온도가 약 3천℃ 가까이 이르면 봉 형태의 핵연료(핵연료봉), 즉 우라늄 자체가 녹을 수 있다.

 

◇세슘=우라늄의 핵분열 과정에서 얻어지는 물질. 동위원소(양자 수는 같으나 질량 수가 다른 원소) 중 하나인 세슘-137은 자연상태에서는 존재하지 않고, 핵실험 등의 결과로 발생하는 인공 원소다. 이 원소의 농도는 방사능 낙진의 영향을 가늠하는 척도가 된다. 세슘-137의 반감기(방사선량이 절반으로 주는 기간)는 약 30년에 이른다.

 

세슘-137은 강력한 감마선으로 암세포를 죽이기 때문에 병원에서 자궁암 등의 치료에 사용되기도 하지만, 정상세포가 이에 노출되면 반대로 암 등이 발현할 수도 있다. 이번 일본 후쿠시마 원전 주변에서 검출됐고, 체르노빌 원전 사고 때 누출된 방사성 물질이다.

 

천연광물 붕괴땐 '감마선' 생성

우주 공간에서도 방사선 날아와 한반도 피폭선량 연간 3.08mSv

 

`방사선' `방사능'이라는 말은 일반인들에게 막연한 두려움을 가져다 주는 용어입니다. 인류는 우주 만물을 이루는 기본 입자인 원자 속에 숨겨진 힘인 원자력을 이용해 에너지를 얻고 질병을 진단하거나 치료하고, 새로운 종자를 개발하고 있지만 원자 속 힘의 불균형으로 나오는 방사선은 인체에 해를 끼칠 수 있기 때문입니다. 그러나 사람이 만들지 않더라도 자연 속에서 우리는 항상 방사선을 쪼이고 살고 있습니다. 우주와 지구 곳곳에서 뿜어져 나오는 자연방사선에 대해 알아보겠습니다.

 

◇지구 탄생부터 존재=원자는 내부의 양성자, 중성자, 전자가 균형을 이루지 못할 때 방사선을 낼 수 있는 능력(방사능)을 갖게 되는데, 이러한 물질을 방사성물질이라고 합니다. 그리고 방사성물질에서 나오는 일종의 에너지를 방사선이라고 합니다.

 

자연방사선 은 지구상의 모든 물질로부터 자연적으로 생긴 방사선, 우주로부터 나오는 방사선 등을 일컫습니다. 인류는 지구가 탄생한 후부터 지금까지 끊임없이 자연 방사성물질에서 나오는 방사선과 우주선 등을 받아 왔습니다. 자연방사선의 예로는 천연에 존재하는 칼륨과 우라늄, 토륨 및 이들이 붕괴해서 생기는 원소에서 나오는 방사선이 있습니다.

 

얼마 안 되는 양의 방사선이 나오긴 하지만 우리 주위의 콘크리트나 토양 속, 몸 속에도 반드시 존대합니다. 공기나 음식물 속에는 방사성물질이 미량이지만 들어있어 우리는 숨을 쉬거나 음식을 먹으면서도 방사성물질을 들이키게 됩니다. 몸 속으로 들어온 방사성물질은 인체 내부의 조직과 세포에 영향을 주기도 합니다. 또 생활공간 속의 방사선으로 인해 체외로부터도 인체조직이 피폭됩니다.

 

◇대지로부터 나오는 방사선=천연 광물에 방사능이 있다는 사실은 1900년초에 이미 거의 밝혀졌습니다. 칼륨, 바나듐, 루비듐, 인듐, 텔루륨, 세륨 등이 천연방사선을 내놓고 있고, 우라늄은 우라늄-238이 15번에 걸쳐 붕괴돼 안정된 납-26이 되는 과정에서 계속해 방사선을 내놓습니다. 토륨과 악티늄 계열 원소도 차례차례 붕괴되면서 반드시 방사선을 방출하고, 그 결과 다른 원소로 변하게 됩니다. 이들 원소들 때문에 우리는 필연적으로 대지로부터 방사선을 받게 됩니다. 이들로부터 우리가 받는 주된 방사선은 감마선입니다.

 

특히 특정 지역은 유난히 방사선이 강한 곳이 있는데, 우라늄 광석 산지인 미국 덴버시는 연간 2밀리시버트(mSvㆍ방사선의 생물학적 영향을 나타내는 단위), 중국 광동성의 한 지역은 연간 3밀리시버트가 대지로부터 나온다고 합니다. 이는 일반 지역에 비해 10배 높은 수치입니다. 이런 지역의 사람들을 대상으로 방사선 영향을 조사한 결과 현재까지 별다른 변화가 관찰되지 않았습니다.

 

우리는 토양으로부터 연간 약 0.3~0.8밀리시버트의 방사선을 계속 받고 있고, 물 속이나 대기 중에도 방사성물질이 미량 존재합니다.

 

◇우주로부터 오는 우주선=우주공간에서는 우주선이라는 방사선이 날아옵니다. 우주공간에서 주로 초신성 폭발로 생긴 것입니다. 우주선은 87%가 양성자(수소의 원자핵), 12%가 알파입자(헬륨의 원자핵), 나머지 약 1%가 이보다 무거운 입자의 원자핵입니다. 높은 에너지를 가진 우주선이 지구 대기에 진입하면 공기를 구성하고 있는 산소, 질소 등의 원자와 충돌해 이들 입자를 깨트리면서 중성자, 전자, 광자 등 수많은 2차입자가 생겨납니다. 이들 2차입자의 상당수는 대기 중을 지나면서 에너지를 잃지만 일부는 지표까지 도달합니다.

 

우리는 이 우주방사선을 끊임없이 받게 됩니다. 일본인의 경우 연간 평균 0.3밀리시버트 정도의 우주선을 받습니다. 우주선은 높은 산에 올라가면 강도가 더 세지고, 항공기가 나는 11㎞ 정도의 고도에서는 지상보다 100배 가깝게 높습니다.

 

위도에 따라서 우주선의 강도도 달라지는데, 극지방에 비해 적도 부근은 우주선이 약합니다. 태양의 활동에 따라 우주선의 세기도 달라지는데, 태양의 활동이 조용하고 방출하는 이온 수가 적으면 지구에 도달하는 우주선의 입자가 늘어납니다. 태양에서 흑점 부근에 커다란 불꽃이 치솟고 대량의 플라즈마 입자가 우주공간에 방출되는 `플레어(Flare)' 현상이 일어나면 높은 에너지가 뿜어나오면서 대기권 내 우주선의 강도가 수시간에서 수일에 걸쳐 크게 높아지기도 합니다.

 

◇체내로부터 나오는 방사선=인체 내에도 방사성물질이 있습니다. 대표적인 것이 칼륨-40으로, 칼륨은 생체에 필수적인 물질이지만 너무 많거나 적으면 몸에 이상이 옵니다. 몸에는 체중의 약 0.2%에 해당하는 칼륨이 포함돼 있는데, 대부분은 방사선을 내지 않지만 그중 0.012%는 방사선을 내는 칼륨-40입니다. 탄소-14, 루비듐-87, 납-210 등도 인체내 방사성물질입니다.

 

한반도에서 평균적으로 받는 연간 자연방사선 피폭선량은 세계 평균치인 2.4밀리시버트보다 높은 3.08밀리시버트 정도입니다. 우주선 선량은 세계 평균에 비해 약간 낮지만 지각에서 나오는 방사선이 비교적 높기 때문입니다. 바닷물은 해저에서 나오는 방사선을 차단하기 때문에 바다 위에서는 방사선량이 적습니다. 이와 같이 방사선은 우리가 숨쉬고 살아가는 매순간 접하는 존재입니다.

 

안경애기자 naturean@

자료참고=한국원자력문화재단