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방사선

last modified: 2015-04-11 21:59:05 Contributors

많이 쬐서 좋을 건 하나도 없는 것. 더 이상의 자세한 설명은 생략한다.

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

Contents

1. 개요
2. 방사선은 무엇인가
2.1. 개략적인 설명
2.2. 이용
2.3. 방사선 노출
2.4. 좀 더 디테일한 설명
3. 방사선으로 인한 피해
3.1. 방사선 피폭
3.2. 방사선 화상
4. 방사선을 피하는 방법

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

방사능 물질에서 나오는 것.[1] 방사능이라면 방사선은 똥냄새라고 생각하면 된다.방사능은 똥이야, 똥이라고! 히히 방사선 발사!

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.

2.2. 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 되돌이킬 수 없는 타격을 가할 수 있기 때문이다. 쉽게 말해서 세균 따위는 즉시 조질 수 있다. 따라서 각종 멸균소독에 이용되고 있으며 특히 밀봉 후 멸균 처리에 효과적이다.[2]

같은 원리를 이용해서 사람의 체세포도 방사선으로 죽일 수 있는데, 암세포가 있는 부위만을 선택적으로 조사하여 암세포를 제거하는 데 쓰이기도 한다.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[3] 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 코발트60 등을 이용한 핵의학 CT영상이나 자기공명영상법으로 뼈만이 아니라 각종 장기까지 관찰할 수 있게 되었다.[4]

이외에 산업 분야에서도 여러 곳에 걸쳐 절찬리에 이용중이다. 삼중수소를 이용한 야광물질은 지금도 군사적 용도로 생산되고 있으며[5], 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

2.3. 방사선 노출

일본 서브컬쳐 작품들을 보다 보면 '하늘에서 날아오는 독전파'운운 하는 것들이 있는데, 실제로도 우리 주변에서는 끊임없이 방사선이 쏟아져들어오고 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 핵실험원자력 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.[6] 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 띈 '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. 상식적으로 생각해보자. 그 방사선이 약 1억5천만km를 날아온다. 빛의속도로도 8분이나걸리는 거리를.

지구 대기층도 감마선 차폐능력은 상당히 약한 수준이고[7], 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.

2.4. 좀 더 디테일한 설명

위의 설명을 통해 방사선이 무엇인지 대충 감 잡았으면, 좀 더 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)[8]를 총칭하는 단어이다.[9]

알파선, 베타선, 감마선, X선, 중성자선, 양성자, 분열파편, 전 파이온, 이온 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[10], 베타선[11], 중성자(neutron), 양성자(proton), 핵분열 파편, 하전 파이온, 중이온 등이 있고, 후자(後者)에 속하는 것에는 그 유명한 감마선X선(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.[12]

참고로 감마선X선은 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 강력하다약하다는 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.[13]

우리 주변에도 어느 정도 자연방사선이 존재하지만,[14] 그 양은 무시할 수 있는 수준이다. 허나 강력한 방사선에 노출되면 그 에너지에 의해 생체조직(그러니까 세포 등등)이나 유전자를 반달당할 수 있으므로 주의해야 한다. 리그베다 위키는 반달당해도 백업으로 고칠 수 있지만, 세포나 유전자가 반달당하면 현대의학으론 못고친다. 고자환자가 될 수 있는 것은 물론이고, 최악의 경우 사망한다.[15] 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 라고 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.[16] 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. 자세한 내용은 방사선 화상 항목 참고.

4. 방사선을 피하는 방법

가장 좋은 방법은 방사능 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 방사능 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 방사능 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, 콘트리트도 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) 이 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.[17]

갑작스런 원자탄 폭발, 방사선 누출 등의 사고가 발생하였을 경우에는
  • 외부와 연결된 모든 통로 봉쇄 : 모든 문과 창문을 걸어 잠그고[18], 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 Iodine-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.[19]

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  • [1] 사실 이건 너무 한정적인 설명이다. 보다 자세한 설명은 아래를 보자.
  • [2] 다만 식품의 영양소는 다소 감소하게 되고 분자구조의 파괴로 생기는 부수적인 물질들도 극소량이지만 생길 수 있다.
  • [3] 방사능 관련 직종 종사자의 재생불량성 빈혈 발병률이 비교적 높은 이유도 이 때문이라고 한다.
  • [4] 사실 자기공명영상은 영상의학에서 다루는 범위이고 방사선을 사용하는게 맞긴 한데 흔히 방사선이라고 하면 이해하는 전리 방사선을 사용하진 않는다. 전자의 스핀과 관련돼있으며 그 스핀이 배열되었다가 다시 원상태로 돌아오는 과정에서 나오는 에너지를 이용한다고 생각하면 된다.
  • [5] 군필자들은 자신의 K-2 소총 가늠자에서 확인할 수 있다. 참고로 방사성 물질이기 때문에 가늠자 밑에 방사성 물질 마크가 새겨져있다!! ACOG 스코프에서도 사용된다. 물론 트리튬의 방사선은 매우 미약하므로 문제가 없다. 모 쓰레기총에서는 총을 쏴 적을 맞추는 것보다 트리튬이 함유된 스코프를 깬 다음 적에게 던져서 적이 암에 걸리길 기도하는 게 낫다는 개드립도 있었다.
  • [6] 많은 사람들이 우주방사선을 지구 자기장에서 필터링 하는 것으로 알고 있으나, 실제 대우주방사선 메인 탱킹유닛은 지구 대기권이다. 그래서 어느 심심한 천체학자들은 이걸 이용하여 체렌코프 현상을 관측하는 망원경을 박아놓기도 한다고 한다.
  • [7] 그나마 농도가 짙은 대류층은 두께 4km 정도 밖에 안 된다. 그리고 4억 4500만년 전에 이미 한번 휩쓸린 선례가 있는 것으로 추정된다.
  • [8] 흔히 일상생활에서 '전자파'라는 단어를 쓰는데 여기서의 전자파는 電磁波이지 電子波가 아니다. 전기파는 혼자서 진행할 수 없고 반드시 자기파의 진행을 수반하며, 전기파의 속도 벡터와 자기파의 속도 벡터는 서로 수직이다.
  • [9] Knoll's Radiation Detection and Measurement에서 정의
  • [10] 양성자 2개, 중성자 2개로 구성된 헬륨 원자핵이다. 다만 실제로 헬륨 원자에서 전자를 떼낸 것이 알파선이 아니라, 무거운 원자핵이 방사능 붕괴하면서 핵자를 하나하나씩 방출하는 게 아니라 양성자 둘 + 중성자 둘 이렇게 묶어서 방출한다는 이야기다.
  • [11] 사실 그 정체는 전자와 양전자다. 다만 궤도전자가 아니라, 베타 붕괴의 결과물로 나온 것.
  • [12] 비 이온화 방사선까지 포함한다면...리그베다 위키를 한다거나 책을 읽는 것도 모두 피폭이라고 불러야 할 것이다. 다시 한번 전자에 속하는 비 이온화 방사선에 무엇무엇이 있는지 보라.
  • [13] 그러니까 X선이나 감마선이 표준상태의 공기 중에서 몇 개의 이온쌍(ion pair)을 만들어내는지를 기준으로 방사선량을 표시하는 뢴트겐(Roentgen) 등등...
  • [14] 방사선의 정의가 무엇인지 생각해 보자.
  • [15] 그것도 몹시 고통스럽고 끔찍한 몰골로 가버리는 수가 있다. 궁금한 사람은 인터넷을 잘 찾아볼 것. 1999년 일본 도카이 촌에서 사고가 발생한 적이 있었는데, 그 때 피폭당한 직원들이 어떤 꼴이 되었는지를 사진으로 볼 수 있다.
  • [16] 예를 들어 육종학에서는 종자에 방사선을 쬐어 돌연변이를 만들기도 한다.
  • [17] 얼마나 두꺼운가 하면, 격납용기는 대략 20센티미터 두께의 강철 판으로 만들어진다. 그리고 원자로를 둘러싸고 있는 격납건물(원자력발전소 사진에서 흔히 볼 수 있는 회색 돔)의 벽 두께는 2미터에 달한다. 그것도 사람 팔뚝만한 철근이 빼곡하게 들어차 있는, 견고한 철근콘크리트 구조물이다. 비행기가 충돌해도 멀쩡하다. 실제로 미국에서 낡은 F-4 팬텀기를 가지고 충돌실험을 했고 프랑스에서는 열차를 정면 충돌시킨 적이 있다.
  • [18] 반드시 잠가야한다. 피난오는 사람이 살려달라고 문 벌컥 열어버리면 둘 다 죽는다. 실제 상황에선 영화처럼 모두를 구할 수 없다.
  • [19] 미국의 물리학자 리처드 파인만은 핵 폭탄 실험에서 실제로 이것을 시전하고 핵 폭발 장면을 맨눈으로 봤다. 흠좀무