원자력발전 - 방사선과 방사능

방사선과 방사능

일상에서는 방사선과 방사능을 그리 구분해서 쓰지 않는다. 그냥 일반적으로 부르는 데로 사용한다.

하지만 이 둘은 엄밀히 다른 것이며 핵물리학에서 다른 뜻으로 쓰인다.

 

방사선이란

방사선이란 에너지를 가진 입자나 파동이 공간(또는 매질)을 이동하는 것으로 쉽게 에너지의 흐름이다.

이 정의에 따르면 우리 주위의 모든 빛은 방서선이라고 할 수 있다. 빛 또한 에너지의 흐름이기 때문이다.

그렇다면 손전등의 방서선과 원자로의 방사선은 무엇이 다를까?

 

이 둘은 방사선의 종류가 다르다. 방사선은 성질에 따라 이온화 방사선(전리 방사선, ionizing radiation)과 비이온화 방사선(비전리 방사선)으로 나뉜다.

 

이온화 방사선은 다른 원자나 분자 등의 입자를 이온화시키기 충분한 에너지를 가진 방사선을 말한다. 알파선, 베타선, 감마선, 중성자선, X선 등이 속한다.

반면 비이온화 방사선은 입자를 이온화시키지 못하여 다른 입자에 충돌해도 별 영향을 주지 못한다. 주위에 흔히 있는 자외선, 가시광선, 적외선, 라디오파, 전자파 등은 모두 비이온화 방사선에 속한다.

 

비이온화 방사선은 인체에 무해하다. 누구도 야외에서 일광욕을 하거나 핸드폰으로 전화를 하면서 방사선 피폭을 두려워하지 않는다.

하지만 이온화 방사선은 인체에 유해하다. 몸에 이온화 방사선을 맞으면 방사선의 세기가 강해짐에 따라 다음과 같은 일이 일어난다.

1. 세포에 이상이 생기지만 세포 자체의 회복 능력으로 아무런 피해가 없다.
2. DNA에 돌연변이가 발생한다. 이는 암을 유발하고 자손의 기형 확률을 높인다.
3. 방사선을 맞은 다수의 세포가 즉시 제 기능을 잃고 사멸한다. 이로 인해 홍반 등 직접적인 건강 문제가 생긴다.

방사능

방사능이란 방사선을 만드는 능력을 말한다. 여기서 방사선은 일반적으로 이온화 방사선을 말한다. 어떤 물질이 방사능을 가졌다는 것은 (이온화) 방사선을 방출하는 물질이라는 것이다.

 

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단위

방사선의 세기(방사선량)을 측정하는 단위는 다음과 같다.

 

베크렐(Bq, $\mathrm{sec^{-1}}$)

1 Bq는 초당 1개의 원자핵이 붕괴하는 수준의 방사선이다. 물론 1 Bq는 매우 작은 단위이므로 보통 GBq부터 TBq나 EBq로 매우 큰 접두사를 사용한다.

바나나 한 개는 약 15Bq의 방사능 물질을 가지고 있으며 인체는 약 4500 Bq의 방사능 물질을 가지고 있다. 인류 최악의 원자력 사고인 체르노빌 원자력 발전소 사고에서는 방사능 가스로 6.5 EBq(엑사 베크렐) 정도의 방사선이 유출되었다.

 

퀴리(Ci, $\mathrm{sec^{-1}}$)

1 Ci는 37 GBq과 같은 방사선량으로 현재는 잘 쓰이지 않는다.

 

뢴트겐(R, $\mathrm{C/kg}$)

1 R은 1 kg의 건조한 공기를 전리 작용을 통해 $2.58 \times 10^{-4}\rm C$의 전기량을 가지도록 하는 방사선의 세기이다.

 

그레이(Gy, $\mathrm{J/kg}$)

1 Gy는 1 kg의 물체가 1 Joule의 방사선 에너지를 흡수하는 정도의 방사선이다.

일반적은 X-Ray는 0.7 mGy의 방사선을, CT는 6~8 mGy를, 암 치료용 방사선은 20~80 Gy를 암 부위에 집중 조사한다.

인체에 250 mGy의 방사선이 조사되면 피폭의 피해가 발생하기 시작하며, 전신에 4 Gy의 방사선이 조사되면 둘 중 하나는 사망하는 방사선량이다.

또 일반적인 반도체는 10 Gy의 방사선을 견딜 수 있으며 특수목적의 반도체는 10000 Gy의 방사선을 견딜 수 있다.

 

시버트(Sv, $\mathrm{J/kg}$)

1 Sv는 신체 조직 1 kg이 1 Joule의 방사선 에너지를 흡수하는 정도의 에너지이다.

시버트는 매우 큰 단위로 수 시버트의 피폭을 받은 인간은 수 일 이내로 사망한다.

일상 수준의 방사선은 거의 모두 밀리~마이크로 시버트를 사용하며 피폭량으로 쓸 때는 시간당 시버트로 Sv/h를 사용한다. 일반적인 방사선 측정기에는 mSv/h 또는 μSv/h 를 사용한다.

 

현재 생물의 방사선 피폭량을 측정하는데 쓰는 단위는 Sv이다.

생물의 피폭량 단위는 Sv인데 이때는 등가선량과 유효선량이라는 것이 있다.

 

등가선량은 단순히 킬로그램당 몇 줄의 에너지로 표현되며 때문에 피폭된 조직에 따른 피해량을 잘 나타내지 못하고 절대적으로 방사선을 맞은 양을 나타낸다.

 

한편 등가선량에 피폭 조직에 따른 가중치를 곱하여 나타낸 것이 유효선량이다. 예를 들어 방사선에 취약한 부위의 가중치는 높고, 방사선에 강한 부위의 가중치는 낮고 하는 방식이다.

유효선량은 J/kg의 단위 자체보다는 생물이 얼마나 치명적인 수준의 방사선에 피폭되었는지 나타내는데 의미가 있다.

등가선량과 유효선량 둘 다 Sv를 단위로 사용한다.

 

둘의 차이에 대한 예로 병원에서 쓰는 암 치료용 방사선을 들 수 있다. 암 치료에는 약 60 Sv의 방사선을 환자에게 조사한다. 방사선을 맞은 환자는 당연히 피폭된다.

60 Sv의 피폭은 등가선량으로는 치사량에 이르는 양이지만 유효선량으로는 전혀 아니다. 방사선 대부분을 암세포가 받고, 암이 생간 부위에만 매우 좁게 방사하므로 60 Sv의 방사선에도 사망하지 않는다.