210424 [알기 쉬운 원자력 에너지 이야기] 놀라운 방사능의 세계

방사능에 대해 잘 설명한 과학기사가 있어서 요약해보았다. (하단에 본문 링크 참조)

 

■ 방사능이란 무엇인가

ㅇ 방사능

- 방사선을 방출하는 능력

 

ㅇ 방사선

- 높은 에너지를 가진 입자의 흐름 또는 빛과 같은 전자기파

- 또는 방사능을 가진 물질

 

ㅇ 방사선 물질

- 원자핵이 불안정해 순식간에 파괴되거나 변하면서 방사선을 방출하는 물질

 

ㅇ방사선의 종류

- 알파선

- 베타선

- 감마선

- X선

- 중성자선

 

ㅇ 방사선은 물질 속을 지날 때 원자나 분자의 화학 결합을 끊음

- 방사선이 생물 세포를 지나가면, 세포가 죽거나 DNA가 손상되어 암세포가 되기도 함

방사선은 세포의 DNA를 파괴하여 암세포가 생기게 한다. 반대로 방사선은 암세포를 파괴하여 암을 치료할 수도 있다.ⓒ윤상석

ㅇ 방사성 물질은 우리 주변 곳곳에 이미 존재함

- 땅 : 우라늄, 토륨

- 공기 : 라돈

- 음식물 : 칼륨40

 

ㅇ 우리 주변에서 일어나는 방사선의 양은 매우 소량. 인체에 큰 문제가 되지 않음

 

■ 방사성동위원소는 왜 방사선을 방출할까?

ㅇ 방사성동위원소

- 원자핵이 불안정한 동위원소

- 불안정한 원자핵이 안정되기 위해 방사선을 방출

 

ㅇ 알파 붕괴

- 중성자와 양성자 양쪽의 수가 너무 많아 불안정한 방사성동위원소 중에

- 원자핵에서 양성자 2개와 중성자 2개가 합친 헬륨 원자핵 1개를 방출하며 나타는 변화

- 이때 나온 헬륨 원자핵의 흐름이 알파선

- 원자핵에 알파 붕괴가 일어나면 원자핵의 질량이 바뀌어 원자핵의 종류가 변함

 

 

ㅇ 알파선(헬륨 원자핵의 흐름)은 속도가 광속의 5% (다른 방사선에 비해 느림)

- 강한 전기를 띠고 있어 주위 원자의 전자나 원자핵을 강하게 끌어당기거나 반발하여 에너지를 금방 잃음

- 종이 한장으로 차단 가능

 

ㅇ 베타붕괴(전자 방출)

- 중성자 수가 너무 많아 불안정한 방사성동위원소 중에

- 원자핵의 중성자 1개가 양성자 1개로 바뀌고 전자 1개를 방출

- 베타 붕괴시 나온 전자의 흐름이 베타선

 

ㅇ 베타붕괴(양성자 방출)

- 양성자 수가 너무 많아 불안정한 방사성동위원소 중에

- 원자핵의 양성자 1개가 중성자 1개로 바뀌고 양전자를 방출

- 베타 붕괴시 나온 양전자의 흐름이 베타선

- 알파 붕괴가 일어나면 베타 붕괴와 마찬가지로 원자핵의 질량이 바뀌어 원자핵의 종류가 변함

 

 

ㅇ 베타선은 전자의 흐름으로 속도가 광속의 98% 정도

- 알파선보다 약한 전기를 띠어 주위 원자핵이나 전자에 영향을 적게 받고 알파선보다 잘 감속되지 않음. 

- 두께 4mm 이상의 알루미늄으로 차단

삼중수소는 중성자가 너무 많아 불안정한 방사선동위원소이다. 그래서 중성자가 양성자로 바뀌어 헬륨으로 변하고 전자 1개를 방출한다 . ⓒ윤상석

ㅇ 감마 붕괴

- 원자핵의 중성자 수와 양성자 수가 안정된 상태일때

- 원자핵이 높은 에너지 상태에 있어 불안정한 방사성동위원소는 감마선이라는 전자기파를 방출, 원자핵이 낮은 에너지 상태가 됨

 

ㅇ X선

- 양성자 수가 너무 많아 불안정한 방사성 동위원소 중에

- 원자핵의 양성자 1개가 원자핵 주위 가장 안쪽 궤도에 있는 전자 1개를 붙잡아 중성자 1개로 변하는 경우

- 이때 더 바깥쪽 궤도에 있는 전자가 안쪽 궤도로 옮겨가면서 전자기파를 방출

 

ㅇ 감마선이나 X선은 광속으로 전달되는 전자기파

- 전기를 띠지 않아 차단하기 쉽지 않음

- 전자자기파는 진행 방향에 있는 원자의 전자에 닿으면 흡수되거나 에너지가 많이 줄어듬

- 진행 방향에 있는 원자의 양성자가 많을수록 이런 현상이 잘 나타남

- 원자 번호가 큰 납으로 만든 판을 이용하여 차단

 

ㅇ 중성자선

- 중성자와 양성자 양쪽의 수가 너무 많아 불안정한 방사성동위원소의 원자핵이 스스로 분열할 때

- 이때 원자핵에서 여분의 중성자가 나오는데, 이 중성자의 흐름이 중성자선

 

ㅇ 중성자의 흐름인 중성자선은 광속의 5%로 비교적 느림

- 전기를 띠지 않아 차단하기가 쉽지 않음

- 콘크리트나 물로 이루어진 두께 수 m의 벽으로 차단

 

ㅇ 방사선의 양이 충분히 약해지려면 10만 년 이상의 매우 긴 시간이 흘러야 함

방사선의 투과력 비교ⓒ윤상석

 

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놀라운 방사능의 세계 – Sciencetimes