반감기
1. 개요
'''반감기'''(半減期, half-life)란, 어떤 물질을 구성하는 성분이 반으로 감소하는데 필요한 기간을 의미한다. 주로 방사성 동위원소를 이용한 암석 등의 생성기간을 추정하는데 사용되지만, 약학계에서도 종종 사용되는 수치이다.
주의할 점은 이게 "이 물질은 이 기간이 지나면 반으로 줄어듭니다."가 아니라, '''"이 기간이 지나고 보니 이 물질이 반으로 줄어있더군요."'''라는 점이다. 근데 원자의 개수가 워낙 많기 때문에 큰 수의 법칙에 따라 전자도 거의 언제나 성립한다.
2. 값
보통 방사선/원자력에서는 $$T$$ 혹은 $$T_{1/2}$$로 표시하며, 그 값은 $$\frac{\ln 2}{\lambda}$$이다. $$\lambda$$는 상술한 수식의 분모에 있는 붕괴 상수(Decay constant)라는 사실상 반감기(하프 라이프)의 값을 결정하는 원소 고유의 값이다.
3. 상세
방사성 물질의 방사능(Radioactivity)은 $$ A = A_0 \times e^{- \lambda t}$$로 표시되며, $$A_0$$는 방사성 물질의 초기 양이고, 붕괴 상수의 SI단위는 $$sec^{-1}$$이지만 반감기가 매우 긴 동위원소는 단위를 $$yr^{-1}$$로 쓰기도 한다. $$A = 0.5 \times A_0$$로 놓고 풀면 간단하게 위의 $$T = {ln 2 \over \lambda}$$를 유도해낼 수 있다. 위의 식을 잘 보면 알겠지만 이 반감기는 총량에 상관없이 항상 일정하기 때문에 100->50으로 줄어드는 시간과 50->25로 줄어드는 시간은 같다. 즉, 반감기가 길다는 말은 이 방사성 물질이 그 방사능이 반으로 줄어드는 데 걸리는 시간이 길다는 소리고, 그 물질의 방사능이 아무리 낮아도 장기간 피폭당할 수 있기 때문에 매우 골치가 아파진다. 물론 우라늄처럼 반감기가 몇억년씩 되는 원소[1]는 자연방사능과 하등 차이가 없는 수준이라 신경쓸것 없지만 반감기가 몇년에서 몇십년씩 되는 원소들이 가장 처리하기 곤란한 물질이다. 핵의학이나 방사선 종양학과, 그리고 원자력 발전소에서 방사능 소스를 구할 때 가장 염두에 두어야 할 요소 중 하나이다. 그렇다고 반감기가 짧다고 안심할 수도 없는 것이 그 만큼 방사선이 집중적으로 나온다는 뜻이기도 하기 때문.
상술했듯이, 이는 '''원소 고유의 값'''이기 때문에, 인공적으로 만들어내는 X-레이나 전자선에는 통용되지 않는다. 인공적으로 만드는 방사선의 경우 그냥 전원을 내려버리면 방사선 방출도 정지한다. 원자력 발전소는 방사성 물질을 이용한 연쇄 핵분열 반응이기 때문에 전원을 내려도 꺼지지 않는다.
원소 고유의 값을 갖기 때문에, 어떤 사물에 있는 방사성 원소의 양을 가지고 그 사물의 연대를 측정하는 연대측정법에서 가장 자주 쓰는 방법이 방사선 탄소[2]의 반감기를 통한 측정이다.[3]
[1] 우라늄-238의 반감기는 무려 '''45억년'''이다. 실제 핵분열성 동위원소로 사용되는 우라늄-235의 경우 약 7억년 정도다.[2] 이때 쓰이는 탄소가 ¹⁴C다.[3] ¹⁴C의 반감기는 약 5600년 이다.