방사능
1. 개요
'''방사능'''(放射能, Radioactivity)은 라듐, 우라늄, 토륨, 폴로늄 등 원소의 원자핵이 붕괴하면서 방사선을 방출하는 일, 또는 그런 성질을 말한다. 방사선이란 말을 써야 할 곳에 이 용어를 쓰는 경우가 많다. 일상생활이나 심지어는 뉴스기사 속에서도 매우 많이 오용되는 단어다. 쉽게 생각해서 방사능은 성질, 특성 등을 뜻하는 것이고 방사선이 생물에게 위험한 것 그 자체를 뜻한다고 보면 된다.[예시]
2. 상세
안정한 원자는 원자핵과 그 전자가 균형을 이루고 있다. 일반적으로 방사성 물질은 외부에서 원자핵에 에너지를 가하거나, 혹은 생성될 때부터 불안정한 상태를 지님으로서 발생한다. 고등학교에서 전자(electron)가 여기(勵起)된 상태[1]로 갈 수 있음을 배웠듯이, 원자핵도 여기된 상태가 될 수 있다. 이렇게 여기된 원자핵이 핵종이 바뀌지 않고 안정된 원자핵이 되면 방출되는 것이 감마선이다.
그리고 알파 붕괴에서 다른 핵종으로 변하며 알파 입자(헬륨-4 원자핵)를 비롯한 입자들과 에너지를 방출할 수 있는데 이렇게 알파 붕괴에서 방출되는 것이 알파선이다.
그리고 원자핵에서 중성자나 양성자가 각각 전자나 양전자를 비롯한 입자들로 바뀌는 베타 붕괴가 있는데 여기서 나오는 것이 베타선이다.
전자의 에너지 준위에 따라서 나오는 전자기파를 방사선이라고 하는 경우가 있는데, 붕괴 자체는 전자하고 전혀 관련없이 원자핵만 존재해도 일어나는 현상으로 방사선과 전자의 에너지 준위 차이의 에너지 크기 자체도 다르므로 혼동하면 안된다.
이렇게 방사성 물질이 붕괴하며 안정한 물질로 변화, 양이 반으로 줄어드는 기간을 반감기라고 한다.
방사선은 물질을 이온화 시켜 강제로 화학 반응을 일으킨다. 그건 우리 몸 속의 세포나 DNA를 구성하는 원자들도 예외는 아니다. 이온화를 통해 화학반응을 일으키는 것은 산(Acid)의 반응 메커니즘과 같다. 즉 생물의 몸을 방사선이라는 나노 염산이 구석구석 화학적으로 볶아버리는 것이다. 물론 우리는 언제나 자연방사능에 피폭 당하고 있고, DNA도 변형이 이루어지는 경우 자가수복기능을 통해 어느 정도까지의 데미지는 무시할 수 있다. 그러나 이 수복능력을 넘어서는 화학적 변화가 일어나면 우리가 알고 있는 방사선 피폭의 증상이 발생하는 것이다. 잘 알려진 피폭 증세 중 하나는 입에서 금속맛이 느껴진다는 것인데, 히로시마, 나가사키 원자폭탄 투하 건부터, 체르노빌 등 여러 방사선 사고에 의한 피폭자들이 하나같이 공통적으로 증언한 것이다.
우리는 항상 자연스럽게 방사성 물질을 섭취하고 있다. 바나나, 자연재해, TV 같은 일상적인 요소에도 미량의 방사성 물질이 있기는 하지만, 매우 적은 양이기 때문에 인체에 해는 없다. 오히려 미량의 방사선은 몸에 좋다는 이론도 있으나, 실은 극미량이라도 선형적으로 위험이 증가한다는 이론이 주류다.
방사성 물질이나 방사선을 사용하는 곳에서는 방사성 폐기물이 나오게 되는데, 이것을 처리하기가 쉽지 않다. 병원에서 사용하는 의료기기 같은 경우는 사용 중 지속적으로 방사능 물질을 생산해내진 않지만, 사용이 끝난 의료기기를 제대로 처리하지 않으면 이런 병크를 터트리는 수가 있다. 방사선 피폭 문서 참조.
3. 단위
방사능의 세기는 '''초당 붕괴 횟수 (decay per second)'''로 나타낸다. 횟수는 단위가 없으므로 방사능의 SI 단위는 sec-1. 물론 이렇게 두면 번잡하기 때문에 방사선을 최초로 발견하여 마리 퀴리 와 함께 노벨상을 수상한 과학자 베크렐의 이름을 따 SI 유도 단위인 베크렐을 쓰며, 기호로는 Bq로 쓴다. 그 밖의 단위로 1Ci (큐리 = 3.7×1010 Bq = 37 GBq)가 있으며, 이 단위는 라듐-226 1g의 방사능에서 유래하였으나 지금은 잘 쓰이지 않는다.
시간당 붕괴 수라는 강도의 단위지만 실질적으론 방사능 물질의 양으로 주로 쓰인다. 예를 들어 사고로 방사능 물질이 유출된 양은 그램 등 질량단위 보다는 실질적 위험을 반영하는 베크렐으로 주로 나타낸다. 1 Bq 자체는 매우 작은 양이므로 (사람도 4-5000 Bq 의 자연적 방사능 물질을 체내에 가지고 있다) 보통은 소량의 유출사고에는 10억 Bq인 GBq(기가베크렐)이나 1조 Bq인 TBq(테라베크렐), 대형 사고에는 PBq = 1×1015 (페타베크렐) 등이 실용적 단위로 쓰인다. 1 그램의 방사선 세슘은 대충 3215 GBq = 3.215 TBq. 그러니 GBq 라고 해도 단위가 크다고 놀랄 필요는 없다.
예를 들어 고이아니아 방사능 유출사고에서 방사능 치료기의 방사성 세슘의 양은 약 50 TBq, 쓰리마일 섬 원자력 사고는 약 93 PBq 방사능 가스 와 560 GBq 의 방사능 요오드가 방출되었다. 체르노빌 원자력 사고에서는 방사선 가스 6.5 EBq(엑사베크렐), 방사선 요오드 1.76 EBq가 유출되었다.
물이나 식품재료, 토지 등이 방사능으로 오염된 정도는 Bq/liter, Bq/kg 또는 Bq/m2 등으로 나타낸다. 음용수 기준은 11 Bq / liter 정도.
절대 방사선 조사량의 단위는 Gray ( Gy = Joule/kg ) 으로 이건 주로 X-ray 장치등 방사선 장치가 방출하는 방사능 출력 또는 토성이나 반 알렌대 등 우주공간에서의 방사선 강도, 인체가 아닌 마이크로칩 등 물체가 받는 방사능 강도 등을 나타내는데 쓰이는 단위이다. 과거에 사용하던 단위로 rad 라는 단위가 있는데 ( 1 rad = 100 erg/gram) 100 rad = 1 Gy 이다.
통상 X-ray 1회는 0.7 mGy, CT scan 은 6-8 mGy, 전신 CT 는 14 mGy 정도. 암치료용 방사선 치료에는 부분조사로 약 20-80 Gy 로 상당히 대량의 방사선을 종양 부위에 집중 조사한다.
인체에 방사선 피폭 피해가 나타나는 최소 조사량은 250 mGy, 전신피폭시에 인체 반수 치사량 은 4 Gy 정도, 일반 반도체의 방사선 허용량은 10 Gy, 우주선이나 무기 등에 탑재하는 방사선 내성 강화(rad-hardened) 반도체는 10,000 Gy (1 M rad) 정도까지 견딜 수 있다.
절대 방사선 조사량을 인체 부위의 흡수율 등을 고려해서 실질적으로 인체가 흡수하여 피해를 입는 단위 무게당 실효 피폭량을 나타내는 데는 주로 시버트(Sievert) 라는 단위를 나타낸다. 이건 인체 조직 1 kg 당 받는 방사선 에너지로 단위는 Joule/kg 이다. 피폭 에너지 총량은 피폭자의 체중과 인체 부위마다 다른 효과 비율을 곱해야 총에너지가 나오지만 그런 식으론 잘 사용하지 않고 퉁쳐서 성인 1인의 인체가 받은 총 피폭량을 나타내는 데도 시버트 단위를 사용한다. 즉 Gray/ rem 으로 표시하는 절대 방사선 조사량을 인간 성인을 대상으로 흡수율을 가중치를 주어 피폭량을 계산한 값.
1 시버트는 상당히 큰 단위로 사람이 수 시버트 정도를 피폭 당하면 며칠 안에 사망에 이를 수 있는 치사량이다. 연간 피폭량 이나 1일 피폭 한계치, X레이 1회 촬영시 피폭량 등도 모두 밀리 시버트, 마이크로 시버트 단위로 표시한다. 과거에 사용하던 rem (röntgen equivalent man) 이란 단위도 있는데 이 단위는 100 erg/ gram = 1 rem 으로 100 rem = 1 Sievert.
보통은 시간당 방사선 피폭량으로 사용한다. 예를 들어 1 시간당 1 시버트의 피폭을 당하는 방사선의 강도를 1 Sv/h 로 사용하는 식이다. 보통 시간당 밀리 시버트나 마이크로 시버트 단위를 사용한다.
4. 방사선 마크
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흔히들 생각하는 방사능 마크. 1946년 미국 버클리 대학교의 방사선 연구실의 낙서에서 유래되었으며, 원자에서 나오는 방사선을 묘사한다고 한다. 특수문자로는 ☢도 있다.
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이온화 방사선 주의 표시. 2010년부터 사용되기 시작했다.
일반적으로 말하는 방사선이란 이온화 방사선을 말한다.
5. 관련 국내 사건, 사고
다행히 국내 유출 사건, 사고는 피폭의 사례가 극히 드물 정도로 아직까지 사례가 법적 일탈 정도에 그치고 있다.
- 2016년 10월 27일 울산시에서 태광산업 방폐물 불법 보관 사건으로 경찰의 압수수색이 이뤄졌다. 태광산업 석유화학3공장은 지난 1997년부터 2004년까지 7년간 섬유원료인 아크릴섬유와 합성고무 원료(아크릴로니트릴)를 제조하는 과정에서 촉매제로 방사성 물질인 우라늄을 사용하면서 방폐물이 대거 발생했으며 이 과정에서 발생한 중·저준위 방폐물을 보관했다. 당초 원자력안전위로부터 1,140톤의 방폐물 저장시설을 허가받았지만 320톤을 허가받지 않은 장소에 불법 보관했던 사실이 적발된 것. 태광산업은 경찰이 수사에 나선 2016년 8월에야 원안위에 자진 신고했고, 당시 압수수색에서 추가로 액체상태의 폐기물이 적발되기도 했다. 결국 태광산업은 결국 원안위 등으로부터 3억 원 규모의 과징금을 부과 받았다. 원안위는 이때 안전에 문제가 없고, 매해 방문 관리를 하겠다고 했지만 2020년 동 공장에서 재차 방폐물 유출사고가 발생했고, 이때 사업관리자인 태광산업뿐 아니라 원자력안전위원회조차 액체, 고체의 형질마저 파악하지 못했다는 비판이 일었다.
- 2018년 5월 18일 SBS의 단독보도로 대진침대 라돈 기준치 초과 검출 사건이 알려졌다. 대진침대의 매트리스에서 실내 기준치를 훨씬 초과하는 620베크렐에 달하는 다량의 라돈이 검출되었으며, 이는 건강에 좋다고 알려진 음이온 파우더[2]를 매트리스에 코팅하는 과정에서 발생하였다고 한다. 최초 발견자의 측정수치에 따르면 2천 베크렐인데, 이는 담배 250개비를 매일 피운 것과 같다고 한다. 원안위는 "0.5 mSv의 추가적 내부 피폭은 있다. 이를 의미있게 보고 어떻게 반응하냐를 결정하는 것은 원안위의 소관은 아니며 명확하게 말할 수 없는 부분이다. 다만 여러가지를 고려했을 때 가급적 줄이는 게 좋고, 사업자가 리콜을 한다고 하면 받는 게 좋다. 토론(Thoron)의 경우 방사선이 알파선으로 시트 2장을 까는 정도로도 70% 이상 차폐가 가능하다."고 브리핑하고, 대진침대가 판매한 침대 매트리스 모델 중 7종이 생활주변방사선 안전관리법(이하 생활방사선법)의 가공제품 안전기준에 부적합한 결함제품으로 확인되었다면서 수거명령 등 행정조치를 실시한다.
- 2020년 1월 22일 원자력연구원 내 일부시설에서 소량의 방사성물질인 세슘-137, 세슘-134, 코발트-60이 누출되어 원자력연구원 부근의 덕진천 일대 토양시료에서 검출된것이 확인되었다. 이는 정기검사를 위해 2019년 12월 30일에 토양시료를 채취하였고 그 과정에서 방사성물질이 검출된것이 확인된 것. 이에 원자력안전위원회에서 사건 조사에 착수했고, 한국원자력안전기술원이 사고조사팀을 급파하여 조사에 들어가 원자력연구원이 년마다 30년동안 약1만4000리터의 방사선 폐기물, 즉 약1440만ml를 하천으로 누출했다는 사실이 밝혀졌다.
6. 픽션 속의 방사능
닿기만 하면 100% 확률로 돌연변이가 되는 물질로 쓰이고 있다. 보통은 사람을 이성 잃은 괴수로 만든다든지, 온순한 짐승을 파멸의 화신으로 재탄생시키는 등 영 좋지 못한 결과를 맞이하게 되지만 주연들은 그런 거 없는 경우가 많다.
그러나 일부 작품에서는 부작용이나 돌연변이 그런거 없이 새로운 능력만 부여해주는 심히 무안단물스러운 충공깽적인 성능을 보여준다. 사실 현실에서도 육종학 등에서는 식물의 씨앗을 방사능에 노출시킨 뒤, 여기서 발생한 돌연변이 중에서 쓸 만한 것들을 골라내는 연구를 하기도 한다. 다만 이는 식물 한정이다. 방사능의 색깔은 보통 녹색으로 많이 나온다.
기계는 방사능에 멀쩡하다는 클리셰도 있지만 사실 전자부품을 쓰는 로봇도 강력한 방사능 앞에서는 몇 시간 안에 작동불능이 되어 버린다. 실제로 체르노빌 원자력 발전소 폭발 사고 당시 인간을 대신해서 로봇을 투입시켜봤는데 순식간에 뻗어서 결국 사람을 투입해야만 했다. 이렇게 투입된 인력의 별명이 '바이오 로봇'이였다고...
대중매체에서 방사능이 이런 특이한 기능을 보이는 까닭은 방사능에 대한 지식이 없어서 방사능을 무슨 신종 오염물질 같은 것으로 여겨서 생긴 오해로, 실제로는 쉽게 축약하면 그냥 짱 쎈 폭탄이다. 즉 방사능에 노출되면 문자 그대로 신체의 세포 하나하나가 방사능에게 줘팸당해서 세포 단위로 붕괴하는 것이기 때문에[3] 노출된다고 힘을 얻는 그런 쌈박한 전개는 일어나지 않는다. 설령 힘을 얻는다고 해도 그것은 거의 불가능에 가까운 확률이다. 방사능을 견딘 돌연변이 세포가 있다면 그 세포는 정상이 아니라 방사능의 소각을 견뎌낼 정도로 무섭게 번식, 재생성을 한다는 것이니 새포보다는 '암'에 가깝다. 즉 힘을 얻는다고 해도 그 '암덩어리' 때문에 힘을 얻는 것이기 때문에 힘을 대가로 시한부가 되는 것에 가깝다. 방사능까지 견딘 수준이라면 단순한 암 이상이라는 뜻인데 당장 항암치료도 버거워하고 또 그렇게까지 하면서도 암에 죽는 우리의 몸이 그 변이된 암을 견딜 수 있겠는가.
- 거북이가 쬐면 말할 줄 알고 연장 들며 도시를 설치는 이족보행 피자광 거북이들이 된다.
- Warhammer 40,000의 등장하는 진영 중 하나인 스키타리의 스키타리 뱅가드들은 무려 라듐을 이용한 무기를 사용하는데 이 무기의 자체 위력도 위험하지만, 이것에서 노출되는 방사능으로 적들을 쓰러트리는 방법을 주로 사용하고 본인들도 즐긴다는 설정이 있다. 그냥 옆에 있는 것만으로도 방사능을 뿜어낼 정도로 위험해서 본인들도 천천히 죽어간다고..... 물론 기계교는 멀쩡한 육체도 자르고 뜯어낸 뒤 기계화시키는 게 상식인지라 신경쓰지 않는다.
- 공룡이 쬐면 어떻게 알고 오는 것인지 라이벌 괴수가 등장하자마자 치고박고 싸우느라 바쁜 괴수가 된다. 그리고 이구아나가 맞으면 방사능 맞은 공룡의 짝퉁이 된다. 게다가 입에서 쏘는 광선은 무려 방사열선이다. 근데 요즘 나온 걸 보면 고대종이라는 것들이 이 방사능을 먹으며 살았다고 한다.
- 인간이 쬐면 대부분 죽음을 면치 못하나 선택받은 자(대부분 미국인들)에 한하여 엄청난 힘을 선사한다. 다만, 그 힘 때문에 왕따 당하고 낚여서 우주선으로 추방당하는 일도 있으니 당장 죽지 않았다 한들 사람에겐 별 이익이 없다.
- 동방지령전의 6면보스 레이우지 우츠호는 '핵융합을 다루는 정도의 능력'을 갖고 있는 지옥까마귀이다. 사실 핵융합은 핵분열에 비해 방사능 물질의 생성이 압도적으로 적다. 즉 레이무와 마리사가 피폭으로 죽을 걱정은 하지 않아도 된다. 자세한 것은 핵분열과 핵융합 문서 참고.
- 폴아웃 시리즈는 배경 자체가 핵전쟁 이후의 시대이기 때문에, 거의 모든 물과 음식은 방사능으로 오염되어있다. 거기다 핵전쟁 중에 개발된 대놓고 방사능을 뒤집어 씌우는 스텔스 보이도 있다. 다만 누카-콜라와 가공식품들의 경우는 그 핵전쟁 이전부터 대놓고 방사능을 넣고 있었다. 전자는 풍미를 위해서, 후자는 보존재로서 말이다. 여담으로 그 음료수를 먹은 사람 중 63명 중 3명에게 이상이 생겼는데, 2명은 실명해버렸고 1명은 배잡고 뒹굴다가 사망, 나머지는 오줌의 색이 변했다. 그래도 60명이 살았으니 판매 허가. 그리고 이것을 많이 쬐고서 운이 좋으면 구울 아니면 사망이다. 이렇게 방사능에 무감각한 이유는 석유고갈로 인해 모든 에너지원을 원자력으로 처리해야 했기 때문이다. 당장 초소형 핵융합전지(MFC)니 핵분열전지니 하는 게 굴러다니고 자동차 동력도 핵에다가 기념품, 로켓 연료도 핵인 판국이다.[4] 이 때문에 라드어웨이나 라드-X같은 방사능 제거 약물들이 민간 시중에도 풀려서 대전쟁 후에도 방사능에 대한 걱정이 상당히 줄었다. 다만 원자의 아이들 교단이라는 핵폭탄을 신으로 모시는 정신나간 집단[5]은 오히려 이런 방사능을 축복으로 보면서 남들에게 방사능을 이용한 무기인 감마선 방사기와 라듐 소총을 뿅뿅 쏴대는 미친 짓거리를 벌인다.
- 어떤 보스턴 출신 야빠가 이것이 함유된 음료를 마시면 잠시동안 무적이 되어 모든 공격(총알, 폭발, 심지어는 화염방사기나 근접무기까지)을 피하거나, 모든 공격을 더 아프게 가하고 받는 능력이 생기며, 이것이 함유된 비유제품 우유를 던지면 그것에 맞은 적을 공격하는 아군은 상처가 치유되는 능력이 생긴다.
- 스타크래프트 2: 군단의 심장에서는 아주 좋은 돌연변이 공급원. 이걸 저그 군단 진화의 궁극적 표상이 이걸 맞고서는 그걸 아바투르가 방사능 피폭을 역이용해서 토라스크로 변이하는데 필요한 에너지로 써버렸다. 그 뒤는 울트라리스크 전 개체가 부활이 가능해져 코랄은 망했다.[6] 참고로 시리즈 자체에서도 방사능을 이용하는 것을 심심찮게 볼 수 있는데 시체매같은 경우는 방사능을 흘리며 다닌다는(...) 묘사가 있으며 가우스 소총의 경우 U-238로 만들어진 탄환을 쓰기도 한다.
- 익스트림 고스트 버스터즈에서 방사능을 먹고 사는 유령이 있다. 모든 방사능을 먹을 수록 거대화된다. 코드엑토의 레이져까지 흡수한다[7] 방사능을 많이 먹게 되면 거대해지다가 폭발해서 죽은 줄 알았지만 살아있으며 움직이지 못한 채로 덫에 잡힌다.
- 오버워치에서는 방사능 피폭 지역에서 어떻게든 살아남은 사람들 중 몇몇은 무엇이든 폭파시키는 것을 광적으로 즐기는 미치광이가 되거나, 온몸에 튼튼한 갑주를 두른 힘센 노전사나 방탄 보호구를 갖춘 고릴라보다도 체력적으로 우세한 괴물인간이 된다고도 한다.
- 스트리트 파이터 가두쟁패전에서는 전세계가 핵전쟁으로 말미암아 뿔뿔이 흩어져 있던 여러 대륙이 하나로 합쳐지는 신판게아가 형성됐다. 그리고 대륙 주변부는 방사능에 오염돼 대륙 내부에서 살기 위한 싸움이 일어난다. 한편, 빈슨(베가. 경찰복 입은 스파 끝판왕)은 원자폭렬권을 사용하기 위해 위험부담을 감수하고서라도 방사능이 필요하다.
7. 참고 문서
[예시] 방사능을 가진 방사성 동위원소의 방사선에 피폭되었다.[1] 들뜬 상태.[2] 이것은 유사과학이다. 음이온 문서 참조[3] 방사능에 노출된 동물(인간 포함)들이 기괴하게 변형되는 까닭은 무슨 방사능의 특수한 성분이 세포를 오염시켜 그 여파로 세포가 변질당해서 그렇게 된게 아니라, 문자 그대로 세포들이 소각되고 무너져버렸기 때문이다. [4] 그래서 폴아웃 4에서는 차가 상당량의 공격을 받으면 붉은색+주황색으로 차 표시가 뜨면서 핵폭발을 일으킨다.[5] 전작이였던 폴아웃 3에선 선역으로 등장하였다.[6] 하지만 전작에서는 로봇 아저씨가 타고 다니는 연구선에서 주로 떼거지로 몰려다니는 외계 생물체들을 죽이는 데 잘만 써먹는다(...)[7] 그바람에 코드 엑토는 전부 잃게 된다.