시버트
1. 정의
Sievert, 기호 : Sv
방사선의 흡수량에 생물학적 효과를 반영한 SI 단위계의 단위. 방사능 노출 측정 및 생물학적 영향을 연구한 스웨덴의 의학 및 물리학자인 롤프 막시밀리안 시베르트의 이름을 딴 기호이다.
시버트 단위의 차원은 (길이)2/(시간)2이지만, 이것은 약분한 결과이고 실제 차원은 (에너지)/(질량)이다. 단순히 단위 차원으로 보았을 때는 단위질량당 피폭 대상이 흡수한 에너지 량으로만 기준을 정하는 흡수선량(단위는 그레이(Gy))와 같다. 그러나 시버트는 방사선이 사람(혹은 환경)에게 가져다주는 유효피해를 실질적으로 가늠할 수 있는 가중치(weighting factor, w)만큼을 흡수선량에 곱해주기 때문에, 엄밀히 말해서는 단위의 차원은 큰 의미가 없고, 시버트(Sv) 단위 그 자체로써의 의미가 크다.
1.1. 흡수선량
대상이 흡수한 방사선 에너지의 양을 대상의 질량으로 나눈 값이다. 단위는 그레이(Gy)이다.
과거에는 라드(rad)라는 단위를 쓰기도 했다. 그레이와의 관계는 다음과 같다.
1 rad(라드) = 0.01 Gy(그레이)
1.2. 등가선량
$$\displaystyle H_t=\sum_r w_r D_{t,r}$$
흡수선량(D)에 방사선 종류에 따라 미치는 영향력이 달라지는 것을 보정해주기 위한 방사선 가중치(radiation weighting factor, wr)를 곱해서 계산한 것이 등가선량(equivalent dose, H)이다. 단위는 시버트(Sv)이다.
국제 방사선 방호 위원회(ICRP) 2007년 권고안에 따르면 방사선 가중치는 다음과 같다.[1]
1.3. 유효선량
$$\displaystyle E=\sum_t w_t H_t$$
방사선이라도 신체의 어느 부위에 방사선이 피폭되었는가에 따라 달라지는 조직 가중치(tissue weighting factor, wt)가 있다. 예를 들면, 생식선(고환/난소)은 피부보다 20배나 더 취약한데, 따라서 생식선의 방사선 가중치는 피부의 20배 정도라고 볼 수 있다.
등가선량(H)에 조직 가중치(wt)까지 반영한 것이 유효선량(effective dose, E)이다. 단위는 시버트(Sv)이다.
원자력 사고 등의 경우, 신체의 특정 부위가 아닌 전신이 방사선에 노출(피폭)되는 경우도 많은데, 이럴 경우 가중치를 적용한 평균값을 적용하여 계산한다.
방사선 방호 체계를 명문화시킬 때나 특정 행동에 대한 위험도 분석(risk analysis)를 할 때에는 종종 집단선량(collective dose, S)라는 것도 사용하는데, 이것은 유효선량에 행동에 의해 피폭당하는 구성원들의 수를 곱해줌으로써 구하는데, SI 단위 체계로는 동일하게 Sv이나[2], 스케일을 짐작하기 쉽고 다른 선량체계와 혼동하지 않기 위해 person-rem 이라는 단위를 사용한다.
과거에는 렘 단위를 썼지만 현재는 시버트 단위가 국제표준이다. 렘 단위가 나오는 것은 옛날 문서이거나, 옛날에 일어난 사고이기 때문이다. 렘과 시버트의 관계는 다음과 같다.
1 rem(렘) = 0.01 Sv(시버트) = 10 mSv(밀리시버트) = 10,000 μSv(마이크로시버트)
지구상에서 자연적으로 쬐게 되는 방사능은 약 2.4 ~ 3.5 mSv/y[3]이다. 우리나라는 약 3.1 mSv/y 수준.
시버트 자체는 매우 큰 단위라서, 밀리 시버트나 마이크로 시버트를 많이 쓴다. 그리고 뒤에 시간 단위를 붙여서 시간당 노출되는 방사능으로 표현하는 경우가 많다. 이는 단순히 피폭선량이 얼마나 되느냐도 중요하나, 그것이 순식간에 일어난 피폭인지 아니면 천천히 일어난 피폭인지에 따라서도 증상이 매우 달라지고 효과도 달라지는 것으로 알려져 있기 때문이다. 1년에 CT를 한 번씩 찍는 사람의 경우 20년동안 총 1 Sv라는 상당한 유효선량을 보여주나, 원자력 사고에 의해 매우 짧은 시간에 1 Sv를 받은 사람과 비교해보면 전자는 방사선에 의한 영향이 매우 적은 반면, 후자의 경우 과다한 방사선 피폭에 의한 급성 증상이 나타날 확률이 매우 높다. 그 이유는 인체의 DNA 복구 기작이 한계가 있기 때문으로 이를테면 방사선의 총량은 같더라도 1년동안 매일 하나씩 망가지는 DNA는 체내에서 충분히 수리가 가능하나, 단 하루만에 365곳이 망가진 경우는 다 복구를 하지 못하게 되고 결국 복구하지 못한 부분이 암이나 급성 백혈병 등으로 진행하게 되는 것이다.[4]
2. 관련 문서
[1] 이 값은 국제 방사선 방호 위원회(ICRP)에서 정기적 논의를 통해 지속적으로 갱신된다. 1990년판에선 양성자의 방사선 가중치가 5였는데 2007년판에선 2로 줄어들었다.[2] 사람 수는 과학적으로 단위가 없는 무차원이기 때문에, 엄밀히 말하면 곱한다고 과학적 단위가 바뀌지는 않는다.[3] 연간 약 2.4 mSv ~ 3.5 mSv 수준이라는 뜻이다.[4] 이러한 방사선 피폭 증상을 결정론적(deterministic) 효과라고 한다.