알파선
우라늄 원석이 알파붕괴하면서 방출하는 알파선 입자의 궤적이 안개상자 속에서 나타나고 있다. 보통 알파선은 이처럼 공기 중에서 수cm만 이동한다.
1. 개요
방사선의 일종이며 입자선이다.
중성자(n) 2개와 양성자(p) 2개로 구성되어 있으며, 이를 α입자라 하므로 α선이다. 이 조성은 헬륨의 원자핵과 같다. 즉 헬륨의 원자핵이 고속으로 튀어나오는 것을 알파선이라고 한다. 알파 입자는 양의 전하를 가지며, 전하량은 +2e이다.[1]
비교적 무거운 중성자와 양성자로 구성되어있기 때문에 중 하전 입자(Heavy charged particle)로 분류되고 일반적으로 라듐이나 우라늄과 같이 무거운 원자핵(Heavy Nuclides)에서 주로 알파 붕괴를 일으켜 발생된다. 단, 베릴륨-8은 가벼운 원자핵임에도 불구하고 예외적으로 알파 붕괴를 하여 알파선을 발생시킨다.
알파선을 발생시키는 알파붕괴의 경우 모핵종에서 헬륨 원자핵이 방출되는 과정이기 때문에 알파붕괴 후 모핵종에서 질량수는 4, 원자번호는 2가 감소하게 된다. 예로는 우라늄-235(원자번호92)가 알파붕괴를 일으키면 질량수는 4 감소하여 231이 되고, 원자번호는 2가 감소하여 토륨이 되기 때문에 최종적으로 토륨-231(원자번호 90) + 알파선(헬륨)이 되는 것이다.[2]
이러한 알파붕괴를 거친 알파입자는 특정한 값의 에너지를 가지게 되며[3] 방출하는 핵종의 반감기가 길면 방출되는 알파선의 에너지가 작다는 특징이 있다(이를 Geiger-Nuttall 법칙이라고 한다.).
실험실에서는 Van de Graaff[4] 정전 발전기를 통해 만들 수 있다. Van de Graaff 정전발전기는 물리학과라면 반드시 보게 될 실험 장비.
하전 입자는 속도가 느릴수록, 그리고 전하량이 클수록 주변 물질과 더 많이 반응한다. 알파선의 경우 방사선 중에서 상당히 무겁기 때문에 속도가 느리다. 또한 전하량이 전자의 2배이다. 따라서 알파선은 다른 방사선에 비해 주변 물질과 강하게 반응하며 때문에 매우 짧은 거리에서 에너지를 모두 잃는다. 따라서 알파선은 물질을 관통하는 능력이 매우 작다.[5] 때문에 알파입자는 종이 한 장 뚫지 못하며, 공기 중에서도 몇 cm 가지 못한다. 그렇기 때문에 인체나 자연계에 미치는 영향은 상당히 미미한 수준. 알파붕괴를 일으키는 물질 주변을 향 등의 연기로 감싸면 알파선이 튀는 게 눈에 보인다.[6] 다만 알파선원 자체는 조심해야 하는데, 알파선원의 경우 내부전환을 통해 X선을 방출할 수 있기 때문이다.[7]
하지만 알파선을 방출하는 방사능 물질이 체내에 들어간다면 이야기가 달라진다. 위의 방사선 가중치가 20(즉 피폭되었을 경우 피폭수치에 20을 곱한다!)인 것을 보면 알 수 있듯이, 종이 한 장보다도 가까운 거리에 '''인간의 세포가 위치하게 되면 무거운 알파선을 직격으로 맞게 되고, 이러면 세포가 박살나게 된다.'''
2. 그 외
초기 DRAM의 버그를 알파선이 만들었으며 현재도 유효하다.[8] 따라서 알파선 방호를 하지 않은 반도체는 극한 환경에서는 몽땅 사용불능이 된다. 이러한 환경에서 사용하기 위한 대표적인 반도체가 바로 군사 & 우주용 CPU.
알파선을 방출하는 방사성물질은 원자력 전지의 연료로도 사용된다. 알파선 자체가 에너지를 많이 가지고 있기 때문이다. 또한 화재 경보기에 사용되는 아메리슘도 알파선을 방출하여 공기를 이온화 시킨다.
[1] 전기장을 걸면 음극으로 휜다.[2] 폴로늄-210(원자번호84)의 경우 알파선을 방출한 뒤 납-206(원자번호82), 우라늄-234(원자번호92)의 경우 알파선 방출 후 토륨-230(원자번호90).[3] 선 스펙트럼[4] 철자를 볼 때 네덜란드어임이 명백하지만 어째서인지 그냥 영어식으로 '''밴더그래프'''라고 읽어버린다. 왜냐하면 이것을 만든 로버트 J. 밴더그래프(Robert J. Van de Graaff)가 네덜란드인이 아니라 네덜란드계 미국인이기 때문이다. 그러니까 당연히 영어식을 써야지.[5] 다만 관통력이 떨어진다는 게 물질을 통과하면서 흡수된다는 뜻인지라 일단 맞으면 좁은 영역에서 에너지를 집중적으로 전달하므로 피해가 큰 편.[6] 이를 이용한 장치가 다름 아닌 안개상자다.[7] 사실 방사선원이란 놈들이 다 이런 식이다. 알파선원이 붕괴해서 베타선원이 되었다가, 이 베타선원이 차폐물에 맞고 X선을 방출하고, 양전자를 뱉어내서 쌍소멸로 감마선을 쏴대고. 거기다 알파선원이라고 다른 선을 내지 않는다는 이야기도 아니다. 알파선 몇 퍼센트 베타선 몇 퍼센트 하는 식으로 쏴내기도 한다. 그러니 착한 위키러 여러분은 방사선원 근처엔 얼씬도 하지 말고, 혹시 직업적 이유나 비상사태로 인해 접촉하게 되면 매우 신중하고 조심스럽게 접근하자.[8] 알파선이 DRAM에 부딪치면서 마구 오류를 만들었다.