후쿠시마 오염수 방류 - 방사능에 대하여 알아보자

후쿠시마 오염수 방류로 많은 국민들이 불안해하고 있습니다.

방사선과 방사능에 대하여 정리해보았습니다.

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원자력공학을 학부에서 전공한 저에게 후쿠시마의 오염수 방류가 수산물에 영향을 줄 것인가에 대한 질문을 누가 한다면 Yes라고 답할 것입니다. 왜냐하면, 후쿠시마 사고로 300여종의 고체상태의 방사능 핵종들이 유출이 되었고, 이들이 후쿠시마 근해 및 주변 생태계에 영향을 주었는데, 최종 포식자들의 몸에 다양한 방사성 핵종들이 누적이 되겠죠. 만일 이들을 잡아서 먹는다면, 먹는 사람들의 몸에 방사능 물질이 누적되어, 다양한 암에 걸릴 확률이 높아갈 것입니다.300여종의 핵종들은 알파, 베타, 감마선을 방출하는데, 이들 세 가지 방사능은 고유의 에너지를 가진 방사선을 방출합니다. 수산물들에 방사성 핵종들의 유무를 알기 위하여, 주요 방사성 물질-에너지에 맞는 측정기가 필요합니다. 다행히, 시중에서 구할 수 있는 라돈 측정기로 플루토늄은 검출 가능할 것 같습니다. 혹시 관심있으신 분들은 아래의 쿠팡 링크를 통하여 구매해보시는 것은 어떨까요?

 

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1.방사선단위:시버트(Sv)
1 시버트(Sv)는 1,000 밀리시버트(mSv)이며, 1 밀리시버트(mSv)는 1,000 마이크로시버트( Sv)입니다.

2.선량률이란(dose rate)
단위시간당 선량
방사선의 물리화학적 효과는 주로 총선량에 비례하고 선량률의 크기는 그다지 문제가 되지 않지만 생물학적 효과는 생물자신이 갖고 있는 방사선손상의 수복작용 등이 작용하기 때문에 같은 선량을 조사하더라도 선량률이 다르면 얻어낸 결과에 차이가 나타날 때가있다. 이것을 선량률 효과라고 한다. 특히 낮은 선량율의 방사선을 조사한 경우에는 치사효과 등이 총선량에서 예상하는 것보다는 훨씬 작아진다.우리나라의 환경방사선량률은 지역과 자연현상에 따라 평상시 대략 50~300 nSv/h 범위로 변동하고 있다.일반적으로 강수 또는 기압골이 통과할 때 환경방사선량률이 상승하는 현상이 발생하는데, 이는 천연방사성 핵종(라돈 자핵종 및 7Be 등)이 강수로 인해 Washout(지표침적)되는 현상과 대기압 차에 의한 토양중 라돈 방출량 증가에 의한 것으로 알려져 있다.

2.1 방사선이 인체에 미치는 영향은 무엇인가? 또한 우리 건강에 얼마나 위험한 것일까?
시버트는 방사선량을 나타내는 단위로 방사선의 총량이 아니라 방사선의 종류와 신체 부위가 받는 영향을 포함하는 수치다.

음식물 섭취, 대지, 공기 흡입 등을 통해 받게 되는 방산선은 보통 연간 2.4 밀리시버트(mSv)~3mSv 정도다.자연 방사선이 아닌 인공 방사선의 경우 엑스레이 촬영의 피폭량은 0.1 mSv정도이고 흉부 CT는 8 mSv, 위 투시는 13 mSv 정도다. 일반인의 연간 방사능 노출 허용치는 1 mSv, 방사선 종사자의 경우 20 mSv로 CT촬영시 받게되는 방사선량은 상당히 많은 편이다.
방사선이 인체에 미치는 영향이 눈에 띄게 나타나는 경계는 250 mSv, 즉 0.25시버트(Sv)부터다. 0.25 Sv 이하의 경우에는 임상적인 증상이 없고, 0.5 Sv를 넘어서면 몇시간내 구토와 오심이 인다.
0.75 Sv에 피폭되면 2주일 내 탈모가 일어나고 0.9 Sv의 경우 몇시간 내 설사를 하게된다.

1Sv 이상에 피폭되면 몇 주 안에 적혈구가 용해되고 4 Sv를 넘어서면 두 달 내 사망에 이른다. 히로시마 원자폭탄투하의 경우 즉사한 사람만큼이나 많은 사람이 방사선 피폭으로 두 달 내 목숨을 잃었다.피폭량이 10 Sv를 넘어가면 중추신경 마비로 혼수상태에 빠지고 1~2일 내에 사망한다. 20 Sv이상일 경우에는 바로 인지력을 상실하게 된다.한번에 많은 양의 방사선에 피폭될 경우 인체에 미치는 위험은 즉각적이고 치명적인 반면 적은 양의 방사선에 피폭될 경우 후유증은 서서히 나타나고, 사람에 따라 그 영향도 다르다.
방사선에 피폭되면 파괴된 세포는 장시간에 걸쳐 돌연변이가 일어날 수 있다. 세포의 증식과 생존에 필수적인 DNA에 화학적 변성을 일으켜 암을 유발하거나 기형아 출산 확률이 높아지는 것이다.
방사선에 피폭되는 것보다 더욱 위험한 것은 방사능(방사선을 내는 성질을 갖는 물질)이다. 방사성 물질이 몸에 묻거나 몸 속으로 흡수되면 그곳에서 끊임없이 방출되는 방사선을 계속 받게된다.
일상생활에서 가장 자주 접하는 방사성 물질은 라돈이다. 라돈은 무색 무취의 기체 방사성 물질로 장기간 인체에 영향을 미치면 폐암을 유발할 수 있다.
일본의 원전사고로 누출된 방사선 물질인 세슘은 인체에 흡수돼 암이나 기타 질병을 일으키고 스트론늄은 뼈속으로 흡수돼 골암이나 백혈병을 유발한다.

2.2 방사능 특징은 무엇인가
 1)방사능은 오감으로 느낄 수 없다
 2)방사능은 인위적으로 소멸시킬 수 없다(방사성 물질이 붕괴하는데는 그 고유의 시간이 존재한다)
 3)방사성 물질이 체내에 한번 들어가면 신체조직에 침착해 일반적으로 자연배설은 불가능하다
 4)투과력은 중성자선, 감마선, 베타선, 알파선 순이고 원자력발전소레서는 주로 감마, 베타, 중성자 방사선이 발생한다.

3.1 알파선
알파(α)붕괴는 방사성 원자의 핵으로부터 2개의 중성자와 2개의 양성자를 가진 입자가 방출되어 나오는 붕괴과정이다. 이 방출된 입자는 He원자의 핵과 동일하다. 알파붕괴는 우라늄(U), 토륨(Th), 라듐(Ra)등과 같이 주로 매우 무거운 원소들에서 일어난다. 이러한 원소들의 핵은 과도한 중성자를 가지고 있으며, 알파입자를 방출하면서 새로운 원자로 변환한다. 변환된 원자는 원래의 원자보다 2개의 중성자와 2개의 양성자가 줄어든 원자가 된다. 예를 들면 238U(Z=92)이 알파입자를 방출하면 234Th(Z=90)가 된다.
알파입자는 2개의 양성자를 가지고 있어 양전하를 띠고 있으며, 다른 방사선들에 비해서 무겁고 에너지가 크다. 이로 인하여 알파선은 공기를 포함한 다른 물질들과 쉽게 상호작용을 일으키고 매우 짧은 거리에서도 다른 물질들을 많이 전리시키게 되어 진행이 어렵다. 알파입자는 공기중에서 수cm정도밖에 진행하지 못하며 종이 한 장 정도로도 그 진행을 막을 수 있다.

3.2베타선

베타(β)붕괴는 방사성 원자의 핵으로부터 뉴트리노입자와 함께 전자가 방출되는 방사성 붕괴과정이다. 뉴트리노는 질량이 거의 없는 입자이고 붕괴과정에서 일부 에너지를 가지고 방출된다. β붕괴 과정에서 생긴 전자는 원자의 핵으로부터 방출된 것이기 때문에 원자의 궤도상에 있는 전자와 구별하기 위해서 β입자라고 한다. α붕괴와 같이 β붕괴는 과도한 중성자를 가진 동위원소에서 일어난다. β붕괴를 하는 원자의 핵이 β입자를 방출하면 핵내의 중성자 하나가 양성자로 변환된다. 핵내부의 양성자수가 감소하므로 새로운 딸핵종은 모핵종보다 중성자수는 1개가 줄고 양성자수는 1개가 늘어난 원자가 된다. 예를 들어 137Cs(Z=55)이 β붕괴를 하면 137Ba(Z=56)이 된다.
β입자는 1단위의 음전하를 띠고, 질량은 중성자나 양성자에 비해 대단히 작다(1/1836). 그 결과 β입자는 α입자보다 물질과의 상호작용이 작게 일어난다. β입자의 에너지에 따라 다소 다르나, β입자는 공기중에서 수m까지 진행하는 경우도 있지만 얇은 금속조각이나 플라스틱 정도로 그 진행을 막을 수 있다.

3.3 감마선

α나 β붕괴반응 후 원자의 핵은 핵내부에 잉여 에너지가 존재하면 들뜬상태(excited state, 여기상태)가 된다. 핵은 전자기파 방사선(감마선)을 방출하여 잉여 에너지를 소실하고 안정상태를 유지한다. 감마선은 빛이나 마이크로파와 같은 성질을 가지고 있지만 그 에너지는 이들에 비해 훨씬 크다. 감마선은 질량이 없으며 전기도 띠지 있지 않는다. 감마선은 물질 원자의 각전자와 충돌하는 상호작용을 한다. 물질과 상호작용으로 물질내에서 자신의 에너지를 서서히 소실하며 상당히 먼거리까지 투과한다. 초기 에너지에 따라 다르지만 감마선은 공기중에서 수백m까지도 진행하고 인체를 쉽게 투과할 수 있다. 대부분의 α 및 β방출체는 그들의 붕괴과정에서 감마선방출을 수반한다. 의료분야에 사용되는 99mTc나 방사선계측장비의 교정선원으로 이용되는 137Cs과 같은 것들이 대표적인 감마방출체이다.

3.4 엑스선
1895년 Roentgen이 맨처음 X선을 발견했는데, 고진공상태의 유리관속에 음전극선(cathode)과 맞은 편에 양전극구리판(anode) 표적물질을 둔 장치에 고전압을 통과하게 되면 음전극선의 전자가 양전극판 쪽으로 가속되면서 구리판 표적물질과 충돌한다. 이 때 구리판의 양전극판으로부터 투과력이 매우 강한 방사선이 발생된다. Roentgen은 이것을 미지의 방사선이라는 의미에서 X선이라고 하였다.
일반적으로 X선은 두 가지로 나뉘어지는데, 특성 X선은 여기 상태의 전자가 기저 상태 궤도로 천이하면서 방출하는 것으로 단일 에너지의 특성을 가진다. 제동복사선은 고에너지의 전자가 텅스텐이나 구리와 같은 무거운 금속 표적물질과 충돌하면서 표적물질 원자핵 근처까지 접근을 하게 되고 인력작용(전자는 음전하, 핵은 양전하)으로 편향(deflection)이 일어난다. 편향은 전자의 에너지를 감소시키는 작용을 하게 되고 이 과정에 X선이 발생한다. X선 발생장치는 병원에서 의료용으로 많이 이용된다.

3.5 플루토늄
천연으로는 거의 존재하지 않는 방사성 물질로 물보다 약 20배 무거운 금속이다. 자연상태에서도 우라늄 광석 속에 미량이 함유돼 있다. 원자로 안에서는 연료인 우라늄이 중성자를 흡수해 플루토늄으로 변한다. 인체에 미치는 영향이 매우 큰 알파선을 방출하기 때문에 인류 역사상 가장 위험한 물질로 꼽힌다. 몸 안으로 들어가면 방사선을 계속 방출하고 잘 배출되지도 않는다. 반감기는 워낙 길어서 잘 사라지지 않는다. 플루토늄-238의 반감기는 87.7년, 239의 반감기는 약 2만4천년이다. 플루토늄은 핵분열을 일으키며 막대한 에너지를 내기 때문에 플루토늄-239는 핵무기의 재료로 쓰이기도 한다. 플루토늄-238은 1g에 0.5W(와트)의 전기에너지를 낸다. 후쿠시마 1호기에 가까운 2곳에서 검출된 플루토늄은 플루토늄-238이다.

3.6 제논
우라늄의 핵분열 과정에서 직접 생성되거나 요오드-133이 감마선을 방출하면서 변하는 물질로, 자연에서는 존재하지 않기 때문에 핵폭발 여부를 확인하는 지표물질이 된다.

다른 방사성 물질인 요오드-131, 세슘-137과 비교하면 상대적으로 인체 위험성은 낮은 물질이다.

특히 화학적으로 활발하지 않은 비활성 기체로 다른 물질과 잘 결합하지 못하기 때문에 인체로 들어가더라도 별다른 반응을 일으키지 못하고 배출되기 쉽다. 감마선 방출량은 81keV로 세슘-137의 662keV보다 훨씬 적으며 반감기는 5.27일로 세슘-137의 약 30년보다 훨씬 짧다.


4.방사선 오염이란
우라늄•플루토늄에서 나오는 알파•베타•감마선을 방사선, 방사선을 방출되는 능력을 방사능이라 부른다. 방사능을 지닌 방사성 물질에 의해 인체•음식물•환경이 오염되는 일을 방사능 오염이라 한다. 핵실험 이후 발생하는 방사성 낙진 또는 사고•과실로 원자력시설 폐기물에서 누출된 방사성 물질로 인해 오염이 진행된다.

특히 세슘-137, 요오드-131, 스트론튬-90 등의 방사성 물질은 인체에 미치는 위험성이 커 주의해야 한다. 피부•의복 등 외부 피폭은 샤워나 옷 갈아입기 등을 통해 예방•제염할 수 있으나, 호흡과 음식물 섭취 등을 통해 인체 내부에 들어와 축적된 경우 적절한 치료가 필요하다. 오염된 대기, 토양, 해수는 면밀한 관찰과 사후조치를 통해 장기 희석시켜야 한다.



5.방사능 오염에 있어 대처 방안은 무엇인가?
방사성 물질이 방출되면 공기 중으로 이동하면서 토양, 물, 생물체에 축적돼 영향을 미칠 수 있다. 생태내 먹이사슬을 통해 생선, 우유 등 식품원료에서 다량 검출될 수 있다. 요오드의 경우 반감기가 8일로 짧아 환경영향이 수주에서 수개월에 그치지만, 세슘은 반감기 30년에 장기 영향을 미칠 수 있다. 현장에서 멀리 떨어진 지역에서는 방사성 물질이 확산된다 해도 그 양이 미미하다. 마스크 착용, 옷 갈아입기, 샤워, 우산쓰기 등 일반 행동수칙만 지켜도 인체영향을 제거할 수 있다. 다량의 방사성 물질이 인체에 흡수되면 안정화요오드나 프러시안블루 등 치료제를 복용한다.

6.인체가 방사선에 노출되면 어떻게 되는가?
방사선은 피폭량에 따라 신체에 일반전신장애, 조혈기관 손상, 소화기 손상 등의 급성 영향과 암 발생, 수명 단축 등의 만성 영향을 준다. 방사선을 한 번에 전신에 걸쳐 500밀리시버트(m㏜)를 쪼이면 백혈구(림프구)가 일시 감소하는 증상이 나타난다. 보통 사람들이 1년 동안 일상생활에서 자연스럽게 노출되는 방사선량은 2.4m㏜다. 방사선 피폭량이 1㏜(1000m㏜)가 되면 구역, 구토, 전신권태, 림프구의 현저한 감소로 인한 조혈기능 장애 증상이 나타난다. 2㏜면 사망률이 5%에 이르고, 4㏜면 1개월 만에 노출된 사람의 50%가 사망한다. 피폭량이 6㏜에 이르면 2주 안에 노출된 사람의 90%가 사망하고, 7㏜면 100% 사망한다. 5㏜ 이하에서 요오드화칼륨정(KI)이나 프러시안블루 같은 치료제를 통해 급성기 증상을 치유한다고 해도 10년에서 길게는 30년의 잠복기간을 지나 백혈병과 갑상선암, 유방암 등 각종 암이 발생할 수 있다. 현재 일본 원전이 위치한 후쿠시마현 인근에서 재배한 시금치(kg당 5만4000베크렐의 방사성 요오드 검출)를 매일 50g씩 1년간 섭취하면 인체에 축적되는 방사선량은 연간 자연 방사선량(2.4m㏜)의 9배 정도 수준이다.

 

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