‘쯍이의 저주’ 공포의 방사능퀴즈 시리즈 제5탄

삼중수소와 핵종변환

Q. ‘쯍이의 저주’ 공포의 방사능퀴즈 시리즈 제5탄

방사선을 내는 삼중수소는 베타붕괴를 하면서 핵종변환을 하는가요? 핵종변환을 하지 않으면서 방사선을 내는 수도 있나요? 핵종변환을 하면 더욱 위험한가요?

A. (쯍이의 해법)

우리 몸은 삼중수소물을 마시면 물과 구분하지 못하며 정상 수소원자가 삼중 수소원자 로 치환된다. 수소가 DNA에 박히면서 베타붕괴를 한다. 베타붕괴를 하면 헬륨으로 바 뀐다. 이런 핵종변환이 훨씬 위험하다는게 요즘 추세다. 칼륨40은 라돈처럼 자연 방사 능인데 칼륨은 삼중수소에 비해 핵종변환이 없어 훨씬 덜 위험하다.

(꺼누의 진실한 해법)

수소에는 세 가지 종류가 있습니다.

원자핵 속에 양성자 하나가 있는 수소(Hydrogen), 양성자 하나와 함께 중성자 하나가 더 들어 있는 중수소(Deuterium), 그리고 양성자 하나와 중성자 두 개가 들어 있는 삼 중수소(Tritium)이다.

이 중 수소와 중수소는 방사선을 내지 않고, 삼중수소만 방사선을 낸다.

방사선을 내지 않는 것을 안정동위원소 또는 안정핵이라 부르고, 방사선을 내는 것을 불안정동위원소, 불안정핵종 또는 방사성핵종이라 부른다.

한편, 어떤 방사성핵종이 방사선을 내는 방식에는 크게 세 가지가 있다. 즉 알파붕괴, 베타붕괴 그리고 감마선붕괴이다.

알파붕괴와 베타붕괴는 핵종변환을 하지만, 감마선붕괴는 핵종변환을 하지 않는다. 하지만, 베타붕괴를 하게 되면 곧 이어서 감마선붕괴를 연이어 하게 되는 경우가 대부 분이다. 감마선붕괴가 이어지지 않고 순수하게 베타붕괴만을 하는 경우는 매우 드물다.

자연방사성핵종인 라돈(Rn-222)은 알파붕괴를 한다.

또 다른 자연방사성핵종인 방사성칼륨(K-40) 그리고 인공방사성핵종들인 방사성요오드 (I-131)나 방사성세슘(Cs-137) 같은 것은 모두 베타붕괴도 하고 곧 이어서 감마선붕괴 도 하는 방사성핵종들이고, 순수하게 베타붕괴만을 하는 방사성핵종으로서는 자연방사 성핵종인 삼중수소(H-3 또는 T)와 방사성탄소(C-14) 그리고 인공방사성핵종인 방사성 스트론튬(Sr-90)이 대표적이다.

따라서, 라돈(Rn-222), 방사성칼륨(K-40), 방사성요오드(I-131), 방사성세슘(Cs-137), 삼중수소(H-3 또는 T), 방사성탄소(C-14) 그리고 방사성스트론튬(Sr-90)과 같은 핵종 들은 모두 핵종변환을 한다.

어떤 방사성핵종이 방사선을 낸다는 것을 그 핵종에서 에너지가 나온다는 의미이고, 어떤 방사성핵종이 조금 더 위험하다 또는 위험하지 않다는 것은 우리 인체가 그 핵종 에서 나온 에너지를 얼마나 많이 받았느냐 즉, 받은 에너지의 총합의 크기에 비례한다. 핵종변환을 하느냐 하지 않느냐는 위험성의 크기와 아무 상관관계가 없다.

오히려, 핵종변환을 하지 않는 감마선이 베타선보다도 더 에너지가 커서 더 위험하다 고 할 수도 있지만, 앞에서 언급했듯이 거의 모든 감마선은 베타선과 같이 나오기 때 문에 핵종변환과 위험성은 서로 상관관계가 없다고 보는 것이다.

한편, 선량환산계수라는 것이 있다. 방사선 한 개당 전달한 총 에너지의 크기를 말한 다. 즉, 어떤 방사성물질이 우리 인체 안으로 코 또는 입 등을 통해 들어오거나 (내부 피폭) 또는 신체 외부에서부터 (외부피폭) 인체에 전달한 총 에너지가 인체내부로 들어 온 또는 신체 외부에 있으면서 1 베크렐(Bq) 즉 1초에 한 개의 방사선이 얼마의 에너 지 즉 얼마의 밀리시버트를 전달하는 가를 의미하는 값이다.

즉, 각 방사성핵종별 방사선에 의한 암 사망 리스크 위험도를 상대적으로 비교하는 데 에 선량과 리스크가 정비례하는 관계가 있다는 전제하에 다음 표에 제시된 이 선량환산계수 값을 활용할 수 있다.

	선량환산계수 (mSv/Bq)
핵 종	섭 취	호 흡
삼중수소(H-3 또는 T)	1.2E-07	1.2E-06
방사성탄소(C-14)	1.4E-06	1.9E-05
방사성칼륨(K-40)	5.2E-05	2.4E-05
방사성스트론튬(Sr-90)	1.3E-04	4.2E-04
방사성요오드(I-131)	4.8E-04	7.2E-05
방사성세슘(Cs-137)	1.3E-05	3.9E-05

(자료출처) ICRP Pub. 119 (2012) (연령군 등 주요변수별로 다르나 그중 가장 보수적인 값)

위 표를 보면, 감마선을 내지 않는 삼중수소나 방사성탄소는 감마선을 내는 방사성칼 륨이나 방사성세슘보다 선량환산계수가 낮아 상대적으로 덜 위험하고, 자연방사성핵종 인 방사성칼륨이나 또는 인공방사성핵종인 방사성세슘이나 감마선을 내므로 거의 비슷 한 위험성을 가지는 것을 알 수 있다.

한편, 국제방사선방호위원회(ICRP)가 이 선량환산계수를 정할 때, 어떤 방사성물질이 어느 시점에서 인체 내부로 들어온 경우, 그로부터 70년 동안 인체 내에서 지속적으로 잔류하면서 인체에 전달하는 에너지의 총량을 계산해서 정합니다.

즉, ‘Cs-137의 선량환산계수가 1.3E-05 밀리시버트/베크렐이다’라고 하는 것은 Cs-137 1 베크렐의 방사능이 인체에 들어온 경우, 인체 내에서 70년을 잔류하면서 인 체에 전달하는 모든 에너지의 총합 즉, 내부피폭에 의한 방사선량이 1.3E-05 밀리시버 트 이라는 것입니다.

사실 방사성세슘이나 삼중수소가 우리 인체의 소화기 또는 호흡기계통을 통해서 인체 내부로 들어온 경우, 우리 인체의 신진대사 과정을 거쳐 일부는 땀, 소변 또는 대변 등 으로 지속적으로 배출되면서 동시에 일부는 인체 내부에 잔류하게 됩니다.

이 과정에서 인체 내부로 들어온 어떤 물질이 몸 밖으로 빠져 나가는 데까지 걸리는 시간을 ‘생물학적 반감기’라고 부릅니다.

Cs-137의 경우에는 생물학적 반감기는 110일, 물리적 반감기는 30년입니다. 즉, 몸 안 에 들어온 Cs-137은 110일이 지나면 들어 온 양의 절반이 몸 밖으로 빠져 나가고 이 생물학적 반감기의 10배 즉, 약 3년 정도가 지나면 거의 모든 양이 몸 밖으로 빠져 나 간다는 것을 의미합니다.

H-3의 경우에는 생물학적 반감기가 물과 동일하게 10일, 물리적 반감기는 12.3년입니 다. 즉, 몸 안으로 들어온 삼중수소는 물리적으로는 거의 줄어들지는 않지만, 생물학적 반감기의 10배 즉 100일이 지나면 몸에 들어 왔던 양의 99.9% 이상이 몸 밖으로 모두 빠져 나가게 되어 인체에 잔류하는 기간이 상대적으로 짧아 인체에 주는 영향도 그만 큼 작아지게 됩니다.

그렇지만, ICRP가 내부피폭에 의한 방사선량을 평가할 때에는 일부 생물학적 반감기가 긴 방사성물질도 있기 때문에 보수적으로 평가하기 위해서 70년 동안을 잔류기간으로 해서 계산하는 것입니다.

다음 시리즈에서 또 만나요~^^

(참고)

삼중수소는 지구 외부에서 우주선으로 날라 들어오는 중성자에 의해서 대기권 내에서 질소와 반응해서 자연적으로 만들어지기도 하고, 또한 원자력발전소 등에서 인공적으로 만들어지기도 한다. 지구에서 매년 약 1.5 x 10¹⁷ 베크렐의 삼중수소가 자연적으로 만들어지는 것으로 알려져 있다. 따라서, 지금 우리 주변 환경에 있는 삼중수소의 일부는 자연적으로 만들어진 것과 인공적으로 만들어진 것이 서로 섞여 있는 것이다.

삼중수소에서는 아주 약한 에너지의 베타선이 나오고, 이 베타선은 공기 중에서도 멀 리 날아가지 못하고 우리 피부를 뚫고 들어올 수도 없다.