방사선 차폐

방사선은 높은 에너지를 가지고 있으므로 물질과 반응하여 원자의 에너지를 여기(excitation)시키거나 원자를 전리(ionization) 시켜 물질의 특성을 변화시킬 수 있다. 인체가 강한 방사선에 노출되거나 방사선을 방출하는 방사성물질을 흡수하면 방사선에 의해 세포가 손상되어 위험해질 수 있다. 또한 환경이 방사성물질에 오염되면 궁극적으로 인간이 피해를 보게 된다. 따라서 방사선 차폐가 필요하며 차폐방법이나 차폐물질은 방사선의 종류와 특성에 따라 달라진다.

방사선 감쇠계수(Radiation Attenuation Coefficient)

방사선은 공기를 포함한 모든 매질을 통과할 때 매질 내에 있는 원소들과 상호작용(산란 또는 흡수)을 하면서 에너지를 잃거나 소멸된다. 즉, 방사선이 가진 에너지를 작용하는 원소에 일부 또는 모두를 전달하는 것이다. 이와 같이 방사선이 에너지를 잃는 정도를 감쇠계수라 한다.(또는 매질의 방사선 흡수계수라고도 한다). 방사선이 직선으로 매질을 투과하는 경우에 방사선의 초기방사능(강도)을 N₀라고 하고 매질의 방사선 감쇠계수를 μ라 하면 매질을 길이 t 만큼 통과했을 때 방사선의 방사능 N(t)는 N(t)=N₀e^-μt이다. μ는 방사선의 에너지 크기에 따라 달라진다. t는 방사선이 투과하는 물질의 두께, 단위면적당 질량/mol수/원자수 등으로 나타낼 수 있는데 각각에 해당하는 감쇠계수는 선 감쇠계수, 질량/mol/원자 감쇠계수로 부른다.

방사선 차폐

방사선 중에 우리가 가장 조심하면서 철저히 차폐해야 하는 방사선은 전자기파인 γ선과 전기적으로 중성입자인 중성자이다. γ선은 빛의 속도로 움직이기 때문에 물지의 투과력이 매우 강하고, 중성자는 에너지가 낮다 하더라도 전기적 반응 없이 물질을 투과할 수 있기 때문이다. 차폐매질의 밀도가 높으면 감쇠계수는 당연히 커다. 따라서 감쇠계수가 클수록 방사선 차폐효과는 커진다. 방사선과 차폐관계를 간단히 살펴보자.

• 하전입자 차폐 : 하전입자(α선, β선, 전리된 입자 등)는 물질과 상호작용할 때 에너지를 급격히 잃기 때문에 비록 높은 에너지를 가지고 있다 하더라도 차폐에 별 어려움이 없다. 예를 들어 α선의 경우 공기 중에서 에너지를 완전히 잃기 전까지 움직이는 거리(비정거리)가 매우 짧아 인체에 직접 피폭이 되지 않는 한 문제가 없으며 종이 한 장 정도로도 쉽게 차폐할 수 있다.
• γ선 차폐 : γ선이 방출되는 경우는 매우 다양하다. 핵분열 γ선, 방사성물질의 γ선 붕괴, 중성자 포획 후 방출 γ선, 중성자의 비탄성 충돌로 여기 된 원자핵 방출 γ선, 전자장에서 전자의 가속·감속 시 발생하는 γ선, 전자기파인 Bremsstrahlung 등이 차폐대상 γ선이다. 차폐물질로는 밀도가 높은 납이 대표적으로 이용된다.
• 중성자 차폐 : 중성자원(源)도 다양하다. 핵분열 중성자, 핵분열생성물의 방사붕괴, α입자 충돌로 발생하는 중성자, Photoneutron 등이 대표적이다. 중성자는 γ선과 달리 가벼운 원소와 충돌하면 많은 에너지를 잃는다. 대표적인 원소가 수소이다. 경수로에서 중성자 감속재로 물을 사용하는 이유이다. 따라서 중성자 차폐에는 원자로에서와 같이 물, 파라핀, 붕소함유 물질, 콘크리트 등이 대표적으로 시용된다.