인체 내 방사성 물질

몸 안에 존재하는 방사성물질은?
우리 몸 안에도 방사성물질이 있다. 생명유지를 위하여 호흡하고 음식물을 섭취해야 하는 한 살아있는 동안 늘 방사선에 노출되고 있으며, 실제 죽어서도 방사선은 피할 수 없다, 우주로 나간다면, 지구에서보다 훨씬 많은 양의 방사선에 피폭할 수밖에 없다.

우리 몸에 있는 감마선 방출핵종으로 가장 중요한 것은 방사성 칼륨(K-40) 이다. K-40은 칼륭의 동위원소이고 이는 지구 생성 이래 늘 주변에 있어 왔기에, 작은 양이지만 자연계의 어디에든 존재한다. K-40이 인체 내부에 존재한는 방사선원으로 중요한 이유는 그 양(농도)이 상당히 많고, 칼륨은 우리가 늘 먹는 음식으로부터 섭취되며, 우리 몸에 필요한 필수 영양소의 하나다. 신체의 거의 모든 조직에 존재하며, 체중이 70 kg인 성인이라면 약 4,260 Bq의 K-40이 몸 안에 있다.

K-40이 한 번 붕괴하면 그 중 약 10 %가 1,460 keV의 에너지를 갖는 감마선이 나온다. 4,260 Bq이 있다면 초당 약 430 개의 고에너지 감마선이 방출되는 것이다. 고에너지 감마선의 특성상 일정 부분 몸 안에서 감쇠(흡수)되고, 대부분 몸 밖으로 나간다. 따라서 우리는 주변의 다른 사람으로부터 비례적이지는 않지만(차폐, 감쇠되는 양을 제외해야 하기 때문에) 일정량의 감마선에 노출되는 셈이다. 물론 그 양은 아주 적다.

평균 체중 이상의 사람이라면 저체중의 사람보다 외부 선량률이 높을 것이다. 하지만 그 크기는 정상적인 자연방사선에 의한 배경 선량률에 비해 극히 적다. 몸무게가 많이 나가는 사람은 K-40의 붕괴과정에서 함께 나오는 베타선을 더 받을 수 있으나, 방사선에 의한 위험도를 종합적으로 평가하기 위한 양인 유효선량 또는 장기가 받는 등가선량 등은 단위 무게 당 흡수되는 에너지의 양으로 정의되기 때문에, 체중 차이에 의해 내부피폭선량이 차이가 난다고 할 수 없다.

K-40 외에도 우라늄 및 토륨과 그 자손핵종들, 베타선 방출체인 C-14와 Rb-87, 그리고 라돈과 그 자손핵종 등이 있으나, 이들은 K-40에 비해 우리 몸 안에 아주 적게 존재하기 때문에 상대적으로 중요하지 않다.

몸 안에 존재하는 K-40의 양은?
자연계 칼륨의 0.0117 %이 K-40 이고, 반감기가 12억8천만년(1.28 x 10⁹ 년)이고, 그 비방사능(SA)은 30.5 Bq/g 이다. 우리 몸의 약 0.2 %가 칼륨이므로 체중이 70kg 라면, K-40이 약 4.26 kBq(30.5 Bq/g x 70,000 g x 0.002 = 4,260 Bq) 이 있는 셈이다.

몸 안에 존재하는 C-14의 양은?
자연계 생명체 중에 C-14는 C-12의 1/10¹² 이 존재한다. C-14의 반감기는 5,730년이고 비방사능(SA)이 0.19 Bq/g 이므로, 몸무게가 70 kg 이라면 (이중 약 23%가 탄소) 몸 안에 C-14가 약 3.08 kBq (0.19 Bq/g x 70,000 g x 0.23 = 3,080 Bq) 존재한다.

몸 안에 존재하는 Pb-210의 양은?
유엔 방사선영향연구위원회(UNSCEAR)의 1982년 보고서(Ionizing Radiation: Sources and Biological Effects)에 의하면, 인체에 존재하는 Pb-210의 70 %가 뼈에 있다. UNSCEAR 보고서에 있는 뼈 속의 Pb-210 농도 3 Bq/kg 로 70 kg 체중 성인의 뼈에 들어있는 방사능은 약 15 Bq이다. 나머지 30 % 인 6.4 Bq는 기타 연조직(soft tissue) 전체에 균일하게 분포한다. 따라서 70 kg의 몸 안에 Pb-210은 21.4 Bq이 된다.

몸 안에 존재하는 Po-210의 양은?
동 보고서는 뼈의 Po-210 농도가 Pb-210 농도의 80 %라고 가정한다. 이 가정에 의하면 연조직 내 Po-210 농도는 2.4 Bq/kg 으로, 70 kg 남성의 뼈에는 Po-210 12 Bq이 존재한다, 연조직에서 Po-210과 Pb-210 간의 비율은 1:1 로 가정하기에, 연조직 내 Po-210 은 6.4 Bq이다. 따라서 70 kg의 몸 안에 Po-210은 18.4 Bq 이다.

Po-210와 Pb-210 인체 방사능 양은 일정한가?
남성에 비해 여성의 경우, Po-210와 Pb-210의 양은 적을 것으로 예상되고, 성인보다 어린이의 경우가 적으며, 흡연자는 비 흡연자보다 많다.

주요 체내 방사성물질에 의한 방사선량
미국 방사선방호위원회(NCRP) 보고서 (NCRP160, 2009)에 의하면, 미국인의 자연방사선(ubiquitous background radiation: 천연방사선 + 우주선) 피폭선량 중 약 9%가(약 0.28 mSv) 음식물 등 섭취로 인하여 K-40 (0.16 mSv)등과 같이 체내 존재하는 방사성 물질에 의한 것라고 한다. 기저방사선(자연방사선 + 인공방사선, 6.2 mSv) 피폭원의 약 50% (3.1 mSv)는 자연방사선이다. 여기서 라돈(Rn-222)과 토론(Rn-220)에 의한 것만 2.27 mSv 이다. 우리나라의 경우 자연방사선량은 약 3.1 mSv로 미국과 비슷하거나 약간 낮다.(그러나 2009년 국제방사선방호위원회(ICRP)가 라돈 가스에 대해 위험도를 상향 조정한 결과를 반영하면 약 5.24 mSv에 이른다. 따라서 우리나라의 경우 평균적으로 피폭하는 자연방사선량 중 약 70%(5.24 mSv/년 중 3.62 mSv/년)가 라돈에 의한 것이다.(참조:라돈과 토론))

자연방사선 구성
(NCRP 보고서 160의 그림 3-19)
구 분	선량분율(%)	피폭형태	선량(mSv)
라돈(Rn-222)	68	내부(흡입)	2.11
우주선	11	외부	0.34
지각방사선	7	외부	0.22
라돈(Rn-220)	5	내부(흡입)	0.16
K-40	5	내부(섭취)	0.16
토륨/우라늄 계열	4	내부(섭취)	0.12
기타	<0.01	-	-
합계	100	-	3.1

참고
미국보건물리학회, FAQ: Are Our Bodies Radioactive?
미국보건물리학회, Fact sheet on BAckground Radiation (2015)
National Council on Radiation Protection and Measurements, Ionizing Radiation exposure of the population of the United States, NCRP Report No.160 (2009)
KINS, 대한민국 국민의 자연 및 인공 방사선 피폭량 조사 최종보고서(2020, 한국원자력안전기술원)

이 자료의 최초 작성 및 등록 : 김봉환(KAERI) bhkim2@kaeri.re.kr

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