방사선의 양과 단위

방사선은 에너지를 가진 입자 또는 전자기파로서 물질과 반응하여 에너지를 전달하면서 에너지 양에 따라 물질의 원자를 여기시키거나 전리시키게 된다. 여기된 원자는 에너지를 방출하고 전리된 경우에는 전자 및 원자핵이 운동에너지를 가지고 움직이므로 물질의 상태를 변화시킬 수 있다. 에너지가 아주 낮은 방사선으로부터 혜택을 받기도 하지만 전체적으로 사람과 환경을 방사선 피해로부터 보호하기 위한 방사선 방호 또는 차폐가 매우 중요하다. 따라서 방사선의 편익과 불편을 이해하기 위해서는 방사선의 양과 단위에 대한 이해가 필요하다.

방사선과 관련된 물리적 인자

• 방사선의 속도 : 전자기파 방사선(γ선, X선)의 속도는 빛의 속도(30만 Km/초)와 같다. γ선이나 X선은 에너지에 따라 파장은 변하지만 속도는 일정하다. 빠른 속도는 물질을 투과하는 투과력이 크다는 의미이므로 방호와 차폐에 특별한 주의를 기울여야 한다. 입자방사선(α선, β선, 중성자)의 속도는 에너지 크기에 비례하고 전자기파의 4~6% 수준이다.
• 에너지 : 방사선의 에너지는 주로 전자볼트(eV)로 표시한다. eV는 우리가 익숙한 에너지 단위인 칼로리, 와트(watt) 또는 줄(joule)과 서로 환산될 수 있다. 1볼트의 전위(volt)차가 있는 진공상태에서 운동할 때 1개의 전자가 얻게 되는 에너지가 1eV 이며 이를 joule과 cal. 로 환산하면, 1eV = 1.6 x 10^-19 joule = 3.8 x 10^-20 cal. 이다.
• 질량 및 크기 : 원자의 직경은 약 10^-8cm 이고, 원자핵의 크기(직경은) 10^-12cm 정도이다. 원자핵의 핵자(양자 및 중성자)의 정지질량(rest mass)은 각각 약 1.67x10^-27kg이고 전자의 정지질량은 양자의 1,840분의 1정도이다. 이들 입자가 운동을 하게 되면 속도에 따라 무거워 지며 광속에 가까워지면 입자의 무게는 상대성 원리에 따라 급격히 증가한다. 이는 질량과 에너지가 상호전환 될 수 있음을 의미한다.

방사선량

방사선의 세기나 양은 방사선의 영향을 정량적으로 이해하는데 가장 중요한 물리적인 인자이다. 같은 세기(watt)의 백열등과 형광등을 비교하면 백열등 경우 에너지가 열로 소모되기 때문에 밝기가 형광등에 비해 떨어진다. 또한 광원으로부터 멀리 떨어지면 가까이서 보다 밝지 않다. 방사선의 경우도 이와 마찬가지이다. 선량(線量)은 시간적으로 누적된 양이다. 방사선량을 나타내는 단위로는 여러 가지가 있다.

• 베크렐(Becquerel) : 방사성물질이 1초 동안 1개의 원자핵이 붕괴하는 경우 그 물질의 방사능은 1베크렐(Bq)이다. 1개의 원자핵이 붕괴할 때 1개의 방사선이 발생하므로 1초 동안 붕괴하는 원자핵이 많으면 많을수록 방사능의 세기가 크며 따라서 방사선은 많이 방출된다.
• 큐리(Curie) : 베크렐 단위가 사용되기 전에 가장 보편적으로 사용된 방사선량 단위이다. 1큐리(Ci)는 1초 동안 3.7x10¹⁰ 개의 원자핵이 붕괴하면서 발생시키는 방사선량으로 1g의 라듐이 내는 방사능의 세기이다. 따라서 1Ci는 3.7x10¹⁰ Bq에 해당한다.
• 뢴트겐(Roentgen) : 뢴트겐(R)은 조사(照射)선량을 나타내는 단위로서, 현재는 전리작용에 의해 건조한 공기 1kg당 2.58x10^-4 쿨롱의 전기량을 만들어내는 γ선 혹은 엑스선의 세기를 1R 으로 정의 한다.
• 그레이(Gray) : 물질 1kg이 1joule의 방사선 에너지를 흡수하는 것을 1그레이(Gy)라 한다. Gy는 물질의 방사선 흡수선량단위로서 방사선 방호 측면에서 중요한 의미를 가진다.
• 시버트(Sievert) : 방사선의 영향을 평가할 때 사용하는 선량당량(등가선량) 단위로 방사선의 종류가 달라도 등가선량이 같으면 그 영향은 같다. 달리 표현하면 생물체가 방사선에 쪼였을 때 흡수선량(에너지)이 같다고 하더라도 방사선의 종류와 에너지에 따라 받는 (생물학적) 영향이 다르다는 것이다. 방사선의 종류와 에너지에 관계없이 사람이 어느 정도의 방사선에 노출되었는지를 표현하기 위하여 시버트(Sv) 단위가 사용된다. β선, γ선 및 엑스선의 경우 1Sv와 1Gy가 같지만, α선이나 중성자선의 경우에는 생물학적 인자를 고려하여 두 단위가 다음과 같은 관계로 표현된다. α선이나 중성자선을 받았을 때 같은 에너지를 흡수하더라도 γ선 보다 인체에 미치는 영향이 훨씬 크기 때문이다.

Sv 선량 = (Gy 선량) x (선질계수 혹은 방사선가중인자)

• 라드(Rad) : 물질의 방사선 흡수선량단위로서 절대에너지 흡수량을 나타내며 물질 1g 당 방사선 에너지 100erg(1erg = 10^-6 joule)가 흡수된 것을 1라드라 한다. 그레이와 유사한 개념이다.
• 렘(Rem) : 생물학적 효과를 고려한 방사선 선량당량의 단위로 (rad x RBE, Relative Biological Effectiveness)로 표시하며 RBE는 생물학적 효과비율로 방사선의 종류에 따라 다르다. β선, γ선 및 X선의 RBE를 1로 하면 열중성자는 약 2.5, 양성자는 2, 고속중성자·α선은 10~20, 가속된 무거운 하전입자는 20 정도이다. 현재는 렘(Rem)대신 시버트(Sv)를 사용한다.