방사선 일반

방사선이란 넓은 의미에서 원자 또는 원자핵에서 방출되는 큰 운동에너지를 가진 입자 또는 높은 에너지의 전자기파(즉, 파장이 아주 짧은 전자기파)를 방사선이라고 한다. 방사선은 높은 에너지를 가지므로 물질과 반응하여 여기(excitation) 또는 전리(ionization) 시켜 물질의 특성을 변화시키기도 한다. 자연방사선 보다는 인공적으로 발생시킨 인공방사선을 산업 및 의료 분야에서 매우 다양하게 이용한다.

방사능(Radioactivity)과 방사선

방사능이란 원자핵이 붕괴할 때 단위시간 당 붕괴되는 원자의 수를 말한다. 원자가 붕괴되면 붕괴형식에 따라 방사선 즉, 알파(α)선, 베타(β)선, 감마(γ)선 또는 중성자가 나온다. 따라서 방사능과 방사선의 개념은 완전히 다르다. 방사능 단위로는 베크렐(Bq, Becquerel)을 사용하며 1베크렐은 1초 동안 1개의 원자가 붕괴하는 방사성물질의 양이다. 기존에는 큐리(Curie) 단위를 사용했는데 1큐리는 3.7x10¹⁰ 베크렐과 같다.

방사성 동위원소와 방사붕괴

• 방사성 동위원소 : 원소 중에 원자핵의 양성자수는 같고 중성자수가 다른 원자핵 즉, 원자번호(양성자수)는 같고 질량수(양성자수+중성자수)는 다른 원소들을 동위원소라 한다. 동위원소 중에서 방사선을 내는 방사능을 가진 원소를 방사성 동위원소라 한다. 예를 들어 $_1^1{H}$, $_1^2{H}$, $_1^3{H}$ 는 동위원소이고 $_1^3{H}$는 방사성 동위원소이다.
• 방사성붕괴 : 방사성 동위원소는 원자핵의 핵자수의 불균형으로 에너지 상태가 불안정하여 일부 에너지를 방출하고 에너지가 안정된 원소로 변환된다. 이런 현상을 방사붕괴라 하며 방출되는 에너지는 입자(α, β선 등)또는 전자기파(γ, X선 등)로 나타난다.

방사성물질(Radioactive Material)

자연적으로 존재하거나 핵반응(핵분열과 핵융합 등)을 통해서 생성된(핵변환) 물질 중에서 방사선을 방출하는(또는 방사능을 가진) 물질을 방사성물질이라 한다.

• 자연 방사성물질 : 우라늄이나 토륨 같이 자연적인(인위적으로 만든 것이 아닌) 방사성 동위원소를 가지는 물질로 이들은 자연적으로 α선 또는 β선의 방사선을 방출한다. 우라늄계, 토륨계, 악티늄계에 속하는 원소가 대표적이며 특히 우라늄은 자연적으로 존재하는 가장 무거운 원소이다.
• 인공 방사성물질 : 핵반응(핵분열, 중성자 포획, 하전입자와 반응, 핵융합 등)으로 생성된 물질들 대부분은 원자핵의 핵자(양자 및 중성자) 과다로 방사붕괴를 하며 안정된 원소로 변환된다. 이와 같이 인공적인 핵변환을 통해 생성된 방사성물질을 인공 방사성물질이라 한다.

방사선의 종류(발생원 별)

• 자연 방사선 : 자연 방사성물질에서 방출되어 나오는 방사선을 말한다. 파장이 짧은 자외선도 넓은 의미에서 방사선에 포함시킬 수 있지만 일반적으로 에너지가 낮아 방사선에 포함시키지 않는다.
• 인공 방사선 : 핵분열이나 입자가속기 등을 이용해서 인공적으로 만든 방사성물질에서 나오는 방사선을 말한다. 대부분 산업적 활용 및 의료용 목적으로 연구로 등을 이용해서 방사성 물질을 만들어 특정 방사선(주로 γ선 및 X선)을 활용한다.

방사선의 종류(특성 별)

• 알파(α)선 : 방사성물질이 α 방사붕괴를 할 때 방출되는 α입자의 흐름으로 α입자는 $_2^4{He}$ 원자의 원자핵이다. 원자질량이 커서 에너지가 커지만 충돌하는 물질을 여기 또는 전리시키면서 에너지를 쉽게 잃어 비정거리가 짧아 종이 한 장 정도로도 차폐할 수 있다.
• 베타(β)선 : 방사성물질이 β 방사붕괴를 하면서 방출하는 전자선(양전자선을 포함)의 흐름이다. 인공적으로 만든 고 에너지 전자선도 일반적으로 β선이라고 부른다. 기체에 대한 전리작용은 α선보다 약하다.
• 감마(γ)선 : 방사성 물질의 원자핵에서 방출되는 전자기파로서, 원자핵의 에너지 상태가 기저상태보다 들떠있을 때(勵起 되어 있을 때) 에너지상태 차이만큼의 에너지를 γ선으로 방출하면서 안정된 기저상태로 되돌아간다. γ선은 빛의 속도로 움직이므로 투과력이 매우 커서 밀도가 높은 납 또는 두꺼운 콘크리트로 차폐한다.