삼중수소의 특성

▼ 주요 방사성핵종의 특성

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일반(개요)

삼중수소는 수소의 방사성 동위원소이며, H-3 또는 H³로 표시한다. 수소 원자의 핵은 하나의 양성자로 이루어져 있지만, 삼중 수소의 핵은 두 개의 중성자와 한 개의 양성자로 구성된다. 삼중수소의 핵은 불안정하여 방사성 붕괴과정을 거쳐 안정화 된다. 이 붕괴로 삼중수소 원자는 비 방사성인 헬륨 원자로 바뀌고, 그 과정에서 베타 입자 혹은 베타선으로 알려진 전리방사선을 방출한다.

삼중수소의 물리적 반감기는 12.3 년이다. 삼중수소에 의해 방출되는 베타선은 평균 에너지는 약 6 keV이고 최대 에너지는 19 keV로 매우 약하다. 삼중수소에서 방출되는 베타선은 공기 중에서 약 6 mm 정도만 이동할 수 있다. 삼중수소의 베타선은 인체조직을 투과하지 못하는데, 피부의 표층에서 모든 에너지를 소멸하기 때문이다. 따라서 상당량의 삼중수소가 인체내부로 들어 와 존재할 경우에만 삼중수소에 의해 방출되는 베타선이 인체 조직에 영향을 줄 수 있다.

삼중수소의 화학적 특성

화학적으로 삼중수소는 수소와 동일하기 때문에 안정 수소와 마찬가지로 삼중수소가 기체 또는 물의 형태로 존재한다. 물(H₂O)에서 안정 수소 원자 중 하나가 삼중수소 원자일 경우, 물 분자의 일부가 된다. 생성된 화합물은 삼중화 되었다고 한다. 삼중화 된 물(HTO 또는 T₂O)은 보통 물처럼 무색, 무취이며 일반적인 물 분자와 함께 존재할 수 있다. 삼중수소의 화학적 성질과 우리 몸이 2/3 가 물로 이루어져 있다는 점을 고려하면, 삼중수소가 인체 내에 존재하는 것은 이상하지 않다.

삼중수소의 환경 거동

삼중수소는 전 지구상에서 발견된다. 환경으로 방출된 삼중수소는 시간이 지나면서 물이 순환하는 것과 함께하여 대기, 지하수, 토양, 강, 호수, 시내, 대양 등에 존재한다. 이러한 수계 순환과정에서 삼중수소가 한 곳에 집중되는 것이 아니라 넓게 분산되어 희석된다. 분산과 희석이 일시에 일어나는 것이 아니기 때문에 일부 지역에서는 삼중수소에 노출될 수도 있다. 삼중수소 방출이 일어나는 곳에서 거주하는 일반인은 그렇지 않은 경우의 일반인에 비하여 삼중수소에 대한 노출의 가능성이 있기 때문에, 원자력발전소 등 모든 원자력시설에서 환경으로 방출될 수 있는 삼중수소는 물론 모든 방사성물질의 총량은 엄격하게 법으로 규제를 받는다. 방사선피폭으로 인하여 일반 개개인에게 그 어떠한 건강상의 영향도 없음을 보장하기 위한 것이다.

삼중수소의 체내 거동

삼중수소는 화학적 특성이 물과 같으므로 호흡과 피부를 통해 섭취와 흡수가 이루어지며 섭취 후 수 시간이 지나면 전신의 체액에 골고루 분포한다. 체액으로 흡수된 삼중수소의 일부는 세포조직을 구성하는데 사용되며 조직에 흡수된 삼중수소는 체액내의 삼중수소보다 훨씬 긴 생물학적 반감기를 갖게 된다. 삼중수소에서 발생되는 베타선은 비정(range)이 짧기 때문에(물 에서 최대 약 6.0 μm) 외부피폭에는 거의 기여하지 않는다. 즉 사람의 피부는 20～100 μm 두께의 표피(epidermis)와 1～3 mm 두께의 진피(derma)로 구성되어 있는데 피부암을 일으키거나 기타의 피부손상을 야기하는 표적세포(target cell)는 표피의 기저층과 진피층에만 존재하므로 삼중수소의 비정으로는 표적세포에 도달할 수 없기 때문이다.

삼중수소의 건강영향

체내에 들어 온 삼중수소 중 미량이 유기화합물에 결합 될 수 있으며, 유기 결합된 삼중수소들은 물처럼 행동하지 않아 몸안에 좀 더 오래 머무를 수 있기 때문에 신체의 특정 부위에 축적 될 수 있다. 그러나 유기 결합된 삼중수소의 영향은 일반적으로 체내의 물로서 발생하는 주된 형태의 삼중수소와 비교하여 미미하다. 삼중수소는 체내에서 화학적 독성이 없으며, 단지 방사선에 의한 독성만을 고려한다.

많은 양의 전리방사선에 노출되면 암이 유발되는 것으로 알려져 있지만, 삼중수소를 포함하여 기저방사선과 같은 낮은 선량수준에서는 암발생 효과가 관찰되지 않았다. 법적 규제와 방사선 방호행위는 방사선피폭이 암 발생 위험을 증가시킨다는 보수적인 가정에 근거하여 이루어진다. 기저방사선량 정도로 낮은 수준의 방사선피폭에 대해서는 신뢰성 있게 양적 위험평가를 할 수 없기 때문에, 예상되는 환경의 삼중수소 노출 수준으로 일반인에게 암 발생 위험이 있다고 확신 할 수 없다. 실제, 현재의 과학지식으로 유용한 데이터와 분석 방법을 사용하여, 이 수준의 방사선을 피폭한 결과로 암과 같은 건강상의 영향이 있다는 것을 발견하기 어렵다.

삼중수소의 생성

삼중수소는 여러 가지 방법으로 생성 될 수 있다. 자연적으로 공기 중의 질소와 우주방사선(우주선)이 핵반응을 하여 대기 중에 생성되며, 인공적으로 원자로, 핵폭발 혹은 고에너지 입자가속기에 의한 핵반응에 의해 생성되기도 한다. 물리적으로 삼중수소가 핵분열, 핵융합 및 방사화 등의 핵반응으로 생성된다고 한다.

핵무기(nuclear weapon), 특히 열핵무기(thermo-nuclear weapon)는 다량의 삼중 수소를 만들어 낼 수 있다. 1950~1960년대의 대기 핵실험이 지구 전체 삼중수소의 양에 크게 기여한 시기가 있었다.

삼중수소의 음용수 기준

「먹는물관리법 시행규칙」(환경부령 684호)에서 정하고 있는 것으로, 일정 수주의 염분이 포함된 염지하수에 대한 기준이 있다, 먹는 물로 사용한다는 점을 고려하면 일반 음용수의 삼중수소농도 기준으로 보아도 무방하다. 외국의 경우 100 ~ 76,000 Bq/L 에 걸쳐 그 범위가 매우 넓다.(원자력위키) 다른 방사성 핵종의 경우와 마찬가지로 한도 값을 정할 때 고려사항이 다르기 때문이다. IAEA, WHO 등의 국제기구에서 권고하는 대로 일반인에 대한 선량한도(1 mSv/년)를 기준으로 하되, 연간 섭취량(음용수와 식품 등)으로 나누어 그 양을 정할 수 있으나, 보수적 관점에서 선량한도를 1/10, 1/100 등으로 줄여 가면 그 기준 값이 줄어들 수밖에 없다.

-「먹는물 수질기준 및 검사 등에 관한 규칙」제2조(수질기준) : 별표1의 6. 6. 방사능에 관한 기준(염지하수의 경우에만 적용한다)

 가. 세슘(Cs-137)은 4.0 mBq/L를 넘지 아니할 것
 나. 스트론튬(Sr-90)은 3.0 mBq/L를 넘지 아니할 것
 다. 삼중수소는 6.0 Bq/L를 넘지 아니할 것

※염지하수 : 물속에 녹아있는 염분(鹽分) 등의 함량(含量)이 2,000㎎/L 이상인 암반대수층 안의 지하수로서, 수질의 안전성을 계속 유지할 수 있는 자연 상태의 물을 음용수의 원료로 하는 것

생활 속의 삼중수소

가장 대표적인 것이 야광도료로 사용된 제품이다. 낚시찌, 총의 가늠자, 시계침 등에 삼중수소를 사용한다. 삼중수소 자체가 빛을 내는 것이 아니라, 인광물질 발광체에 에너지를 전달하여 빛을 내게 하는 활성체 역할을 한다. 개별제품에 사용되는 삼중수소의 양과 형태는 법으로 규제되고 있다. 용기포장이 되어 있을 경우 방사선피폭의 우려는 없으나, 단 용기가 파손되어 삼중수소가 환경에 노출되면, 방사선피폭의 우려가 있다. 방사성동위원소로 법적 규제 대상이 되는 양은 10⁹ Bq, 농도는 10⁵ Bq/g 이상이다.(원자력안전위원회 고시, 방사선방호등에 관한기준 제9조(방사성동위원소의 수량 및 농도)의 별표 5)

참고

한국원자력학회 및 방사선방어학회, 삼중수소의 인체영향에 관한 과학적 분석 (2016. 7)

미국보건물리학회, Fact sheet on Tritium (2011)

원자력위키(atomic.snu.ac.kr), 원자력기초지식 방사선, 삼중수소

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