탄소-14

탄소-14(¹⁴C)는 약한 베타선을 방출하는 방사성동위원소이다. ¹⁴C는 대기중의 질소에 우주방사선의 중성자가 포획되어 생성되어 5,700년의 반감기를 가져 지구 대기에서 생성되고 붕괴되어 지상 환경중 탄소 1kg에 226 Bq 정도가 포함되어 있다.

생물이 살아 있을때는 섭취와 배설의 평형을 이루어 226 Bq/kg·C수준으로 유지되고 있으나, 죽은 후에는 ¹⁴C가 붕괴하여 없어진다. 이런 현상을 이용하여 목제품등 고고학적 유물의 연대측정에 활용되고 있다.

핵실험이나 원자로 격납건물 내부에서도 생성되어 대기중 핵실험이 활발히 진행된 1955년 - 1963년 간에는 대기중 ¹⁴C가 500 Bq/kg·C 까지 증가하였다가 현재는 230 Bq/kg·C 수준으로 낮아졌다.

물리적 특성

¹⁴C는 순수 베타 방출핵종으로 반감기는 5,700년 최대 156.5keV, 평균 49.47keV의 베타선을 방출한다.

$^{14}_6 C \rightarrow ^{14}_7 N^+ + e^- + \bar{\nu_e}$

방출되는 베타선의 공기중 정지비정은 22mm이며 신체에서 정지비정은 0.27mm 이다.

자연에 존재하는 탄소-14

¹⁴C는 우주방사선에서 발생한 중성자와 대기의 상호작용으로 항상 생성되고 붕괴되고 있다.

$n + ^{14}_7 N \rightarrow ^{14}_6 C + p$

지구전체에는 약 8500 PBq (약 50t)의 ¹⁴C가 존재하며 대기권에 140 PBq (840 kg)이 존재한다.

대기권에서 생성된 ¹⁴C는 이산화 탄소의 형태로 존재하며 대양에 흡수된다. 바다에 흡수되는 반감기는 12~16년으로 알려져 있다.

생체 영향

생물학적 반감기

탄소의 생물학적 반감기는 40일이다. 즉, 인체에 흡수된 탄소-14는 40일마다 절반씩 체외로 배출된다.

유효 선량 환산계수

다음은 ICRP-119에서 발췌한 것임.

탄소-14의 유효 선량 환산계수 (단위: Sv/Bq)

경로	흡수율(f1)	유아	1세	5세	10세	15세	성인
섭취	1.0	1.4×10-9	1.6×10-9	9.9×10-10	8.0×10-10	5.7×10-10	5.8×10-10
호흡(F)	1.0	6.1×10-10	6.7×10-10	3.6×10-10	2.9×10-10	1.9×10-10	2.0×10-10

• F : 신속 흡수

약어 및 용어

Bq

Bequerel, 방사능 붕괴율 단위로 1초에 1개 붕괴하는 량

PBq

peta Bequerel = 10¹⁵Bq

Bq/kg&middot&C

Bequrel per kg carbon, 탄소 1 kg당 1Bq의 방사능

keV

kilo electron Volt, 방사선의 에너지 단위. 대부분의 베터선과 감마선은 수십 ~ 수백 keV의 에너지를 갖는다.

• 최초저자: 장종화