폴로늄-210의 특성

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일반(개요)

폴로늄은 자연환경에서 발견 할 수 있는 방사성 물질로, 1800 년대 후반에 Marie와 Pierre Curie가 방사성물질 추출실험을 하는 과정에서 그 일부를 추출한 후에도 왜 여전히 방사능을 갖고 있는지 알아내려 할 때 발견되었다. 정제된 순수 폴로늄은 저온에서 녹고 휘발될 수 있다. 폴로늄에는 25 개의 동위원소가 있으며, 잘 알려진 대로 폴로늄-210이 그 중 하나이고, 동위원소 대부분은 반감기가 매우 짧아 빠르게 붕괴한다.
25개의 알려진 동위원소 중 폴로늄-208, 폴로늄-209 그리고 폴로늄-210 등 3 종류가 반감기가 길며, 가장 널리 사용되고 자연에 가장 많이 존재하는 것이 폴로늄-210 이다. 폴로늄-210은 반감기가 138일이며 5.3 MeV의 알파입자(2개의 양성자와 2개의 중성자로 구성된)를 방출하며 안정 동위원소인 납-206으로 변환된다. 비방사능이 166 TBq/g로, 1 마이크로그램의 폴로늄의 섭취할 경우, 유효선량당량 약 40 Sv를 피폭한다.
(유효선량당량, effective dose equivalent, 선량환산인자 : 2.4 x 10^-7 Sv/Bq; Radionuclide and Radiation Protection Data Handbook, Radiation Protection Dosimetry Vol.98 No1, 2002)

Polonium Isotopes

동위원소	반감기	비방사능(TBq/g)	알파에너지(MeV)
Po-208	2.9 년	21.8	5.1
Po-209	103 년	0.63	4.9
Po-210	138 일	166	5.3

기원

폴로늄-210은 자연적으로 존재하며, 우리 몸과 토양 및 공기에도 아주 작은 양이 존재한다. 우라늄 광석 또는 광물을 화학적으로 처리하는 과정에서 생산될 수 있지만, 우라늄 광석 1톤당 0.1 밀리그램(mg) 이하의 폴로늄-210이 존재한다.

용도

폴로늄은 자연적으로 존재하지만, 사용가능한 양을 만들기 위해서는 원자로에서 안정 물질에 중성자를 조사하여 폴로늄-210을 제조한다. 중성자 조사된 물질은 방사능을 띄고 이후 붕괴하여 폴로늄-210이 된다. 폴로늄-210은 주로 정전기 제거기에 사용되는데, 매트릭스 형태로 혼합된 극미량의 방사성 물질을 포일(foil)에 붙여 테이핑, 롤 용지 제조 및 금속연화 공정 등에서 생성될 수 있는 정전기를 없앤다. 컴퓨터 칩 제조 및 사진 필름 처리와 같은 "깨끗한" 환경이 필요한 곳에서 먼지 입자를 제거하는 데에도 사용할 수 있다. 정전기 제거기에 사용하는 폴로늄-210의 방사능은 수 MBq에서 수십 GBq 정도이다.
베릴륨과 합성하여 중성자 선원을 만들 수있으나, 수율이 낮아 많이 쓰이지는 않는다.(⁹Be + alpha --> ¹²C + neutron + 4.44 MeV)

건강에 미치는 영향

폴로늄-210이 인체 외부에 있다면 전혀 위험하지 않지만, 체내에 존재한다면 위험할 수 있다. 폴로늄-210에서 방출된 알파입자는 멀리 이동할 수 없으며, 아주 가까운 영역에 많은 양의 에너지를 전달하여 세포를 죽이거나 손상시킬 수 있다. 폴로늄-210을 포함한 방사능이 체내로 들어오는 경우는 방사성물질이 포함된 것을 먹거나 호흡하거나 마시는 경우이다. 입을 통해 폴로늄이 섭취될 경우 대개 배설물을 통해 몸 밖으로 나간다.(Stannard 1988). 몸 안에 남는 폴로늄은 혈류를 통해 몸 전체를 이동하며 마지막엔 비장과 신장에 축적된다.

폴로늄을 흡입하면 일부는 폐에 남고, 거의 절반이 비장, 신장 및 간에 모이게 된다. 골수로 소량이 모이고, 나머지는 신체, 주로 혈액, 림프절 및 호흡기 점막의 안쪽에 분포한다. 폴로늄-210에서 방출 된 알파입자는 세포구조물들을 파괴하고, 핵을 조각내며, DNA를 손상시키고, 세포를 죽일 수 있다. 알파입자에 의한 위장관(GI)의 생물학적 손상의 정도는 잘 알려져 있지 않으며, 1960년대의 일부 동물실험에 의한 자료에 따르면 알파입자는 Bq 당 점막 내피에 베타선이나 감마선에 비해 적은 선량을 주는 것으로 나타났다. 이는 베타선이나 감마선에 비하여 알파입자의 비정이 짧기 때문이다.

급성의 치명적인 섭취로 인해 나타나는 주요 생물학적 효과는 골수기능저하로 1회에 5 Gy의 전신 선량을 피폭할 때 일어날 수 있다.

체내 존재하는 폴로늄-210을 체외에서 탐지할 수 없다. 체내 알파 방사능은 소변이나 대변 시료의 방사능을 측정하여 검출한다. 방사선테러에 사용되는 폴로늄-210으로 사람을 중독시키려면, 자연 방사성 폴로늄-210으로는 불가능하고 많은 양의 인공 폴로늄-210을 체내로 유입시켜야 한다.

참고

미국보건물리학회, Fact sheet on Polonium-210 (2010)
원자력위키(atomic.snu.ac.kr), 원자력기초지식 방사선
Stannard JN. Radioactivity and health: A history. Washington, DC: U.S. Department of Energy; 1988.

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