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빛과 어둠이 공존하는 방사능, 그 양면성

후쿠시마 원전 피폭, 우리나라에 영향은 거의 없을 듯


I. 방사능의 개념

1. 방사성원소의 종류
방사능이란 어떤 방사성동위원소가 방사선을 방출하는 능력을 말한다. 방사선을 나누는 방법에는 몇 가지가 있다. 우선 방사선은 자연방사선과 인공방사선으로 나눌 수 있다. 또한 방사선에는 알파(α), 베타(β)와 같은 입자형 방사선이 있고 감마선(γ)과 같은 전자기파형 방사선이 있다. 방사선을 방출하는 능력, 즉 방사능을 지닌 원소를 방사성원소라 한다.

방사성원소는 원자핵이 불안정한 상태로 있어 안정된 원소로 변하게 되는 것을 말하는데 이를 붕괴(Decay)라 한다. 이러한 붕괴 과정에서 발생되는 방사선이 바로 α선, β선, γ선이다. 이러한 붕괴 과정은 여러 단계를 거쳐 일어나는데, 1896년에 베크렐에 의해 최초로 우라늄이라는 방사성원소가 발견되었으며, 1898년에는 퀴리가 우라늄보다 방사능이 훨씬 큰 라듐이라는 방사성원소를 발견한 바 있다. 이들은 모두 자연 광석에서 분리한 것으로 이러한 방사성동위원소를 자연방사성원소라 한다. 원자번호 81인 탈륨(Tl)에서 92인 우라늄(U)까지는 모두 자연방사성원소다. 칼륨(K), 루비듐(Rb), 사마륨(Sm), 루테튬(Lu) 등도 아주 미약한 방사능을 가지고 있다.

인공방사성원소는 퀴리가 처음으로 폴로늄에서 방출되는 α선을 붕소·알루미늄 등 가벼운 원자에 조사하여, 인공적으로 방사성원소를 만든 것에서 비롯된다. 그리고 그 이후에 개발된 원자력발전소의 핵분열이라는가, 가속기, 연구용원자로 등에서 어떤 원자핵에 중성자, 양성자, 알파, 감마선 등의 방사능을 조사시켜 인공적으로 생산된 원소들을 통칭하여 인공방사성원소라 한다.

2. 생활 속 방사능의 활용
- 의학 : X선은 인체 내부의 뼈를 투시하여 볼 수 있어 의학에 혁명을 가져왔으며, 현재 각종 병변이나 골격 이상 등의 진단과 염증, 종양 치료 등에 응용되고 있다. 인체를 가로로 자른 황단면에 대한 영상을 만들어내는 CT는 X-선 촬영에 비해 정밀검사에 활용된다. 암을 조기에 발견하고 치료하는데 사용되는 PET(양전자방출단층촬영기)는 암세포를 찾아내는데 이용되며, 양성자가속기, 사이버나이프 등은 암치료에 사용되는 기기들이다. X-선은 전자입자인 베타선이라는 방사선인데 이는 최대 0.3 mSv 정도의 방사선 양에 해당한다.

이러한 양은 연간 기준치 즉, 국가방사선비상진료센타에서 규정한 양 연간 150 mSv 이하 (성인 50년, 아동 70년)에 비하면 매우 작은 양이다. 매일 1회씩 X-선 촬영을 할 경우에도 109.5 mSv에 불과하여 기준치의 2/3밖에 안되는 양이라 할 수 있다. 이에 비해 CT 촬영을 한 번할 경우에 조사되는 방사선 양은 약 10 mSv 정도되며 이 양은 연간 15회 정도 해야 기준치에 해당하는 방사선을 받게된다 하겠다.

- 지질 탐사 : 보이지 않는 깊은 땅 밑을 탐사하는 데에는 방사능 스캐너가 이용된다. 이는 땅 속의 물질이 고유하게 가진 방사선의 양을 측정하여 그 양으로 지도를 그려 어떤 물질이 어디에 묻혀있는지 밝혀내는 자원개발에 사용된다.

- 품종 개량 : 원래의 세포가 전혀 다른 성질의 세포로 바뀌는 것을 돌연변이라 하며 이러한 방법은 식물의 품종 개량에 사용되기도 한다. 즉, 방사선을 이용하여 인위적으로 돌연변이를 일으키면 병충해에 강하거나 성장기간이 짧은, 또는 종래의 크기보다 더 크게 자라는 품종을 만들어 낼 수도 있다.

- 연대 측정 : 고고학적으로 매우 오래된 물체나 생물의 생존 시대를 알아내기 위해서 방사성동위원소 연대측정법을 이용한다. 모든 방사성동위원소는 일정한 반감기(방사능의 세기가 반으로 줄어드는 기간)를 가진다. 공기 중 탄소-12(원자량 12)는 우주에서 날아오는 태양방사선을 받아 일부가 탄소-14(원자량 14)로 바뀐다.

II. 후쿠시마 원자력 발전소 피폭으로 인한 방사능유출 영향

1. 우리나라에 끼칠 영향
앞서 말한 바와 같이 방사능이라는 것은 자연적으로 또는 인공적으로 존재하게 되는데 우리는 인공적으로 생산되거나 사고에 의해 방출된 방사능원소에 대해 막연한 두려움을 가지고 있는 것이 사실이다. 이것은 방사선만이 가진 특징 즉, 보이지 않으며, 멀리까지 전파되고, 또 인체를 뚫고 들어올 수 있다는 사실 때문으로 보인다.

방사능의 핵종의 농도는 바람이 모든 방향으로 분다고 가정할 경우, 거리의 제곱에 반비례한다. 일본 원전의 1 km 반경에서 높은 농도의 방사능핵종이 방출되더라도, 일본과 우리나라의 거리를 1,000 km로 본다면 원전 반경 1 km 안에서 단위시간당 방출되는 방사능량을 100만이라 할 때 1000 km 떨어진 우리나라는 1 km ** 2 / 1,000 km **2 = 백만분의 1로 감소된다. 후쿠시마 제1원전에서 경계선 부근에서 발생한 최대 방사능량을 시간당 10 mSv라 할 때 우리나라에서는 연간 약 0.01 마이크로Sv (마이크로Sv=mSv의 1/1000) 정도가 영향을 받는다.

국가(국가방사선비상진료센타)가 정한 방사능 제한치를 보면, 방사능 작업자는 50 mSv/yr, 100 mSv/ 5년이며, 일반인의 경우 연간 150 mSv 이하 (성인 50년, 아동 70년)이다.이러한 방사능 기준치를 기준으로 하면 후쿠시마 원전이 우리나라에 비치는 방사능 영향은 거의 없거나 자연방사능 이하임을 알 수 있다.

2. 이번 후쿠시마 방사능유출의 특성
- 후쿠시마 3호 원전에서 방출된 플로토늄은?
일본의 후쿠시마 원전사고로 많은 사람이 우라늄 및 플루토늄의 핵분열에 의해 발생되는 방사성 물질에 대해 두려움을 접하고 있다. 혹자는 플루토늄은 우라늄보다 녹는 점이 낮아 더 낮은 온도에서 노심 용융이 시작될 수 있다고 하여 플루토늄을 연료로 사용하는 3호기가 더 위험하다고 지적한다. 후쿠시마에 사용된 연료는 산화우라늄-산화플루토늄 혼합연료(MIxed Oxide Fuel)를 지칭하는 것으로 일반 경수로 원전에서 이용하는 산화우라늄 연료에 산화플루토늄을 일정량 (보통 3~9% 정도) 추가하여 플루토늄에 의한 핵반응을 늘려 연료의 핵반응 효율을 높이기 위함이다. 그러나 산화우라늄 연료에 비해 우라늄-플루토늄 혼합연료의 융점은 플루토늄이 9% 함유될 경우 약 2847 oC에서 2791 oC로 약 56 oC 정도 밖에 감소되지 않는다. 따라서 플루토늄이 섞인 연료가 더 빨리 용융되는 것은 사실이나 전체 56 oC 정도 떨어지는 것이므로 융점 강하에 의한 영향은 거의 없다고 볼 수 있다.

플루토늄은 우라늄에 비해 독성이 큰 것도 사실이다. 그러나 플루토늄은 핵연료봉이 건전한 경우에는 핵연료봉에 갇히어 있기 때문에 방출될 수 없으며, 또한 플루토늄은 핵분열에 의해 우라늄이 분할되어 발생된 요오드나 세슘보다 훨씬 무거우므로 멀리까지 전파된다고 볼 수는 없다. 인체 영향에 있어서도 1940년에 미국 로스알라모스연구소에 근무한 25명의 직원이 상당한 양의 플루토늄을 흡입한 적이 있으며 이러한 경우 이론적으로는 99.5%가 폐암으로 사망했어야 하는데 단 한 사람도 암에 걸리지 않았다는 보고가 있다. (Voelz, G. L. (1975). “What We Have Learned About Plutonium from Human Data”. The Radiation Safety Journal Health Physics)

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