시버트

시버트(sievert, 기호: ㏜)는 선량당량(dose equivalent)을 나타내는 SI 단위계의 단위이다. 그레이로 표현되는 방사선의 흡수량인 흡수당량(absorbed dose)에 대해, 생물학적 효과를 반영한 의미이다. 시버트라는 단위는 방사능 노출 측정 및 생물학적 영향을 연구한 스웨덴의 유명한 의학 및 물리학자인 롤프 막시밀리안 시버트의 이름을 딴 것이다.

대한민국에서는 밀리렘을 많이 사용했는데, 최근 등장한 시버트가 국제표준이 되었다. 1밀리시버트는 100 밀리렘과 같다.

정의

조직에의 선량당량은 그레이로 표시되는 흡수당량에 방사능 종류에 따른 선질계수(quality factor) Q와 다른 적절한 요소들을 나타내는 계수 N을 곱해서 구해진다. N은 노출되는 신체 부위, 시간 및 부피, 혹은 종에 따라서 달라진다. Q와 N은 특별한 단위가 존재하지 않는다. Q와 N의 곱은 복사 가중치(radiation weighting factor)라고 하며 Wr로 표시한다. 여러 조직으로 구성된 장기에 대해서는 가중치 합이나 적분 등이 사용된다. SI 단위계에서

1 Sv = 1 J/kg = 1 m²·s^–2

시버트가 그레이와 단위는 같을지라도(J/kg), 다른 의미를 지니고 있다. 흡수당량과 선량당량의 구분을 위해, 킬로그램 당 줄이란 단위 대신 흡수당량을 위해서는 그레이, 선량당량을 위해서는 시버트를 각각 사용해야한다. 주어진 그레이 단위의 방사능에 대해서도, 시버트 단위의 생물학적인 효과는 Wr에 따라 매우 차이가 난다.

SI 접두어 및 변환

일반적으로 사용되는 SI 접두어는 밀리시버트(1mSv = 10^-3Sv) 와 마이크로 시버트(1μSv = 10^-6Sv) 와 나노시버트 (1nSv = 10^-9Sv)이다.

예전에 사용되던 선량당량의 단위는 인체 뢴트겐 당량(렘)이며. 1 시버트는 100 렘과 같다. 어떤 분야나 국가에서는 렘/밀리렘(rem, millirem)이 시버트/밀리시버트(Sv, mSv)와 함께 사용되어 혼동을 주기도 한다. 즉 1 시버트는 100 렘, 10 밀리시버트는 1 렘이라는 변환은 기억하기 힘들며, 변환에 주의를 요한다. 이 단위들 간의 변환관계는 다음과 같다.

• 1 Sv = 1,000 mSv (millisieverts) = 1,000,000 μSv (microsieverts) = 1,000,000,000 nSv (nanosieverts) = 100 rem = 100,000 mrem (millirem)
• 1 mSv = 100 mrem = 0.1 rem
• 1 μSv = 0.1 mrem
• 1 rem = 0.01 Sv = 10 mSv
• 1 mrem = 0.00001 Sv = 0.01 mSv = 10 μSv

해설

밀리시버트(mSv)는 X선이나 핵의학, 양전자 단층 촬영, 컴퓨터 단층 촬영등과 같은 의료 검진시 발생하는 유효 노출을 측정하는 경우 사용된다. 배경복사(자연 방사능)로 인한 유효 노출은 장소에 따라 매우 편차가 심하지만, 대개 일년에 3.5 밀리시버트 근처이다.

전신 노출시에, 1 시버트는 약간의 혈액 변화를 유발하며, 2-5 시버트는 메스꺼움, 탈모, 출혈을 유발하며, 많은 경우 사망을 유발한다. 6 시버트 이상은 2 개월 이내에 80% 이상이 사망한다. 보다 자세한 분석은 피폭을 참조하기 바란다.

• 핵발전소 주변 = 연간 0.01 mSv 미만
• 흉부 X-레이 = 0.04 mSv
• 해수면에서 우주입자선 = 연간 0.24 mSv
• 지하로부터 나오는 지상 방사선 = 연간 0.28 mSv
• 매모그램 (Mammogram 유방암 진단) = 0.30 mSv
• 인체의 자연발생 방사선 = 연간 0.40 mSv
• 두뇌 CT 스캔 = 0.8 ~ 5 mSv
• 개인에게 미치는 연 평균 자연 방사선 양 : 2 mSv; 오스트레일리아는 1.5 mSv, 미국은 3 mSv
• 미국 가정의 연 평균 라돈 방사선 양 = 2 mSv
• 흉부 CT 스캔 = 6 ~ 18 mSv
• 미국인 연 평균 방사선 노출량 : 6.2 mSv
• 뉴욕-동경간 항공 승무원이 받는 연간 방사선 양 : 9mSv
• 하루 담배 1.5갑을 필 때 = 연간 13 mSv
• 내장기관 X-레이 = 14 mSv
• 핵관련 종사자 연간 허용치 : 20 mSv
• 이란, 인디아, 유럽의 연간 배경 방사선 양 : 50 mSv
• 발암 최저 한계치 : 연간 100 mSv
• 체르노빌 사태 후 이주를 결정한 근거 : 평생 350 mSv

Q 값

특정한 종류와 에너지의 방사선이 상대적으로 조직에 미치는 피해는 Q 때로는 QF로 표시한다.

일부 Q 값은 다음과 같다.

• 모든 에너지의 광자 : Q = 1
• 모든 에너지의 전자 및 뮤온 : Q = 1
• 중성자
  • 에너지 < 10 keV : Q = 5
  • 10 keV < 에너지 < 100 keV : Q = 10
  • 100 keV < 에너지 < 2 MeV : Q = 20
  • 2 MeV < 에너지 < 20 MeV : Q = 10
  • 에너지 > 20 MeV : Q = 5
• 양성자, 에너지 > 2 MeV : Q = 5
• 알파 입자 및 다른 원자핵 : Q = 20

N 값

장기 및 조직에 대한 일부 N 값은 다음과 같다.

• 생식선: N = 0.20
• 골수, 결장, 폐, 위: N = 0.12
• 방광, 뇌, 유방, 콩팥, 간, 근육, 식도, 췌장, 소장, 비장, 갑상선, 자궁: N = 0.05
• 뼈 표면, 피부: N = 0.01

그리고 인간에 대한 기타 생명체의 N 값은 다음과 같다.

• 바이러스, 박테리아, 원생동물: N ≈ 0.03 – 0.0003
• 곤충류: N ≈ 0.1 – 0.002
• 연체동물: N ≈ 0.06 – 0.006
• 식물: N ≈ 2 – 0.02
• 어류: N ≈ 0.75 – 0.03
• 양서류: N ≈ 0.4 – 0.14
• 파충류: N ≈ 1 – 0.075
• 새: N ≈ 0.6 – 0.15
• 인간: N = 1

참고

• Abdeljelil Bakri, Neil Heather, Jorge Hendrichs, Ian Ferris; Fifty Years of Radiation Biology in Entomology: Lessons Learned from IDIDAS, 미국 곤충학회 연보, 98(1): 1-12 (2005)
• 전리복사의 양 및 단위에 관한 입문서 - 영국 국립 물리 연구소