이온화 방사선

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이온화 방사선 위험 표지
2007년 ISO 방사능 위험 표지. 붉은색 배경은 긴급한 위험을 전달하기 위한 것이다. 이 표지는 다른 표지들이 잊혀지거나 잘못 이해될 수 있는 먼 장래에도 존속될 수 있는 장기 방사성 폐기물 저장소에 사용하기 위한 것이다.

이온화 방사선(-化放射線) 또는 전리 방사선(電離放射線)은 원자 또는 분자로부터 전자를 떼어내어 이온화시키기에 충분한 운동 에너지를 전달할 수 있는 입자들로 구성된 방사선이다.[1] 이온화 방사선은 인공적 또는 자연적인 핵반응에 의해 발생되며, 이는 매우 높은 온도(예를 들면, 태양 코로나플라즈마 배출)에 의해, 입자 가속기의 고에너지 입자를 통하여, 번개에서 초신성 폭발에 이르기까지의 자연적 과정에서 생성된 전자기장에서의 전이된 입자의 가속 등에 의해 발생한다.

원자에서 방출되거나 흡수된 이온화 방사능은 원자로부터 아원자 입자(전자, 양성자 또는 중성자, 또는 원자핵)를 자유롭게 할 수 있다. 이러한 현상은 화학 결합을 변화시켜, 통상 이온쌍의 형태로, 화학 반응을 하는 이온을 생성할 수 있다. 이는 방사선 에너지당 화학적 생물학적 손상을 크게 확대시키는데, 그 과정에서 화학 결합이 깨어지기 때문이다. 원자가 고체 상태결정 격자 내부에 있었다면, 원래의 원자가 있었던 곳에는 '구멍'이 생길 것이다.

이온화 방사선은 상대론적인 속도로 움직이는 아원자 입자와, 전자기 스펙트럼의 끝에 해당되는 짧은 파장의, 활동적인 입자처럼 행동하는 전자기파를 모두 포함한다. 흔한 입자들로는 알파 입자, 베타 입자, 중성자, 그리고, 우주선(宇宙線)을 구성하는 중간자와 같은 기타 다양한 입자들이 있다.[1][2][3] 전자기파는 광자가 전자를 자유화하여 이온을 만들 수 있을 만큼 그 파장이 충분히 짧으면 (에너지가 충분히 높다면) 이온화 방사선이 된다. 감마선, 엑스선, 그리고 자외선 스펙트럼의 상위 진공 자외선 부분은 이온화 방사선이 되지만, 하위 자외선, 가시광선(레이저 포함), 적외선, 마이크로파, 라디오파 등은 비(非)이온 방사선이 된다.[1][3]

이온화 방사선은 환경에서 흔히 발견되는데, 자연적으로 발생하는 방사성 물질과 우주선으로부터 온다. 보통 인공적인 근원으로는 인위적으로 생성된 방사성 동위 원소들, X-선관, 입자 가속기 등이 있다. 이온화 방사선은 보이지 않으며, 인간의 감각으로는 직접적으로 탐지되지 않아, 이온화 방사선이 있는지를 감지하려면 가이거 계수기와 같은 장비가 필요하다. 경우에 따라서 이온화 방사선은 물질과 반응하여 체렌코프 효과방사선 발광과 같이 2차의 가시 광선 방출로 이어질 수 있다. 의학, 연구, 건설, 기타 여러 분야에서 실용적으로 사용되지만, 부적절하게 사용되면 건강 장해를 유발할 수 있다. 이온화 방사선에의 노출은 생체 조직을 파괴하며, 돌연변이, 방사선 병, , 죽음을 초래할 수 있다.

이온화 방사선의 유형[편집]

알파 (α)선은 고속의 헬륨-4(4He) 핵으로 구성되며, 종이 한 장으로 막을 수 있다. 전자로 구성된 베타(β)선은, 알루미늄 판으로 막을 수 있다. 활발한 광자로 구성된 감마(γ)선은, 높은 밀도의 물질을 지나면서 흡수된다. 중성자(n)선은 자유 중성자로 되어 있으며, 수소와 같은 가벼운 물질로 막는다. 수소는 이들의 속도를 늦추고, 포착한다. 이 외에도, 대전된 광자, 헬륨핵, 고에너지 핵 등으로 구성된 은하로부터의 우주선이 있다.

이온화 방사선은 입자의 종류 또는 이온화 효과를 만들어내는 전자기파에 의해 분류된다. 이들은 이온화의 기제가 서로 다르며, 직접 이온화와 간접 이온화로 나눌 수 있다.

직접 이온화[편집]

대전된 거대 입자는 충분한 운동 에너지를 지니고 있다면 쿨롱의 힘을 통하여 기본 상호작용으로 원자를 직접 이온화할 수 있다. 이러한 입자에는 원자핵, 전자, 뮤온, 대전된 파이온, 양성자, 전자가 떨어져 나가 대전된 핵 등이 포함되는데, 이들 모두 필요로 하는 운동 에너지에 도달할 수 있는 상대 속도로 움직여야 한다. 이 중 일부는 특별한 명칭으로 식별되는데, 상대론적인 속도를 갖는 헬륨 핵은 알파 입자, 상대론적인 속도를 갖는 전자는 베타 입자로 불린다. 자연적으로 발생하는 우주선은 주로 상대론적인 속도의 양성자로 이루어지며, 헬륨 이온과 같은 고에너지 핵과 뮤온도 포함된다. 대전된 파이온은 매우 짧은 기간 동안 생존하며, 입자 가속기 안에서나 대량으로 볼 수 있다.

간접 이온화[편집]

간접 이온화 방사선은 전자기적으로 중성이며, 따라서 물질과 강하게 반응하지 않는다. 이온화 효과의 대부분은 2차 이온화에 의한다.

같이 보기[편집]

주석[편집]

  1. Satake, M., Y. Mido, M. S. Sethi, S. A. Iqbal, H. Yasuhira, S. Tagauchi (1997). 《Environmental Toxicology》. Discovery Publishing House, 207쪽. ISBN 8171413501
  2. Woodside, Gayle (1997). 《Environmental, Safety, and Health Engineering》. John Wiley & Sons, 476쪽. ISBN 0471109320
  3. Stallcup, James G. (2006). 《OSHA: Stallcup's High-voltage Telecommunications Regulations Simplified》. Jones & Bartlett Learning, 133쪽. ISBN 076374347X