세슘-137

위키백과, 우리 모두의 백과사전.

세슘-137(영어: Caesium-137, Cs-137)은 핵분열시 발생하는 주요한 방사성 동위원소(放射性 同位元素) 중 하나이다. 반감기는 30년이다. 습도계, 밀도계, 유량계 따위의 공업용 기계, X-레이 등의 의료 분야에도 쓰인다.

137Cs은 1.176 MeV(메가 일렉트론 볼트)의 에너지를 방출하며 베타붕괴를 통해 바륨-137로 바뀌며 그 반감기는 30.17년이다.

반감기

세슘-137의 반감기는 30.17년 가량으로 베타붕괴를 통해 핵이성체(核異性體)인 바륨-137(137Ba, Ba-137)로 바뀐다. 전체의 5퍼센트 정도는 바로 바륨-137로 바뀌지만 나머지 95퍼센트 정도는 준안정상태(metastable)인 바륨-137m을 거쳐 안정상태의 바륨-137로 바뀌며 바륨-137m에서 바륨-137로 바뀔 때 다량의 감마선을 내뿜는다. 1그램의 세슘-137이 방출하는 방사능은 대략 3.215 테라베크렐(TBq) 정도이다.

바륨-137m이 방출하는 감마선이 가지는 광자의 에너지는 662 keV로 식품의 방사선요법과 방사선 암 치료 등에 요긴하게 사용된다. 세슘-137은 반응성이 높고 세슘-137 염(鹽, salt)은 물에 잘 녹아 다루기 힘들기 때문에 산업용으로 많이 쓰이지는 않는다. 대신 코발트-60(60Co)이 반응성이 낮고 더 많은 감마선을 방출하기 때문에 더 많이 쓰인다.

환경 속의 방사성 세슘과 위험성

자연 상태에는 미량의 세슘-134와 세슘-137가 존재하는데, 대부분 1940년대부터 1960년대 사이의 핵실험 및 핵사고로부터 방출된 것이다. 가장 많은 양이 방출된 사건으로는 구소련체르노빌 원자력 발전소 사고(Chernobyl disaster)와 브라질고이아니아 사고(Goiânia accident)가 있다. 최근 후쿠시마 제1원전 핵발전소 사고로 다량이 유출되었다.

세슘-137은 체르노빌 원전(Chernobyl nuclear power plant) 주변의 소개지역(zone of alienation)의 소개 주요 원인 물질 가운데 하나이고 다른 주요 물질로는 세슘-134, 요오드-131, 스트론튬-90 등이 있다. 체르노빌 원전 사고 후 독일의 평균 세슘-137 오염정도는 2000에서 4000 Bq/m2였다. 이것은 1 mg/km2 와 같고 총 약 500 그램이 독일 전역에 퍼져있다.[출처 필요] 스칸다나비아지역에서는 체르노빌 원전 사고 26년 후, 일부 순록과 양으로부터 노르웨이의 법정 최고치(3000 Bq/kg)를 넘어선 방사능이 검출되었다.[1]

2011년 4월에 더 많은 양의 세슘-137이 일본의 후쿠시마 제1원자력 발전소 사고로 누출되었으며 동년 7월 후쿠시마현에서 도쿄로 운반된 소 11마리로부터 1520에서 3200 Bq/kg의 세슘-137이 검출되었다. 이는 당시 일본의 법정 최고치인 500Bq/kg를 넘는 양이었다.[2] 2013년 3월, 사고 원전을 소유한 도쿄 전력은 발전소 인근에서 잡은 물고기로부터 74만 Bq/kg의 방사성 세슘을 검출했다고 밝혔다. 이는 정부에서 정한 인간이 먹었을 때 해를 입지 않는 방사능의 최고치의 7400배에 해당하는 양이다.[3]

세슘-137은 후쿠시마에서 건강에 가장 위협적인 물질인 것으로 보고되었다. 일본 정부는 11만명의 이주민이 다시 돌아올 수 있도록 되도록이면 빨리 후쿠시마로부터 방사능을 제거하도록 압력을 받고 있다. 이를 위해 많은 기술들이 동원되고 있는데(hydrothermal blasting 같은), 흙 속의 유기물질을 파괴하지 않으면서 대략 80에서 95퍼센트의 세슘을 오염된 흙이나 다른 물질로부터 효과적으로 제거하는 것이 가능하다고 한다. 정부는 오염된 지역의 연간 노출량을 1밀리시버트(millisievert mSv)까지 낮추는 것을 목표로 하고 있다.

자연에 존재하는 세슘-137은 모두 인간이 만들어낸 것이다. 대부분의 다른 방사성 동위원소와는 다르게 세슘-137은 자연상태에 존재하는 세슘-133으로부터 만들어지지 않으며 인공적인 핵분열의 부산물로만 만들어진다.[4] 즉 인류 최초의 핵반응로인 시카고 파일-1(Chicago Pile-1)이 1942년에 만들어지기 전까지 자연상태에 존재하는 세슘-137은 없었다는 이야기이다. 이 동위원소에서 방출되는 감마선의 특성을 조사하면 그 동위원소가 들어있는 물질이 인류 첫 핵실험인 트리니티 핵실험(1945년 6월 16일) 이전에 만들어진 것인지 이후에 만들어진 것인지 알 수 있다. 이 방법은 전문가들이 희귀한 와인의 진위여부를 판별할 때 종종 쓰이는 방법이다. 가장 유명한 사건으로 "제퍼슨의 와인병(Jefferson bottles)"이 있다.[5] 또한 흙이나 침전물의 연대 판별에도 쓰인다.

세슘-137은 수용성(水溶性)의 유독물질이다. 몸에 들어온 세슘은 근육 따위에 모여, 유해한 감마선(γ線)을 낸다. 몸 안에서의 반감기(半減期)는 70일 이하이다.[6]

사고 이력

1986년 4월 26일 발생한 체르노빌 원자력 발전소 사고에서 아이오딘(요오드)-131 1,760,000 TBq, 세슘-137 79,500 TBq, 제논(크세논)-133 6,500,000 TBq, 스트론튬-90 80,000 TBq, 플루토늄 6100 TBq, 그밖에 10여가지 방사능 물질이 유출되었다.

핵분열시 발생하는 다른 방사성 동위원소들과는 달리, 세슘의 경우 반감기가 30년, 스트론튬은 29년으로 한번 누출되면 오랜 기간 자연에 잔존하며 환경에 나쁜 영향을 미치게 된다.[7]

체르노빌 원자력 발전소 사고에서 직접 사망한 사람은 30여명이나, 그 후에 수천명이 사망하고 40여만명이 암이나 기형아출산 등 각종 후유증을 앓고 있다.[8] 방사능으로 오염된 공기와 물, 음식 섭취가 직접 몸에 쪼이는 것 보다 더 문제인데, 방사선량이 몸에 방사선을 직접 쪼이는 것의 수십만 배에서 최고 1조 배까지 클 수 있다. 방사능의 독성은 배설이나 목욕 등으로 없어지지 않으며, 방사능 피폭으로 죽은 사람을 화장해도 방사능은 재 속에 그대로 남는다.[9]

후쿠시마 제1 원자력 발전소 사고와 관련, 2011년 3월 16일, 현지의 재해대책본부가 수돗물 간이검사를 실시했다. 물 1kg에서 아이오딘-131이 177베크렐, 세슘-137이 58베크렐 검출됐다. 일본 원자력안전위원회가 정한 섭취 기준은 물 1kg당 요오드(아이오딘)가 300베크렐, 세슘이 200베크렐이다.[10]

질병

세슘은 공기 중에 떠다니는 수증기를 통해 인체에 들어가며, 일단 흡수되면 배출이 잘되지 않고 주로 근육에 농축된다. 세슘이 많이 침투할 경우 불임증, 전신마비, 골수암, 폐암, 갑상선암, 유방암 등을 유발할 수 있다. [11][12]

반감기가 8일인 요오드에 비해 세슘의 반감기는 30년으로 인체에 오래 남아 위험도가 상대적으로 높다고는 하지만, 정상적 대사과정으로 방출되고 몸에 남는 양은 극히 적어 실제 생물학적 반감기는 1백일~1백50일 정도인 것으로 알려져 있다.[13]

사고로 세슘을 섭취했을 경우 치료제로는 프러시안 블루가 이용된다. 프러시안 블루는 세슘과 화학적으로 결합해 체외배출을 촉진함으로써 생물학적 반감기를 30일 정도로 단축시킨다. [14]

한편 세슘-137은 강력한 감마선을 방출하기 때문에 암치료에도 쓰인다.

같이 보기

주석

  1. Michael Sandelson; Lyndsey Smith (21 May, 2012). “Higher radiation in Jotunheimen than first believed”. The Foreigner. 2012년 5월 21일에 확인함. 
  2. “High levels of caesium in Fukushima beef”. Independent Online. 2011년 7월 9일. 
  3. “Fish Near Fukushima Reportedly Contains High Cesium Level”. Huffington Post. 2013년 3월 17일. 
  4. Takeshi Okumura (2003년 10월 21일). “The material flow of radioactive cesium-137 in the U.S. 2000” (PDF). 《http://www.epa.gov/》. US Environmental Protection Agency.  |work=에 외부 링크가 있음 (도움말)
  5. http://www.winespectator.com/webfeature/show/id/42436
  6. R. Nave, "Biological Half-life". Hyperphysics
  7. 김지수 기자. “방사선 노출, 그 위험성은 얼마나?”. 매일경제. 2011년 3월 15일에 확인함. 
  8. 최은미 기자. “<日대지진> 방사능 유출 사람에 얼마나 위험한가”. 머니투데이. 2011년 3월 12일에 확인함. 
  9. 이기수 기자. “<일본 대지진> 세슘, 인체 침투시 각종 암 유발”. 국민일보. 2011년 3월 13일에 확인함. 
  10. 정서린 기자. “후쿠시마 수돗물서 세슘 검출… '눈·비 예보' 공포 확산”. 서울신문. 2011년 3월 17일에 확인함. 
  11. 신소연 기자. “<日대지진> 건조 다시마가 특효?...방사능 대처법 Q&A”. 헤럴드경제. 2011년 3월 16일에 확인함. 
  12. 박홍두 기자. “세슘·방사성 요오드 유출…암 유발 등 심각한 후유증”. 경향신문. 2011년 3월 13일에 확인함. 
  13. 이승숙 한국원자력의학원 방사선진료센터장. "요오드·세슘 극미량은 아무 탈 없어요". 공감코리아. 2011년 5월 10일에 확인함. 
  14. http://www.bt.cdc.gov/radiation/prussianblue.asp