공부하고 정리하고

2015년 파리기후 협약을 맺고 전 세계에서 지구온난화의 주범인 온실가스를 줄이기 위해 노력하고 있습니다. 온실가스의 주범은 탄소이죠. 과도한 탄소 배출로 높아진 탄소량을 국가적으로 저탄소 배출을 위해 노력을 하고 있습니다. 더욱이 최근 탈원전 정책으로 신재생에너지의 역할이 더 커질 전망입니다. 아직 전력공급이 간헐적인 문제점, 낮은 에너지 밀도로 인한 규모 거대화로 산림 파괴 등의 문제가 있지만, 미래를 보았을 때 현재보다는 비중이 커져야 함은 당연합니다.

그렇기에 어떠한 에너지원이 있는지 또한 각각의 에너지원의 원리와 장∙단점을 하나씩 나누어 상세히 포스팅할 계획입니다. 오늘은 신재생에너지에 대해 간단한 소개만 해보도록 하겠습니다.

신에너지와 재생에너지

신에너지와 재생에너지는 무엇이 다른것일까요?
이 두가지를 비교하는데는 국가마다 조금씩 차이가 있지만 거의 비슷합니다. 우리나라 국내법규인 ‘신에너지 및 재생에너지 개발∙이용∙보급 촉진법’ 에 따라 신에너지는 기존의 화석연료를 변환시켜 이용하거나 수소, 산소 등의 화학 반응을 통하여 전기 또는 열을 이용하는 에너지로써 수소에너지, 연료전지, 석탄 액화, 가스화한 에너지 및 중질잔사유를 가스화한 에너지 등 석유, 석탄, 원자력, 천연가스를 제외한 에너지를 말합니다.

재생에너지는 renewable energy라 하는데 재생가능한 에너지를 변환시켜 에너지원으로써 사용하는 에너지를 말합니다. 여기에는
-태양에너지
-풍력에너지
-수력 에너지
-해양 에너지
-지열 에너지
-바이오 에너지
-폐기물 에너지
등 석유, 석탄, 원자력, 천연가스를 제외한 에너지를 말합니다.

결국 신재생에너지는 에너지원이 거의 무한한 고갈의 염려가 없는 에너지를 말합니다.
위에서 언급한 10가지 정도의 에너지를 앞으로 하나씩 소개해보도록 하겠습니다. 

-이미지 출처-

1. http://amiowealth.com/uk-sets-new-renewable-energy-record-as-wind-and-solar-surge/
2. http://news.softpedia.com
3. https://www.zmescience.com/ecology/climate/how-much-renewable-energy/
4. http://control-tech.com.au/renewable-energy/

오늘은 미지의 영역에 대해서 소개해볼까 합니다.
암흑물질(dark matter)과 암흑에너지(dark energy)라는 말을 들어보셨나요? 

왜 암흑이라는 말이 붙었을까요? 한 번 같이 알아봅시다!

암흑물질?

우주의 일반 물질들은 우주의 4%를 암흑물질은 22%를 차지하고 암흑에너지는 74%를 차지합니다. 즉, 이 말은 현재 우리가 알고 있는 물질이 4%라는 것입니다. 그런 면에서 암흑물질이란 것은 모르는 물질입니다. 빛, 즉 전자기파를 흡수하지도 방출하지도 반사하지도 않는 스텔스기 같은 유령의 존재라는 것입니다.

그렇다면 어떻게 존재를 확인했을까요?

암흑물질은 중력에 중요한 영향을 미칠 것으로 생각이 됩니다. 은하가 있다고 생각해보면 은하의 중심에 있는 별들은 중력이 매우 강할 것이고 더 빠른 속도로 회전할 것입니다. 반대로 은하로부터 멀리 떨어져 있는 별들은 상대적으로 속도가 느릴 것입니다. 예로 태양계만 봐도 알 수 있죠 수성의 공전 속도는 47.36km/s임에 반해 지구는 29.783km/s 해왕성은 5.43km/s입니다. 멀어질수록 느려지죠. 하지만 은하계의 별들의 속도를 측정했는데 멀어질수록 느려질 것으로 생각된 예상과 달리 속도의 차이가 거의 없이 일정한 것을 발견했습니다. 이 말은 속도와 거리의 관계에서 우리가 볼 수 없었던 중력효과가 있음을 예상할 수 있습니다.
암흑물질이 구름의 형태로 은하계에 존재한다고 생각했습니다. 이 암흑물질이 은하의 구조와 움직임을 결정하게 됩니다.

암흑물질을 관측하는 방법은 없을까요?

직접적으로 보는 것은 불가능합니다. 어떠한 것과도 상호작용하지 않기 때문입니다. 하지만 간접적으로 확인할 수 있습니다. 암흑물질은 은하계에 구형으로 채워져 있다고 합니다. 이 구형의 암흑물질이 렌즈 역할을 합니다. 왜냐하면, 암흑물질은 중력에 영향을 줍니다. 만약 빛이 여길 외곽에서 지난다면 일반 상대성이론에 따라 굴절하게 됩니다. 이렇게 굴절한 빛이 눈에 들어오고 그냥 굴절 없이 직진하여 들어온 빛도 존재합니다. 이렇게 되면 은하는 어떻게 보일까요? 링 모양으로 관측이 됩니다. 이를 아인슈타인 링이라 합니다. 실제 2007년 허블 망원경이 이를 관측합니다.

암흑물질은 중력에 영향을 주는 물질인데 관측을 하지 못해 아직 어떤 물질인지 규명하지 못하였습니다. 이를 찾기 위해 지하 깊숙한 곳에 아주 민감한 감지기를 놓고 탐지를 위해 노력하고 있습니다. 물론 우주에서도 노력을 하고 있습니다.

암흑에너지?

우주 공간에 74%를 차지하고 있다는 암흑에너지는 무엇일까요?
현재 우주론에서 예상하고 있는 우주론을 아시나요? 바로 빅뱅이론입니다. 137억 년 전 빅뱅이 일어나고 우주는 팽창을 지속하고 있다고 보고 있습니다. 하지만 사람들은 암흑물질 때문에 중력으로써 인력이 작용하여 우주의 팽창을 늦추지 않을까 생각하였습니다. 아주 빠르게 달리던 차에 암흑물질이라는 브레이크를 걸어 결국에는 멈추거나 다시 수축하지 않을까 생각하였습니다. 하지만 수십억 년 전과 현재의 우주팽창속도를 관측과 수학적 계산을 통해 예상이 틀렸음을 알게 됩니다. 즉, 우주의 팽창속도는 더 빨라진 것입니다. 여기서 나오는 개념이 암흑에너지입니다. 이 암흑에너지는 우주 공간에 널리 퍼져 있고 척력이 작용합니다. 그렇기에 우주의 팽창을 가속시키는 에너지입니다.

우리가 알고 있다고 생각하는 부분은 현재 만물의 4%입니다. 그중 22%는 간접적인 관측을 통해 존재를 생각하고 있으나 어떤 물질인지 아직 못 찾았고 나머지 74%는 아직 미스터리한 부분이 많습니다. 현재 지구를 살아가는 사람으로서 최첨단 IT 시대, 로봇공학, 나노과학 등 첨단 과학으로 수많은 부분이 상당히 발전해왔다고 생각합니다. 그래서 이러한 존재들을 모를 때는 저는 더 이상 발전할 것이 있겠는가? 라는 의문이 들어왔습니다. 하지만 아직 설명되지 않은 부분이 너무 많고 앞으로 이러한 것을 규명하면서 동시에 인류의 발전 또한 끝이 없지 않을까 라는 생각이 듭니다.

-이미지 출처-

1. http://www.blurryphotos.org/episode-96-dark-matter/
2. http://www.physicsoftheuniverse.com/topics_bigbang_accelerating.html
3. http://jjy0501.blogspot.kr/2014/09/Young-Galaxy-DDO68.html
4. http://www.cfhtlens.org/public/what-gravitational-lensing
5. wikipedia
6. http://www.sciencemag.org/news/2017/04/dark-energy-illusion
7. https://pngtree.com/freebackground/sci-fi-computer-tech-background_327794.html

오늘은 우주선(cosmic ray)에 관해서 이야기를 해보려고 합니다.

-갈릴레오 갈릴레이-

과거에 하늘에 떠 있는 달 별들을 보기 위해 육안으로 관찰을 했었죠. 그러다가 1608년 한스 리퍼세이에 의해 처음 굴절 망원경이 발명되었고 그 이후에 반사 망원경이 개발되었죠. 그 후에 전자기파 관측을 위해 1931년에는 칼 잰스키에 의해 전파망원경이 개발되었습니다. 이렇게 사람들은 우주의 비밀을 풀기 위해 망원경을 개발했고 그동안 수많은 의문점을 해결했습니다. 한가지 예로 갈릴레오 갈릴레이나 케플러가 지구가 둥글다는 말을 했을 때 이러한 망원경이 없었다면 주장할 근거를 찾기 어려웠을 겁니다.

하지만 이렇게 관측하는 것은 한계가 있습니다. 이제 우리가 알고자 하는 것은 더욱더 멀리 있는 우주의 일입니다. 현재의 우리의 힘으로 갈 수도 없는 곳에서 일어나는 일을 규명하고 싶어합니다. 그래서 이를 알아내기 위해 우리는 지구를 이용하게 됩니다.

지구는 두꺼운 공기층으로 되어있습니다. 우주선(cosmic ray)이 여기를 지나면서 반응을 하게 되고 여기서 발생하는 입자를 검출하여 역으로 들어온 우주선의 에너지를 예측하는 것입니다.

-2차 입자 생성-

우선 우주선(cosmic ray)은 95% 정도가 양성자 4% 정도가 헬륨인 알파선입니다. 이를 1차 입자라 하고 반응을 하게 되면 핵력을 매개하는 파이온 중간자가 발생하며 또 파이온으로부터 감마선, 전자, 뉴트리노가 발생합니다. 이를 2차 입자라 합니다. 그런데 이렇게 1차에서 2차로 반응하여 변하는 것이 꼭 샤워기에서 물 틀면 나오는 것처럼 연쇄반응으로 퍼져 나가기 때문에 에어샤워라고 합니다.
결론적으로 이 에어샤워로 나온 2차 입자를 검출하게 됩니다. 검출된 입자를 처음 들어온 우주선일때의 에너지를 역추적해서 알 수 있고 어디서 날라오는 것인지 추측할 수 있습니다.

-에너지당 들어오는 우주선속-

이 우주선(cosmic ray) 중에서 아주 높은 에너지도 있습니다. 유럽 입자 물리 연구소에서 지은 CERN이 13TeV정도 라고 하는데 가장 높은 에너지의 가속기입니다. 이보다 높은 에너지가 우주에서 옵니다. 테라는 1012 이고 1015, 1020의 에너지를 가진 입자도 들어옵니다. 이를 검출함으로써 이 에너지가 어디서 왔으며 어떻게 발생했을지를 알 수 있게 해줄지도 모릅니다. 하지만 문제점이 하나 있습니다. 이런 초고에너지의 우주선의 경우는 지구 도달 확률이 매우 낮습니다. 1016eV에너지의 입자인 경우는 1m2의 면적에 1년에 하나 들어온다고 합니다. 그리고 1018인 경우는 1km2에 1년에 하나 들어온다고 합니다. 이렇게 관측하기 힘들기 때문에 관측기의 면적은 거대해지고 있습니다.
이렇게 엄청난 에너지를 만들어내는 근원은 무엇일까요? 현재 기술로 만든 CERN도 비교적 매우작은 13TeV인데… 바로 은하 간 충돌이나 블랙홀을 가진 은하들에서 나오게 됩니다. 이를 통해 우주의 신비를 푸는 실마리를 제공해주고 있습니다.
언젠가는 우주의 비밀을 푸는 날이 기대하며… 다음에는 기회가 되면 암흑물질에 대해서도 소개해볼까 합니다.

-출처-

1. 
2. https://medium.com
3. http://www.conniemah.com
4. http://physicsopenlab.org/2016/01/02/cosmic-rays-coincidence/
5. http://personal.psu.edu/nnp/cr.html
   6.http://astronomy.nmsu.edu/tharriso/ast536/ast536week10.html

핵분열과 핵융합의 차이를 명확히 아시나요? 뭔가 핵분열은 나눠지는거고 핵융합은 합쳐지는 느낌입니다. 네, 말 그대로 나눠지고 합치게 되는 것입니다. 그럼 조금 더 자세히 설명해볼게요!!

핵분열이란?

핵분열은 방사능처럼 붕괴하는 것과는 조금 다름니다. 핵분열도 붕괴이긴 하지만 알파선, 감마선 같은 방사선만 내는 것이 아니라 조금 큰 물질로 나눠집니다. 우라늄-235의 경우 질량수가 235인데 분열하게 된다면 그의 반인 110~120 근처의 핵분열 생성물 두 개로 나누어집니다. 이때 엄청난 에너지가 발생합니다.

여기서 에너지가 발생하는 이유는 다들 한 번쯤은 들어보았을 E=mc2 입니다. 이 식의 의미는 질량은 곧 에너지다 입니다. 그러니까 가만히 있으면 에너지가 0이라고 보았던 고전물리와 달리 정지질량을 가지고 있다는 말을 가집니다. 그런데 왜 큰 에너지가 발생하느냐 하면 광속의 제곱이 곱해져 있습니다. 광속은 30만km/s입니다. 이 제곱이 곱해져있다는 것은 정지질량 즉, 정지했을때도 가지고 있는 에너지가 엄청큽니다. 이런상태에서 핵이 붕괴를 하게되면 질량결손이 일어납니다. 그러니까 두 개로 나눠지면서 딱 일정하게 서로 나눈 것이 아니라 손실되어 중성자와 방사선을 동반하며 손실한 질량 만큼에 광속의 제곱을 한만큼의 에너지를 발산합니다. 이때 나오는 에너지로 물을 끓여 증기 발전을 하는 것이 핵분열 발전소라 할 수 있겠습니다. 실제 우라늄-235는 핵분열하면서 200MeV의 에너지를 낸다고 합니다. MeV가 백만볼트이니까 대략 2억볼트의 전압으로 전자를 가속시키는 힘과 같은 힘이 나온다고 생각하시면 됩니다.

핵융합이란?

핵융합은 핵분열과 반대로 두 개를 합치는 것이라고 했습니다. 원리는 비슷합니다. 두 개의 핵이 하나의 핵으로 합쳐지면 이때 또한 질량결손이 발생합니다. 즉, 1+1을 했는데 2가 조금 안 된다는 것입니다. 이 ∆만큼의 에너지가 발생하게 되고 이를 에너지원으로 사용합니다. 하지만 핵융합은 핵분열보다 까다롭습니다. 핵분열의 경우는 무거운 핵에 중성자를 넣어 불안정하게 만들어 붕괴를 시키기 때문에 비교적 붕괴환경을 만들기 쉽습니다. 하지만 핵융합의 경우는 각각의 핵들은 클롱 척력으로 밀어내고 있기 때문에 이를 넘어갈 만한 힘을 주어야 합니다. 그래서 고온으로 만들기 위해 플라즈마라는 기체를 넘어 이온화된 기체인 상태로 융합을 시킵니다. 보통 수소를 이용해서 헬륨이 되면서 나오는 에너지를 이용하기 위해 시도하고 있습니다. 대표적으로 중수소와 삼중수소의 융합당 에너지는 그림과 같습니다.

핵융합의 장점은 붕괴하면서 나오는 게 아니기 때문에 방사선을 동반하지 않는다는 장점이 있습니다. 하지만 고에너지의 전자들이 존재하기 때문에 x선인 제동복사도 발생을 한다고는 합니다. 물론 핵분열에 비교하면 비교가 안될 만큼 작은 양이겠죠

그렇다면 핵융합을 현재 사용하지 못하고 있는 이유는?

얼마 전 북한이 성공했다고 주장하는 수소폭탄이 핵융합과 핵분열이 같이 사용된 원리입니다.

우라늄-235로 핵분열을 기폭 시켜서 고온의 플라즈마 상태를 만들고 이 상태에서 순간적으로 핵융합을 시켜 엄청난 폭발력을 얻어내는 것이지요.
이렇게 폭탄에는 적용을 했는데 왜 발전에는 못 쓰이고 있을까요? 핵융합은 현재도 연구 진행 중인데 발전을 위해서는 하루 24시간 발전이 될 가능성이 있어야 합니다. 그런데 현재는 17년 7월 6일 자 기사를 보니 중국이 101.2초동안 시운전했다고 합니다. 아직 시작단계라고 볼 수 있습니다.
꿈의 발전 기술이지만 아직은 갈 길이 많이 남은 것 같습니다!!

정리
핵분열은 붕괴시 생기는 질량결손으로 에너지를 얻는다
핵융합은 융합시 생기는 질량결손으로 에너지를 얻는다.
두개의 원리는 E=mc2이다.
발전을 위해서는 지속적인 연쇄반응이 필요하다.
현재 핵분열은 가능하고 핵융합은 불가능하다.

-출처-
1.https://www.redbubble.com/people/sxediostudio/works/17541583-e-mc2?p=pouch

1. https://www.123rf.com/stock-photo/nuclear_fission.html
2. http://www.istockphoto.com
3. https://inhabitat.com/tag/nuclear-power-plant/
4. http://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-4473908/Trouble-Lockheed-s-fusion-reactor.html
5. https://en.wikipedia.org/wiki/Fusion_power
6. http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1115501&cid=40942&categoryId=32429

이번 시간에는 피폭을 줄이기 위해서는 어떻게 해야 할까? 라는 주제로 이야기하겠습니다.

가장 큰 요인은 무엇일까요?

우선 방사선을 적게 맞는 것이 중요하겠죠? 그래서 가장 중요한 인자는 흡수 선량입니다.
흡수 선량을 많이 맞으면 결정적인 영향 입장에서는 심각도가 증가하고 확률적 영향으로는 증상이 발생확률이 증가합니다.

그다음 고려해야 할 것이 피폭되는 범위입니다.
같은 선량을 받더라도 전신으로 나눠 받는 것이 집중적으로 받는 것보다는 장해 발생 확률이 더 낮습니다. 반대로 장해 발생 확률이 높은 선량을 전신에 받는 것보단 일부분에 집중해서 받으면 증상이 그 부분만 나타나겠죠. 그래서 적게 맞을수록 좋은 것이고 선량분포를 고려해 피폭 범위를 조절해야 할 것입니다.
다음 고려대상은 선량률입니다.
같은 선량을 하루 동안 나누어 받는 것과 1초 만에 받는 것 중 어떤 것이 타격이 클까요? 딱밤을 100대 맞는 것보다 야구방망이로 한대 맞는 것이 훨씬 아프겠죠? 그래서 받는 시간이 중요한 요인 중 하나입니다.

또 다른 고려대상은 방사선의 종류입니다.
알파선이냐 감마선이냐 베타선이냐 중성자선이냐 엑스선이냐 등에 따라 각각의 선질이 내는 에너지가 다르기 때문에 위험도가 다릅니다. 그래서 어떤 방사선을 맞았는지 아는 것이 중요합니다.
자 여기까지 말한 흡수 선량, 피폭 범위, 선량률, 방사선 선질은 우리가 미리 준비할 수 있을까요? 사고 전에 이러한 대비는 불가능합니다. 사고는 예기치 못한 곳에서 발생합니다. 그렇다면 피폭을 받고 난 후에 피폭 받는 양에 대한 방호조치에 관해서 알아보겠습니다.
여기에는 산소, 온도조작과 함께 방호물질이 기여합니다. 무엇에 기여하느냐면 방사선 감수성을 낮추는 역할을 합니다. 방사선감수성은 인체조직이 방사선을 조사받았을 때 민감하게 반응하는 정도를 말합니다. 그러니까 감수성이 낮으면 방사선이 들어와도 에너지흡수가 더 적어 피해량을 줄일 수 있습니다.

(저산소 세포는 더 높은 선량까지 살아 있음을 알 수 있다)

먼저 산소에 대해서 이야기 하겠습니다.
산소가 많으면 감수성이 올라가고 산소가 낮게 되면 장해가 감소된다고 합니다. 그렇기 때문에 피폭 시 저산소 상태를 만들어줄 필요가 있습니다.

그리고 온도에 관해서는 낮추어야 합니다. 온도를 낮추게 되면 확산속도가 낮아지고 저산소상태를 돕는 효과가 있어 방사선 감수성이 낮아집니다.
결론적으로 인위적으로 방호물질을 사용합니다. 산소를 줄이거나, 온도를 낮추는 방법을 같이 사용하면서요.

-시스테아민 : 방사선을 맞으면 -OH기가 많이 생기는데 이 -OH가 2차 반응물질을 만들어 인체를 위협합니다. 그래서 이를 환원시켜 안정된 상태로 만드는 역할을 합니다. 시스테아민은 섬유 처리제나, 사진 현상 조제 등 다양한 분야에서 사용한다고 합니다.

-수소 공여제 : 수소를 가진 물질을 넣어 -OH와 반응하여 다시 물로 만들도록 돕습니다.

-Thoil 화합물 : 인체에 투여되어 특정 세포들과 결합해 방사선으로부터 보호하는 역할을 합니다. 또한 쉽게 산화되는 특징을 가지고 있어 인체 내 산소를 가져가 저산소 상태를 유발하게 됩니다.
화학에 대한 지식은 부족하여 이 정도까지만 서술하겠습니다. 이 방호물질들은 방사선으로부터 지켜주지만 그 이상 복용하면 인체를 위험하게 만들 수 있을 것 같습니다.

이외에 추가로 고려해야 할 사항은 연령, 유효반감기입니다.
세포분열이 활발하면 방사선 감수성이 높다고 합니다. 그래서 비교적 어린 사람들이 예민한데 이러한 이유로 임신 기간에 특별히 엑스레이나 CT 촬영을 하지 말라는 이유가 여기 있습니다. 지금은 사용하지 않는 방식이지만 D=5(N-18) rem이라는 방식으로 N이 나이인데 18세 미만은 맞지 못하도록 하는 규정을 사용한 적이 있습니다. 지금은 조금 더 엄격한 잣대를 사용하는 것으로 알고 있습니다.

마지막으로 고려할 것이 유효반감기입니다. 방사성동위원소는 반감기가 있다고 했죠? 이 동위원소를 먹게 되었다면 여기서 먹었다는 것은 오염된 공간에 노출되어 공기 중으로 섭취하게 되는 경우를 말합니다. 인체 내부에서 붕괴하며 에너지를 냅니다. 그런데 반감기가 100년이라면 죽을 때까지 이물질은 남아있을까요? 그렇지 않습니다. 왜냐하면 인체는 배설을 하기 때문입니다. 배설이라는 활동을 통해 100일 정도 지나면 섭취한 물질 대부분이 빠져나간다고 보고 있습니다. 이를 생물학적 반감기라 합니다. 이 반감기 또한 고려하여 인체에 있는 동안 고려할 수 있는 반감기가 유효반감기입니다. 최대한 빨리 인체에서 빠져나가는 것이 중요하므로 이 반감기가 짧은 것이 좋습니다. 그래서 피폭이 된다면 생물학적 반감기는 촉진이 가능하므로 배설을 빠르게 하는 설사약 등을 복용하게 됩니다.

-이미지 출처-

1. CDC (Centers for Disease Control and Prevention)
2. http://www.ionactive.co.uk/glossary/absorbed_dose.html
3. http://windfiredesigns.com/Tools/CircleTool/index.html
4. http://www.physics.isu.edu/health-physics/tso/rad_training/ussconcepts.html
5. http://ozradonc.wikidot.com/rb:oxygen-effect
6. https://thebsreport.wordpress.com
7. https://hu.wikipedia.org/wiki/Ciszteamin
8. https://astarmathsandphysics.com/

급성영향의 선량별 영향과 만성영향에 대해서 소개하려고 해요. 저번 시간에 결정적 영향과 확률적 영향을 소개했었죠?
지금부터 하는 이야기는 여기에 연장선에 있습니다. 급성영향과 만성영향이 존재하는데 급성은 피폭 후 1~2개월 이내 만성은 그 이후에 영향이 나타나는 것을 말합니다.

우선 만성영향은 확률적 영향에 따른 결과입니다.

어떤 식으로 발생을 하는가?

방사선은 유기체에 직접작용을 하거나 물 분자를 전리시켜서 손상을 입히는 간접작용이 존재합니다. 만성영향의 경우는 간접작용에 해당합니다. 이로 인해 정상 세포가 방사선에 피폭되어 손상을 입었다면 그 후 생물학적 과정을 통해 손상이 복구되나 안 될 가능성도 있습니다. 이 손상당한 세포가 촉진물질과 접촉해 종양이 생긴다고 합니다.
만성영향으로 보통 노화, 암 발생 확률 증가. 수명 단축, 유전 변형 같은 영향을 불러옵니다.

이번에는 급성 영향입니다.

어떤 식으로 발생을 하는가?

유기체를 직접 파괴하는 직접작용으로 작용합니다.
이 영향으로 고 방사선에서는 급성 방사선 증후군이 나타나게 됩니다. 저번 포스팅에서 1Sv는 매우 큰 에너지라고 말씀드렸었죠? 그걸 기준으로 보시면 이해하기 편할 것입니다.

이보다 높은 선량은 100% 사망합니다. 약 9~10Sv 정도를 받게 되면 소화기관의 장애가 생기는 위장증후군으로 2~5일 만에 사망에 이른다고 합니다. 그리고 100Sv를 받게 되면 중추신경에 손상이 일어나 피폭후 5~6시간이 지나면 혈관염, 유종, 뇌막염등의 질병이 발생해 사망한다고 합니다. 그리고 1000Sv라는 아주 큰 양의 방사선을 맞게 된다면 즉사하게 됩니다. 이를 분자사라고 하는데요. 분자 수준에서 기능을 상실한다고 합니다. 상당히 무섭네요...

그렇다면 우리가 일상 속에서 맞는 양은 어느정도 일까요?

안심해도 될 것이 일반인의 연간 선량한도는 1mSv입니다. 이 선량 이상은 안 받도록 사회적으로 통제하려고 노력하고 있는 것이지요. 엑스레이 한 장 찍는데 0.6mSv 일본 후쿠시마 근처의 시간당 노출량이 1.2mSv라고 합니다. 우리가 위험한 선량보다는 한참 아래에 있죠.. 그래도 무시할 수 없는 것이 확률적 영향입니다.

확률적 영향은 확률이 있겠죠? 옛날 히로시마에 원자폭탄이 떨어졌을 때 많은 사람들이 피폭되었죠.. 이를 바탕으로 인체에 미치는 영향에 대해 수많은 정보를 얻을 수 있었다고 해요.. 그래서 정보를 분석 연구하여 지금은 확률을 추정하고 있습니다. 대략 1Sv를 받게 되면 증상 발현 확률이 5.5.%라고 합니다. 만약 여러분이 0.6mSv짜리 엑스레이 사진 한 장을 찍었을 때 암이 생길 확률이 0.000033%입니다. 백만 분에 33의 확률이죠. 무시할 수 있는 확률이지만 이 확률 또한 낮추기 위해 여러 노력을 하고 있습니다. 예전에 포스팅한 삼성전자의 연구처럼 말이죠.

정리하자면

5Sv 정도가 넘는 선량을 맞으면 거의 사망한다.
일상생활에서 맞는 양은 연간 1mSv 정도이다.
이 값의 차이는 대략 5000배이다.
확률적으로 발현할 수 있지만 이 확률은 극히 적다.

-이미지 출처-

1. CDC (Centers for Disease Control and Prevention)
2. https://www.gesundheitsstadt-berlin.de/immunsystem-kann-krebs-in-schlaf-versetzen-1305/
3. https://panthersgetnuclear2.wikispaces.com/Levels+of+Radiation+Exposure+and+Sickness
4. http://ecoroko.tistory.com/tag/%ED%94%BC%ED%8F%AD%ED%98%84%EC%83%81
5. http://www.popularmechanics.com/military/a23306/nuclear-bombs-powerful-today/

저번 포스팅에서 각종 방사선 에너지 단위를 소개해 드렸습니다. 우리가 사용하는 단위는 Sv였죠.
추가로 말하자면 (방사선 계수, 조직가중치가 1이라고 가정하고) 1Sv=1Gy라고 보면 이게 1kg당 1J이라는 에너지양인데 1J 정도면 어느 정도의 에너지냐면 6.25ⅹ10^18eV입니다. 1g당으로 보면 6.25ⅹ10^15eV이군요. 1eV는 전자 하나를 1V의 전위차로 가속되면서 얻는 에너지입니다. 그렇다면 1g당 전자 하나가 6.25ⅹ10^15V로 가속되어 얻게 되는 에너지가 1Sv라는 말이 됩니다. 네, 무시할 수 없는 큰 에너지입니다.
그러니까 결론은 1Sv는 작은 에너지가 아니다!! 라고 이해하시면 됩니다.

자 본론으로 돌아와서 방사선은 우리의 몸에 결정적인 영향을 줄 수도 있고 확률적인 영향을 줄 수도 있습니다. 이게 무슨 말인지….?!! 설명해보겠습니다.ㅎㅎ

문턱 선량이란?

문턱 선량이라는 말이 있습니다. 문턱이 되는 선량이라고 해서 이 선량을 넘으면 100프로의 확률로 문제가 발생한다는 말입니다. 이 문턱 선량값이 적용이 되는 것을 결정적 영향입니다.
그렇다면 이 문턱 선량이 안 넘는 세기의 방사선을 피폭당했다면 괜찮을까요? 그렇지 않습니다… 이보다 낮은 세기의 방사선을 맞았을 때도 이상이 생길 수 있는데 이러한 원인을 확률적 영향이라 합니다.
두 가지의 차이?

잠깐 다른 이야기를 하지면 국제적으로 방사선 방호원칙이라는 것이 존재합니다. 방호의 정당화, 최적화 그리고 선량한도라는 원칙이 존재하는데요. 여기서 최적화 원칙은 최대한 발현 확률을 줄이는 것이 주목적이고 선량한도는 문턱 선량 값을 넘지 말 것을 권고합니다. 이처럼 두 가지를 따로 지정하였다는 것은 두 가지가 다른 점이 많이 존재합니다. 원인, 특성, 발현 질병의 차이가 생기기 때문이기도 하고 확률이 0인 상태로 막는 것은 정당화 원칙에 위배되는 이유기도 합니다. 이에 관하여서는 나중에 자세히 소개해드리고 어떠한 차이가 있는지 설명해보겠습니다!

이 두가지 차이를 말로 길게 쓰는 것 보다는 표로 정리해서 말하는게 간편할 것 같아서 표로 정리해 보았습니다. 우선 그림에서 보듯이 심각도라는 것은 더 큰 세기를 맞은 거에 따른 심각한 정도를 말합니다. 확률적 영향은 확률이 낮을 뿐이지 발현 가능성은 존재하므로 심각도는 일정하게 높게 보고 있습니다. 그리고 만약 피폭되었을 당시 화상을 입었다면 필히 결정적 확률일 것입니다. 하지만 확률적 영향은 그러한 특성이 없어 만약 저 선량의 방사선을 맞고 시간이 좀 지나 암에 걸렸다면 느낌은 아 피폭 때문에 병에 걸린 거 같은데…라고 생각할 수도 있지만 타원인과 구별되는 특징이 없어 단지 추측만 가능할 뿐입니다.

정리

강한 방사선에 피폭되면 무조건 인체에 영향이 발현한다.
약한 방사선에 피폭되더라도 확률적으로 발현한다.
이를 방사선 방호원칙에 따라 각각 선량한도, 방호 최적화 원칙으로 발현을 방지, 최소화한다.

-이미지 출처-

1. CDC (Centers for Disease Control and Prevention)
2. http://starsdestination.blogspot.kr/2013/02/accelerators-storage-rings.html
3. https://science.education.nih.gov/supplements/webversions/Chemicals/guide/lesson3-1.html
4. http://itrs.hanyang.ac.kr/radiation/file/for%20workers/worker%20risk.htm

(출처 : CDC (Centers for Disease Control and Prevention) )

후쿠시마원전사고 이후 사람들은 방사능이다 그러면 곧바로 공포심에 몰리게 되었습니다. 방사능 피폭당한 임산부가 기형아를 낳았다고 하더라, 암에 걸렸다고 하더라, 바다로 유출돼서 물고기를 먹으면 안된다더라 등등 여러 이야기가 나왔었죠. 그래서 제가 이번에는 방사선을 맞으면 왜 위험한지, 인체에 어떤 영향이 나타나는지, 어느 정도 맞아야 위험한지 알려드리려고 포스팅을 준비하였습니다. 할 이야기가 길어서 포스팅을 나눠서 진행하고자 해요. 우선 오늘은 방사선에 대한 계산법을 소개해드리고 다음에 인체가 방사선을 받는 과정 및 받게 되면 위험한 정도에 대해서 소개하겠습니다. 최대한 간단하게 정리해볼게요. ㅎㅎ

(출처 : NaturalNews)

우선 설명에 앞서 용어 몇 개를 소개해 드릴게요. 방사능, 조사 선량, 흡수 선량, 등가 선량, 유효선량이라는 개념이 있는데요. 하나하나 설명할게요.
방사능은 전에 포스팅에서 설명한 적이 있는데요. 붕괴도입니다. Bq[베크렐]이라는 단위를 사용하고 초당 붕괴량을 말합니다. 이 방사능으로부터 방출되는 에너지량을 알 수 있습니다.
[조사 선량]
조사 선량은 감마선 또는 엑스선의 양을 나타내는 양입니다. 단위 질량 당 전리되는 공기의 전리량입니다. 이때 사용하는 단위는 R[뢴트겐]으로 이 양을 에너지양으로 환산할 수 있습니다.
입니다.
이 양의 단위를 조금만 만져주면 에너지 단위로 바꿔줄 수 있습니다.

전하량 1당 전자 6.25×〖10〗^18 개가 있고 전자 하나당 34eV를 내고 eV를 J로 환산하면 1R의 에너지량을 계산할 수 있습니다.

뭐 숫자가 나오지만 여기서 중요한 것은 에너지로 환산된다는 것입니다. 그래서 어떤 방사선을 받든 그 방사선이 내는 에너지양을 우리는 구할 수 있습니다!! !
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(출처 : 식약일보)

[흡수 선량]
이때, 방사선이 주는 에너지를 우리 몸은 다 받을까요? 아닙니다. 그 중에 투과하여 지나가버리는 방사선도 있습니다. 또한 흡수했지만 제동복사라는 엑스선으로 빠져나가버리는 손실 에너지도 존재합니다. 그래서 이 흡수한 양을 흡수 선량이라 합니다. 흡수 선량을 구하는 것은 인체의 밀도와 감쇄 계수를 알고 있기 때문에 구할 수 있습니다.
[등가 선량]
이렇게 흡수된 양을 구하고 나면 방사선에 따라 받은 선량을 비교합니다. 왜냐하면 알파선은 짧은 거리에서 많은 에너지를 내고 감마선은 적게 내기 때문에 흡수했다고 해도 같은 에너지를 내지 않습니다. 그래서 방사선별로 가중치를 두어 흡수 선량에 곱하게 됩니다. 이값을 등가 선량이라 합니다.

(출처 : 동아일보)

[유효 선량]
자 인체가 흡수한 에너지도 계산했고 맞은 방사선을 고려해서 등가 선량도 구했다고 합시다. 그러면 끝일까요? 아닙니다. 신체 장기별로 방사선 감수성이 다릅니다. 방사선 감수성은 예민한 정도를 말합니다. 신체의 골수나 폐나 위 등은 감수성이 비교적 높은 편이고 그에 반해 뼈, 피부 등은 비교적 낮은 편이라고 합니다. 이를 고려하여 조직가중치라 하여 등가 선량에 곱하여 줍니다. 이 값이 유효 선량입니다. 유효 선량은 실제 인체가 받는 방사선 위해도를 고려할 때 사용하는 용어입니다. 유효 선량의 단위는 Sv[시버트]입니다.
제가 쭉 길게 무슨 무슨 선량 이런 것을 설명했습니다. 한 줄씩 정리해보겠습니다

방사선이 나오면 이 방사선의 에너지를 구할 수 있다.
→방사능의 에너지값 계산, 조사 선량으로부터
이 에너지 중 인체에 흡수된 선량을 흡수 선량이라 한다.
방사선의 위험도를 고려한 선량을 등가 선량이라 한다.
신체장기의 부위별 예민한 정도를 고려한 것을 유효 선량이라 한다.

(출처 : http://dahnmeditation.tistory.com)

기존의 물리 공부는 역사적 흐름, 발전된 과학에 따라 과거에서부터 단계적으로 배웁니다. 가장 처음부터 현대 첨단 물리학을 배워서 이해하기는 힘드니까요! (사실, 앞에꺼 배워도 저는 어렵더라구요…ㅎㅎ) 그런데 이 과정에는 너무 이론에 치중되다 보니 흥미가 떨어지는 점이 존재합니다. 이를 보완하고 이해력을 높이기 위해서 실험과목도 같이 듣게 되죠.

[What is Newspaper physics?]

Newspaper physics는 말 그대로 신문기사를 이용한 물리 공부법입니다. 앞에서는 이론을 배우고 응용을 배운다면 여기서는 반대가 됩니다. 공부법은 이러합니다.
하루에 2~3개씩 선생님과 학생이 함께 기사를 선택하여 읽고 이를 일주일정도 모은다음 하나의 기사를 선택합니다. 그리고 이 기사의 물리적으로 분석할 부분을 찾아냅니다. 여기에는 물리이론, 과학자, 음악과 그림에서의 물리적 분석, 고대학의 물리적 분석, 과학에 관한 정책, 통계학 등 다양한 부분을 우선 찾아서 표시합니다. 그렇게 기사 전체에 표시하고 이를 내용을 연결하여 스토리화 합니다. 이 스토리를 바탕으로 따라가면서 이론을 교육하는 방식으로 수업을 진행합니다.
전세계적으로 680개 정도의 강의가 이방식으로 개설되어있다고 하네요.. 

우리나라에도 있을지도 모르겠습니다!!

(출처: iab)

이 교육방식은 우선 기사로 학생의 흥미를 끌어내고 이론을 알려주기 때문에 수업에 더욱더 집중할 수 있도록 만들지 않을까 싶습니다. 이 방법이 맞다 기존의 방법이 맞다 할 수는 없지만, 더욱더 풍부한 교육의 질 향상을 위해서는 다양한 방법을 시도해보는 것도 좋을 것 같다는 생각이 드네요!

You can do anything challenge of creative method for good quality class!!

(출처: ko.wikipedia)

원자력 관계 법령에 관해서 짧게 소개하려고 합니다.
원자력은 전기발전, 산업현장과 의료분야, 연구분야에서 사용하는 방사성동위원소 생산 등 우리의 삶에 많은 영향을 미칩니다. 하지만 이를 무분별하게 사용한다면 재앙이 닥칠지도 모릅니다. 고에너지를 방출하기 때문에 인체, 환경에 영향을 미치기 때문이죠. 그렇기 때문에 이를 통제하기 위해 국제적으로 원자력을 사용하는 모든 나라는 이에 관한 법률을 제정합니다. 우리나라도 마찬가지로 법으로서 정해놓았습니다.

(출처: http://www.freedomsquare.co.kr)

[법령의 토대가 되는 근거는 무엇일까?]

법률을 제정하는데 무엇을 바탕으로 제정을 할까요? 우리나라는 BSS라는 IAEA(국제원자력기구)의 보고서를 기준으로 법을 제정합니다. 그렇다면 이보고서는 어떻게 나올까요?

이를 바탕으로 제정을 하게 되고 개정을 하게 된다면 국내에 미칠 영향과 국내 환경에 맞게 수정하여 법령으로서 제도화하게 됩니다.

국내 원자력법은 어떤 식으로?
국내 원자력 관계 법령은 안전규제를 위한 원자력안전법, 국민 생활 향상과 복지증진을 위한 원자력진흥법, 자연 방사선 방호를 위한 생활주변방사선 안전관리법, 방사능재난 대비책으로서 원자력시설 등의 방호 및 방사능 방재대책법 등이 있습니다.
대표적으로 원자력 안전법을 보면

법령(대통령령으로서 법령 제정에 관한 근거와 기본사항을 규정합니다.)
시행령(법 시행에 필요한 절차 및 행정적인 사항을 규정합니다.)
시행규칙(법, 시행령에 필요한 상세한 인허가 절차와 신청방법 및 기술기준을 규정합니다.)
고시(기술기준 및 행정절차에 관한 사항을 상세히 규정합니다.)
로 정하고 있습니다.

법령은 누구나 볼 수 있습니다.
(http://www.kins.re.kr/nsic.do?menu_item=revisionStatus)으로 들어가게 되면 열람 가능 합니다.
고시는 (http://www.nssc.go.kr/nssc/information/law2.jsp)으로 들어가면 볼 수 있습니다.
고시나 시행규칙에 들어가면 엄청 세밀하게 제한하는 것을 볼 수 있습니다. 이를 잘 지키게 된다면 걱정 없이 원자력을 사용할 수 있지 않을까 생각이 듭니다. 잘 지켰으면 좋겠네요!!
여기서 포스팅을 마치겠습니다. 감사합니다!

(출처: linkedin)