공부하고 정리하고

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/

(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!! !
()
(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 : https://news.samsung.com)

이번에 삼성전자에서 X선 피폭량을 줄일 수 있는 고감도 디텍터를 개발하였다고 합니다. 삼성전자 종합기술원에서 방사선 피폭량을 1/10로 줄일 수 있는 디텍터를 성균관대와 공동연구를 통해서 개발하였는데 X선 발생장치와 삼성전자의 개발한 부분을 소개할게요.

(출처: http://www.teledyneicm.com)

[X-선 발생장치 원리]

위에 그림과 같이 진공 tube 안에 필라멘트를 두고 열을 주면 전자가 튀어나오게 됩니다. 이 전자를 튜브에서 고전압을 걸어서 가속을 시키고 양극에 연결된 금속(보통 텅스텐사용)을 때리게 됩니다. 금속의 핵들은 가속된 전자와 충돌하여 전자가 들뜨게 되어 안정화되며 빛을 발산합니다. 이때 X선이 발생하게 됩니다.
발생한 X선은 tube를 나와 target(샘플 또는 사람)을 지나고 물질을 지나면서 감쇠한 에너지 정도를 detector로 받아들이게 됩니다. 여기서 감쇠는 질량감쇠계수에 따라 감소하는데 나중에 원리에 대해서 자세히 소개하겠습니다.

(출처 : https://www.tue.nl) ->기존의 Detector방식

[Detector의 무엇을 바꾼건가?]

삼성에서는 Detector에 사용하는 소재를 개발했는데 기존의 X-ray 평판 디텍터에 비해 감도가 20배 이상 뛰어나고 생산 가격도 더 낮은 페로브스카이트 반도체 소재를 개발하였습니다. 우선 20배 이상 감도가 좋다는 것은 기존의 X-선보다 20배 이상 낮은 선량을 가진 X-선도 감지한다는 것이기 때문에 피폭량을 줄일 수 있을 것입니다.
그리고 페로브스카이트라는 물질을 사용하였는데 러시아 과학자 페로브스키를 기념하여 명명한 무기물+유기물 결합하여 가지는 어떤 결정 구조체를 말합니다. 이 결정 구조체는 AMX_3큐빅으로 A, M양이온, X는 음이온으로 결합된 구조입니다. 이 결정구조는 에너지 전환 효율이 20%가 넘어 기존에 고효율 태양전지로 연구가 진행이 되고 있던 물질입니다.

(출처 : http://www.asiae.co.kr)

이 물질을 이용해 디텍터로서 사용을 하려면 투과성질을 낮추어야 하므로 태양전지의 1000배 이상 두께가 필요하고 동시에 엑스선에 의해 변환된 전기신호를 보존하는 성능확보가 가능한 합성방법을 이번에 개발한 것이라고 합니다.
또한, 이 물질은 진공 증착법으로 만든 기존의 디텍터와는 다르게 액상 공정을 통해 대면적으로 제작할 수 있어 디텍터를 크게 만들어 한 번에 전신 촬영이 가능한 X-ray 장치를 만들 수 있다고 합니다.
아직 남아있는 기술적 문제들이 있어서 연구중이라고 하지만 개발이 된다면 X선, CT 촬영을 좀 더 안심하고 받을 수 있는 날이 오지 않을까 싶습니다.

[왼쪽부터 라이너 바이스 교수, 배리 배리시 교수, 킵 손 교수]

이번 노벨물리학상은 중력파를 최초로 검출한 연구진에게 수여됐습니다. 이 연구진은 레이저 간섭계 중력파관측소(LIGO)의 연구진입니다. 실제 관측은 2016년에 하였고 수상을 이번에 하였습니다.
중력파란 시공간의 휘어짐이 퍼져나가는 파동을 말합니다. 이를 1915년 그때로부터 100년이 넘게 흐른 지금 아인슈타인의 예측이 실험으로 검증이 된 것입니다.

아인슈타인은 1905년에 빛의 속도는 일정하며 어떤 물체도 광속을 도달하여 넘을 수 없음을 말합니다. 이는 특수상대성이론입니다. 이로부터 11년 뒤 1916년에 일반상대성이론을 발표합니다. 우선 상대론이라는 것은 현재 우리가 서 있는 지구라는 환경이 한 관성계라면 다른 환경에 있는 관성계는 지구의 환경과 다른 관성계임이 틀림없습니다. 이 상대적인 관성계끼리의 차이는 시간 지연과 길이수축이라는 현상으로 예상이 되었고 관측이 됩니다. 특수상대성이론에서는 이 다른 환경을 속도에 의한 차이로 계산합니다. 일반상대성이론에서는 중력이 영향을 미칩니다.

영화 ‘인터스텔라’를 보셨다면 이해하시기 쉽습니다. ‘인터스텔라’에서 거대한 행성에 단 몇 시간 정도 있었을 뿐인데 우주에서 기다리던 동료는 10년이 넘는 시간이 흘러 혼자 기다리고 있죠. 여기서 행성에 간 동료들에게 일어난 것은 중력에 의한 시간 지연 현상입니다. 이 이유는 간단히 생각한다면 우선 행성을 동시에 들어간 빛들은 동시에 나오는 점을 생각하여야 합니다. 빛의 속도는 일정하고 이동거리도 똑같으니까 동일합니다. 그런데 가까이에 있어서 중력에 의해 더 휘어진 빛과 멀리 있어서 덜 휘어진 빛이 있다면 이 두 빛은 동시에 나와야 하지만 이동 경로는 행성에 가까운 빛이 경로가 짧겠죠? 하지만 동시에 나오려면 가까운 빛은 시간 지연 현상이 나타나야 할 것입니다. 자세히 알려고 하면 매우 복잡하지만… 이런 느낌입니다.!!

아무튼, 중력파는 중력이 존재하는 곳에서 이러하듯 시공간이 뒤틀리게 만듭니다. 이렇게 뒤틀리면 호수에 돌을 던지면 구면파가 발생하는 것처럼 중력파가 발생한다고 합니다. 이 중력파를 100년이 지난 지금에서 드디어 관측하였다고 하니 아인슈타인의 계산은 시대를 앞서간 것이 확실한 것 같습니다!!

그렇다면 어떻게 LIGO는 중력파를 관측 하였을까요?
‘에테르’라고 들어보셨나요? 과거에 빛이 파동이라면 매질이 존재해야 한다. 그 매질은 에테르라는 주장이 있었습니다. 즉 이 우주 공간은 에테르로 차 있다고 생각을 하였고 이를 증명하기 위해 노력을 했었습니다. 이를 증명하기 위한 장치 중 하나가 마이컬슨몰리실험입니다.

이 실험은 빛을 쏘아서 두갈래로 하나는 직각 하나는 원래 방향으로 가도록합니다. 다시 반사되도록하여 받아 두빛을 합쳐 간섭현상을 관측합니다. 하지만 아무리 실험을 해보아도 간섭현상을 볼 수 없었고 이 실험을 통해 에테르가 없음을 반증하게 됩니다. 아이러니하게도 이 실험을 통해 마이컬슨은 노벨 물리학상을 받게 됩니다. 실험의도에 따르면 실패한 실험인데도 말이죠.

이 유명한 실험이 LIGO에서 진행하는 실험과 개념이 동일합니다. 단지 LIGO는 그 크기가 엄청 큽니다. 직각으로 갈라져 나아가는 거리가 4km이고 이 거리를 수백번 왕복시킨다고 합니다. (중력파로 인한 거리변화가 미미하기 때문에 한번 왔다갔다해서는 관측이 어렵기 때문입니다.) 이러한 관측소를 워싱턴에 하나 루이지애나주에 하나 총 두 개의 관측소를 두고 측정을 합니다.
이렇게 측정을 하던 와중에 13억 광년 떨어진 곳의 두 블랙홀이 충돌함으로써 중력파가 발생하였고 이 중력파가 지구를 지나며 시공간에 뒤틀림이 생겼습니다. 이때 LIGO가 이 변화를 레이저 간섭으로 관측을 해낸 것입니다.

두개의 관측소에서 거의 동일하게 간섭현상을 관측한 것을 볼 수 있습니다.

(출처 : https://namu.moe)

[동위원소란 무엇일까요?]

원자번호가 같지만, 원자량이 다른 원소를 말합니다. 원자번호는 양성자수로 넘버링이 됩니다. 수소는 양성자 수 1이고 원자번호는 1이고 탄소의 경우는 양성자 수가 6개고 원자번호는 6이 됩니다. 그리고 이 원자가 이온화된 상태가 아니라면 양성자의 +전하량만큼 -전하가 있어야 평형을 이루겠죠? 그래서 양성자 수와 전하량이 같은 전자가 똑같은 수만큼 있습니다. 그런데 원자량이 다르다라는 말은 무엇이 다른 걸 까요? 바로 중성자 수의 차이입니다. 수소를 기준으로 예를 들겠습니다. 양성자 하나 전자 하나로 이루어진 것이 우리가 아는 수소입니다. 그런데 양성자 하나 중성자 하나 전자 하나로 이루어지게 되면 중수소, 중성자가 하나가 더 있으면 트리튬이 됩니다.

여기서 트리튬의 경우는 불안정합니다. 안정된 상태의 한계치를 넘어선 것이지요. 트리튬은 그래서 붕괴를 하게 됩니다. 이러한 동위원소를 방사성 동위원소라 합니다.
인위적으로 만든 핵종 말고 자연계에도 이러한 방사성동위원소는 존재합니다. 태양으로부터 날아온 우주선을 맞아 생기는 트리튬이나 14-C(탄소연대측정법에 활용되죠)가 있습니다. 그리고 지구의 탄생과 함께 존재해왔을 원시 핵종이 있습니다.

(출처 : http://m.blog.daum.net/_blog/_m/articleView.do?blogid=0MBTd&articleno=6592734

원시 핵종은 계열과 비계열 방사성 동위원소가 있습니다. 비계열은 어떤 핵종으로부터 오거나 어떤 방사성핵종을 만드는 핵종이 아니고 그 하나가 방사성핵종으로서 존재하는 것입니다. 현재까지 존재하는 이유는 반감기가 매우 길기 때문이죠. 여기에는 40-K, 87-Rb입니다. 계열은 우라늄 계열, 토륨 계열, 악티늄 계열, 넵투늄 계열이 있는데 반감기가 긴 방사성 핵종이 붕괴하고 붕괴한 핵종이 또 붕괴해서 안정 핵종인 납까지 붕괴하는 핵종들이 부모와 자식의 관계처럼 연결된다 해서 계열을 이룬다고 합니다. 여기서 넵투늄 계열은 현재는 시간이 흘러 붕괴해버려 존재하지 않습니다.

(출처 : 경북대학교 핵물리연구실)

위에 그래프 처럼 검은색 라인따라서 안정핵종이고 그보다 양성자 수가 많으면 양성자 과잉, 중성자가 더 많으면 중성자 과잉 핵종입니다. 여기서 계열을 따르는 방사성 동위원소들은 중성자과잉 핵종으로 볼 수 있습니다. 양성자 과잉핵종은 입자 가속기에서 생겨납니다. 나중에 이에 대한 소개는 자세히 해볼게요.
결론은 방사성을 나타내는 동위원소가 방사성 동위원소입니다. 자연계에 존재하는 방사성 동위원소는 우주선으로부터 생기거나 태초부터 있었을 것입니다. 태초부터 있는 방사성 동위원소는 계열과 비계열 동위원소로 나뉜다로 정리되겠습니다.

방사선분야 기본상식중 하나인 X선과 감마선의 차이에 대해서 이야기 해볼까 합니다.

X선과 감마선은 전자기파입니다. 즉, 광자입니다. 두 개는 성질이 똑같습니다. 물리적으로 똑같습니다. 차이라고는 에너지 영역의 차이가 있겠네요. 하지만 낮은 에너지 영역의 감마도 있기 때문에 경계에서는 이것으로 구별 짓기는 힘들겠습니다. 그렇다면 왜 두 개를 구분 지을까요? 이 두 선은 출신지가 다르기 때문 입니다. 즉, 발생원인이 다릅니다.

(출처:한국원자력환경공단)

원자는 양성자와 중성자로 이루어진 핵과 그 주위에 에너지가 불연속적인 에너지 준위를 따라 오비탈이 형성되고 그 궤도에서 전자는 원운동을 하게 되어 원자를 구성하게 됩니다.
먼저, X선 발생원인을 한번 알아보죠. X선은 전자의 여기 작용으로 발생합니다. 원자가 외부로부터 에너지를 받게 되면 핵과 안정적으로 결합하고 있던 전자가 힘을 받아 더 높은 에너지 준위로 도약을 하게 됩니다. 한마디로 들뜨게 됩니다. 들뜬 상태로 있으면 불안정하겠죠? (자연계는 모든 물질이 안정된 상태로 갈려는 성향 즉, 엔트로피가 증가하는 방향으로 행동을 합니다.)불안정한 전자는 선택규칙에 따라 전자기파를 내며 안정한 준위로 내려오던가 그에 상응하는 전자(오제전자)를 방출하며 안정성을 찾습니다. 이때 나오는 전자기파를 X선이라고 합니다. (사실, 제동복사와 특성 X선으로 방출되지만 그냥 X선이라 하겠습니다.)
두번째로, 감마선의 발생원인은 핵으로부터 나옵니다. 핵은 양성자와 중성자로 이루어지는데 양성자끼리의 클롱척력을 이겨내기 위해 중성자와의 핵력으로 붙잡고 있는 형태입니다. 그렇다면 이 형태가 불안정하다면 핵이 중성자가 많아서 또는 양성자가 더 많아서 불안정하다면 중성자가 전자를 잡아서 양성자가 되거나 양성자가 전하를 때버리고 중성자가 되려고 합니다. 이때 발생하는 에너지가 감마선으로 방출됩니다.
둘 다 전자기파지만 엑스선은 전자의 여기 작용으로부터 감마선은 핵반응에서 나온다고 보시면 됩니다.

(출처:wikipedia)

방사선에 대해서는 다들 들어 보셨을 거라고 생각합니다. 뭔가 위험하고 조심해야만 할 것 같은 느낌이 들죠. 하지만 동시에 엑스레이나 CT, 암치료분야와 산업 분야 연구 분야등 다양한 분야에서 우리의 삶의 질을 향상하는데 도움을 주기도 합니다.

방사선은 1895년 11월 뢴트겐이 진공 음극관에서 처음으로 엑스선을 발견하면서 우리에게 알려졌습니다. 이때 이것이 무엇인지 몰랐기 때문에 이름을 X선이라고 지었다고 해요. 그리고 그다음 해 1896년에 베크렐이 우라늄에서 방사선을 발견하게 됩니다. 1898년에는 마리 큐리가 라듐과 폴로늄을 분리하여 최초로 인공방사성동위원소로 제조하게 됩니다. 이 뒤로도 방사선에 관한 연구는 활발히 진행되었습니다.

그렇다면 방사선은 도대체 무엇인가? 방사선은 방사능을 가진 물질에서 나오는 빛이나 입자를 말합니다. 여기서 빛이라면 x선, 감마선, 자외선, 가시광선, 전자기파 등이 있고 입자는 알파선, 베타선, 중성자선을 말합니다. 하지만 자외선, 가시광선은 에너지가 낮아 공기를 전리시킬 수 없기 때문에 비 전리 방사선이라 부릅니다.

방사선은 방사능을 가진 물질에서 나오는 거라면 방사능은 무엇일까요? 방사능은 초당 붕괴하는 정도. 즉, 방사선을 내는 정도를 말합니다. 단위 질량 당 방사능이 강할수록 더욱더 위험하게 됩니다.
마지막으로 방사성은 약간 형용사적 느낌이라고 생각하시면 쉽습니다. 방사성 오염구역, 방사성 동위원소로 사용합니다. 방사능을 내는 성질, 방사선을 내는 성질로 생각하시면 됩니다.
따라서 사람이 맞은 양을 표현할 때는 맞은 양을 나타낼 수 있는 방사선을 얼마 맞은지 나타내는 선량이라는 개념을 사용하게 되고 피폭되었다 할 때도 방사선을 받았다 이므로 방사선 피폭이라는 말로 사용을 합니다. 그리고 방사능은 이 동위원소는 방사능이 얼마야 할 때 사용하게 됩니다.

-이미지 출처-

1. http://www.imagegreen.org

2.:wikipidia

3.http://www.hani.co.kr/arti/science/kistiscience/387098.html

4.http://hoho77.kr/board/board.php?board=important&page=1&command=body&no=3

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