방사선 오염의 위험성

방사선 물질에 의한 환경오염에 관심이 높아지면서 그 위험성과 예방에 대한 관심도 함께 높아지고 있다.

방사선 오염이란 방사능 오염이라고도 하며, 방사능을 가진 방사성 물질에 의해서 환경, 음식물, 인체, 생물체 등이 오염되는 일로, 원인 물질로는 핵분열 생성물, 각종 유도 방사능을 함유하는 냉각수 등 여러 가지가 있다.

전리방사선은 물체를 통과하여 최외각 궤도에 있는 전자를 탈락 시켜 이온을 생성하는 방사선을 말하며, 방사선은 방사성 물질이 붕괴하면서 방출하는 파동(wave) 또는 입자의 흐름이며, 에너지를 전달한다.

방사선의 종류

방사선은 α(alpha)-입자, β(beta)-입자, γ-(gamma)-선, 중성자 등 4종류가 있다.

 α입자는 두 양자와 두 중성자 무게와 같은 질량을 가지며 전하는 +2가이다.

β입자는 0.00055 원자질량단위(atomic mass units, amu)의 질량을 갖는 전자로서 -1가로 하전되어 있다.

γ-선과 X-선은 질량과 전하가 없이 높은 주파수를 갖는 전자기파이다. γ-선과 X선의 차이점은 γ-선은 자연적으로 발생되지만 X-선은 물리 화학적으로 생성된다는 점, γ-선이 X-선보다 고주파라는 점 등이다.

α입자가 방출되면 원래 핵종보다 원자량은 넷, 원자 번호는 둘이 적은 원소를 생성하게 된다. 마찬가지로 핵으로부터 β입자가 방출되면 중성자가 양자로 전환되어 원자번호가 하나 증가하지만 원자량에는 변화가 없다.

중성자 방출은 자연적으로는 거의 일어나지 않고, 합성 방사선 핵종에서만 일어난다. 전하를 갖지 않는 중성자는 양자로부터 형성되며, 원자에서 전자 궤도가 분리된다. 중성자는 수소 원자들과의 충돌에 의해 간접적으로 이온을 만들어내기도 한다. 어떤 원소가 충돌로 만들어진 중성자를 포획하게 되면 원자량이 하나 증가된 동위원소가 형성된다.

방사선 투과성의 차이

전리방사선의 투과성은 방사선 종류와 에너지에 따라 달라진다. 이에 투과된 조직의 손상 정도는 전달된 전리방사선 양에 비례한다. 방사선이나 입자가 물질을 투과할 때 깊이 투과할수록 방사선 에너지는 줄어든다.

전리방사선의 평균 에너지 이송률(Linear Energy Transfer, LET)은 최초 유입된 방사선 에너지를 전 방사선 에너지를 차단하는데 필요한 물질의 두께로 나눈 값으로 나타낸다. 방사선 양이 같을 경우, 방사선에 노출된 조직 손상의 정도는 LET 값이 증가함에 따라 커진다.

하지만 γ-선과 X-선은 투과 깊이에 따라 지수함수 값에 비례하여 방사선이 약해지기 때문에 확정된 LET 값이 존재하지 않는다. 따라서 LET 값은 Emax/(2HVL)로 표시되며, HVL (half-value layer)는 방사선의 세기를 반으로 줄이는데 필요한 물질의 두께이다.

방사선 배출원

방사선 배출원은 자연적 요인과 인위적 요인으로 나눌 수 있다.

자연적 요인은 우주선, 지표면의 방사진애 등에 의한 자연방사능의 급격한 증가로서 발견되며 238U, 232Th, 235U 등이 분해되는 과정에서 생성되는 방사선 등이다. 우라늄은 암석, 토양, 인산염, 퇴적물 등에서 흔히 볼 수 있는 방사성 물질이다.

라돈은 238U, 232Th의 가스상 분해 산물이며 라돈의 두 동위원소인 222Rn, 220Rn은 지구가 가지고 있는 기본 방사선량의 54%를 차지하고 있어 이에 대한 관심이 높아지고 있다.

인위적인 방사선 배출원은 핵 발전소, 핵폭탄, 핵 실험, 핵 사고 및 과학과 의학 분야 등에서 사용하는 다양한 방사선 핵종 등이 있다.

방사선의 영향력

방사선이 생물체에 영향을 주는 것은 물 분자에서 유리된 이온이나 이온화된 입자 상호 간 충돌로부터 생성되는 ㆍOH라디칼과 ㆍH라디칼 때문이다. 

자유라디칼은 세포 내 거대 분자와 결합하거나 서로 반응하여 강한 산화제인 H2O2를 형성하기도 한다. 또 다른 형태의 ㆍHO2기는 세포 내 산소와 ㆍH기의 상호작용에 의해 형성된다. 이는 H2O2로 환원되기도 한다.

자유라디칼과 H2O2 등이 세포 내 거대 분자인 핵산, 단백질, 지질, 탄수화물과 상호 작용하여 다양한 손상을 유발한다. 즉 DNA 파괴, 염색체 변형 등이 일어나 세포를 치사하게 만든다. 생체 내 어떤 장기는 유독 방사선에 더 민감하며, 일반적으로 세포 분열이 빠른 장기가 방사선에 더 민감한 것으로 알려져 있다.