베크렐

1. 개요

베크렐(Bq)은 방사능의 SI 유도 단위로, 1초에 1개의 원자핵이 붕괴하는 방사능 활동을 나타낸다. 프랑스의 물리학자 앙리 베크렐의 이름을 따서 명명되었으며, 과거에는 붕괴/방사능 붕괴 매초(dps) 또는 퀴리(Ci)와 러더퍼드(Rd)와 같은 단위가 사용되었다. 베크렐은 킬로베크렐(kBq), 메가베크렐(MBq) 등 SI 접두어를 사용하여 방사능의 크기를 나타내며, 방사성 물질 1L당 방사능은 Bq/L, 1kg당 방사능은 Bq/kg으로 표시된다. 방사능 측정에는 대상 물질의 성질과 반감기를 고려해야 하며, 베크렐 값은 방사선의 종류, 에너지, 선원 형태 등에 따라 인체에 미치는 영향이 다르다.

2. 정의

베크렐은 1초에 1개의 원자핵이 붕괴하는 방사능 활동으로 정의된다. 1 Bq = 1 s^-1이다.

방사능을 나타낼 때, 접두어와의 혼동으로 인한 위험한 실수를 피하기 위해 역초(s^-1)에 대한 특수 명칭이 도입되었다. 예를 들어, 1 μs^-1은 초당 10⁶회 붕괴를 의미하는 반면, 1 μBq는 100만 초당 1회 붕괴를 의미한다. 고려되었던 다른 명칭으로는 헤르츠(Hz)와 조제프 푸리에의 이름을 딴 푸리에(Fr)가 있었으나, 헤르츠는 현재 주기적인 현상에만 사용된다.

그레이(Gy)와 베크렐(Bq)은 1975년에 도입되었다. 1953년부터 1975년까지 흡수선량은 종종 래드(rad)로 측정되었다. 붕괴 활동량은 1946년 이전에는 퀴리(Ci)로, 1946년부터 1975년까지는 종종 루터퍼드(Rd)로 나타내었다.

베크렐은 SI 기본 단위를 사용하여 s⁻¹로 구성된 SI 조합 단위이다.

3. 단위 환산 및 표기

베크렐(Bq)은 이전에 사용되던 방사능 단위인 퀴리(Ci)를 대체하는 단위이다. 퀴리는 1g의 라듐-226의 방사능 활동도를 기준으로 하는 SI 단위가 아닌 단위였다. 퀴리는 또는 37 GBq로 정의된다.

변환 계수는 다음과 같다.

다른 SI 단위와 마찬가지로, Bq는 SI 접두어를 붙여 사용할 수 있다. 일반적으로 사용되는 배수는 kBq(킬로베크렐, ), MBq(메가베크렐, , 1 루터퍼드와 같음), GBq(기가베크렐, ), TBq(테라베크렐, ), PBq(페타베크렐, )이다. 단위의 실용적인 사용을 위해 큰 접두어가 일반적이다.

모든 국제단위계(SI) 단위 중 사람의 이름을 딴 단위와 마찬가지로, 기호의 첫 글자는 대문자(Bq)이다. 하지만 SI 단위를 영어로 쓸 때는 문장의 첫머리나 제목 표기법을 사용하는 자료와 같이 그 위치의 단어가 대문자로 시작해야 하는 경우를 제외하고는 항상 소문자(becquerel)로 시작해야 한다.

4. 방사능 측정

실험으로 방사능을 측정할 때, 대상 물질과 그 성질을 알고 있고 방사능이 시간에 따라 급격하게 변하지 않는다면, 미리 계측치를 얻어 상대적인 차이로 방사능을 측정하는 방법을 사용할 수 있다.

하지만 반감기가 지나면 원자 수는 절반이 된다. 방사능은 원자 수에 비례하므로 반감기가 지나면 방사능도 절반으로 줄어든다. 따라서 반감기가 매우 짧은 원자핵이나 소립자의 경우에는 매우 민감하고 성능이 좋은 측정기가 필요하다. 반대로 반감기가 매우 길거나 방사능이 매우 낮은 경우에도 거의 방출되지 않는 방사선을 확실하게 검출해야 하므로, 이 역시 높은 기술력이 필요하다.

4.1. 원자 개수 및 방사능 계산

; 원자 개수 N의 산정

순수한 ²²⁶Ra^영어 1g을 구성하는 원자의 개수 N을 구한다. ²²⁶Ra^영어는 약 226 g/mol이므로, 순수한 ²²⁶Ra^영어 1g은 1/226 mol이며, 아보가드로 수를 곱하면 다음과 같다.

:N ≈

; 방사능 A의 산정

라듐-226이 N개 있을 때의 방사능을 A라고 한다. A = λ N이 성립하므로, 일반적으로 붕괴 상수 λ인 물질의 반감기를 t_H라고 하면, 다음과 같다.

:λ = ln(2)/t_H

²²⁶Ra^영어의 반감기는 1600(7)년(≈ 5.05E)이므로, 다음과 같이 λ가 산출된다.

:λ = ln(2)/t_H ≈

따라서 방사능 A는 다음과 같이 구할 수 있다.

:A = λ N ≈

현대에 있어서 라듐 1g의 방사능의 정확한 값은 3.61E이다.

5. 방사능과 방사선량

일반적으로 이온화 작용을 일으키는 방사선은 인체에 유해하다. 인체에 대한 방사선의 영향을 고려할 때 가장 중요한 것은 방사선과 인체의 상호작용으로 인체가 흡수한 에너지의 양인 흡수선량(단위: 그레이, Gy)이다.

확률적 영향 발생을 억제하기 위한 방사선 방호에서는 방사선의 종류나 에너지량 차이에 따른 생물학적 영향 차이를 균등화하고, 생체 영향 차이까지 고려하여 합산한 유효선량(단위: 시버트, Sv)을 사용한다.

베크렐(Bq) 등의 방사능 단위는 방사성 물질에서 나오는 방사선량을 나타내는 물리량이며, 방사선이 물질이나 생체에 작용하는 정도는 베크렐만으로는 설명할 수 없다.

같은 베크렐의 방사능이 있더라도, 인체에 미치는 영향은 선원 형태, 차폐, 흡수선량, 방사선의 종류와 에너지 등 조건에 따라 다르다.

방사성 물질이 다르면, 방사능이 같더라도 방출하는 방사선의 종류와 에너지가 다르다. 따라서 방사성 물질의 물리적 상태, 측정 위치와 방사선원 거리, 차폐 및 감쇠에 따라 영향이 달라진다. 베크렐에서 시버트로 환산하는 것은 불가능하지 않지만, 여러 조건을 모르면 단순 계산으로는 어렵다.

6. 기타

유니코드에는 베크렐을 나타내는 문자(㏃)가 있지만, CJK 호환용 문자이므로 사용은 권장되지 않는다.