시버트

3. SI 접두어 및 변환

일반적으로 사용되는 SI 접두어는 밀리시버트(mSv, 1 mSv = 10⁻³ Sv), 마이크로시버트(μSv, 1 μSv = 10⁻⁶ Sv), 나노시버트(nSv, 1 nSv = 10⁻⁹ Sv)이다.

과거 선량당량의 단위로는 인체 뢴트겐 당량(rem, 렘)이 사용되었다. 1 시버트는 100 렘과 같다. 일부 분야나 국가에서는 여전히 렘(rem)이나 밀리렘(mrem)이 시버트(Sv)나 밀리시버트(mSv)와 함께 사용되어 혼동을 줄 수 있으므로 단위 변환에 주의해야 한다.

주요 단위 간의 변환 관계는 다음 표와 같다.

국제단위계(SI)로 바뀌기 전에는 렘(rem)이 사용되었지만, 렘은 국제단위계에서 일관성이 없어 현재는 공식적으로 사용되지 않는다.^[100] 1 렘(rem)은 0.01 시버트(Sv)와 같다.^[98]

4. 방사선량 계산

=== 유효선량 (E) ===

유효선량(Effective dose, E)은 방사선 피폭으로 인한 전신의 확률적 건강 영향(주로 암 발생 위험)을 나타내는 지표이다. 이는 각 조직이나 장기가 받은 등가선량($H\_T$)에 해당 조직의 방사선 민감도를 나타내는 조직 가중치 계수($W\_T$)를 곱하여 모두 합산한 값이다.^[17][18]

:$E\; =\; \backslash sum\_T\; W\_T\; \backslash cdot\; H\_T\; =\; \backslash sum\_T\; W\_T\; \backslash sum\_R\; W\_R\; \backslash cdot\; D\_\{T,R\}$

여기서 $E$는 유효선량, $W\_T$는 조직 T의 조직 가중치 계수, $H\_T$는 조직 T의 등가선량이다.

전신이 균일하게 피폭된 경우에는 유효선량은 전신 등가선량과 같다. 그러나 특정 부위만 피폭되거나 비균일하게 피폭된 경우, 각 조직의 민감도를 고려하여 유효선량을 계산한다. 예를 들어, 골수나 폐와 같이 방사선에 민감한 조직은 상대적으로 높은 $W\_T$ 값을 가지며, 뼈 표면이나 피부처럼 덜 민감한 조직은 낮은 $W\_T$ 값을 가진다. 모든 조직의 $W\_T$ 값을 합하면 1이 된다. 유효선량을 사용하면 피폭 부위나 방식이 다르더라도 전체적인 건강 위험을 비교할 수 있다.^[17][18]

ICRP 보고서 103에서 권고하는 조직 가중치 계수($W\_T$)는 다음 표와 같다.^[17]

등가선량과 유효선량은 방사선 방호 목적으로 사용되는 방호량(protection quantities)으로, 직접 측정하기 어렵고 계산 모델을 통해 얻어진다. 이는 방사선 노출 한도를 설정하는 기준이 된다.^[12][13][14]

=== 작동 선량 ===
작동 선량(operational quantities)은 방사선 측정기나 선량계를 사용하여 실제로 측정하거나 평가하는 선량이다. 이는 방사선 작업 환경을 모니터링하고 개인의 피폭량을 관리하는 데 사용되며, 방호량(등가선량, 유효선량)의 값을 추정하거나 안전 상한치를 제공하는 역할을 한다.^[5][8] 작동 선량은 팬텀(인체를 모의한 모형)을 이용하여 정의하고 교정한다. 대표적인 팬텀으로는 ICRU 구(sphere) 팬텀과 슬랩(slab) 팬텀이 있다.^[10][11][14]

주요 작동 선량은 다음과 같다.

• 주변 선량 당량 ($H^*(10)$): 감마선과 같이 투과력이 강한 방사선에 대한 지역 모니터링에 사용된다. ICRU 구 팬텀 내부 10mm 깊이에서의 선량 당량을 기준으로 한다.^[20]
• 방향 선량 당량 ($H\text{'}(0.07)$): 베타선이나 저에너지 광자와 같이 투과력이 약한 방사선에 대한 모니터링에 사용된다. ICRU 구 팬텀 표면 아래 0.07mm 깊이에서의 선량 당량을 기준으로 하며, 주로 피부나 눈의 수정체 선량을 평가하는 데 쓰인다.^[21][22]
• 개인 선량 당량 ($H\_p(10)$): 개인이 착용하는 선량계로 측정하는 선량이다. 일반적으로 신체 내부 10mm 깊이에서의 선량 당량을 평가한다.^[23]

5. 선량당량률

단위 시간당 선량당량을 선량당량률이라고 한다. 대한민국의 계량법에서는 물상의 상태의 양(72개 중 하나)으로 규정하고 있다. 국제단위계(SI)에서 일관된 조립단위는 시버트 매 초(Sv/s)이다. 계량법은 이 외에도 시버트 매 분(Sv/min), 시버트 매 시(Sv/h)를 법정계량단위로 규정하고 있다.^[101]

시버트(Sv)가 방사선 피폭의 총량을 나타내는 데 비해, 선량당량률(Sv/s, Sv/min, Sv/h)은 방사선 피폭의 세기를 나타낸다.

'''시버트 매 시'''(Sv/h)는 1시간 동안 생체가 받는 방사선량의 단위이다. 1 Sv/h는 1시간 동안 1 Sv의 방사선량을 받는 것에 해당하는 세기이다.

'''예시'''

• 25 μSv/h의 방사선량을 2시간 동안 받으면, 총 방사선량은 50 μSv(마이크로시버트) = 0.05 mSv = 0.00005 Sv가 된다.
• 400 mSv/h의 방사선량을 15분 동안 받으면, 방사선량은 100 mSv(밀리시버트) = 0.1 Sv이 된다.
• 10 Sv/h의 방사선량을 30분 받으면, 방사선량은 5 Sv = 5000 mSv = 5000000 μSv가 된다.

6. 생활 속 방사선량

우리가 일상생활 속에서 방사선에 노출되는 것을 방사선 피폭이라고 한다. 인체는 전 세계적으로 연간 평균 약 2.4mSv의 자연 방사선에 노출된다.^[97][39] 방사선 노출량을 나타내는 단위 중 하나로 밀리시버트(mSv)가 사용된다. X선 검사나 컴퓨터 단층 촬영(CT) 같은 의료 검진 시에도 방사선에 노출된다.

자연 상태에서 받는 방사선인 배경복사는 지역에 따라 편차가 크지만, 보통 연간 2.5mSv에서 3.5mSv 수준이다. 미국의 연평균 자연 방사선량은 3mSv, 오스트레일리아는 1.5mSv 정도이다. 자연 방사선의 주요 원인은 다음과 같다.

• 우주선: 우주에서 지구로 들어오는 방사선으로, 해수면에서는 연간 약 0.24mSv에 노출된다. 고도가 높은 곳일수록 노출량이 증가한다.
• 지각 방사선: 땅속의 우라늄, 토륨 등 방사성 동위 원소에서 나오는 방사선으로, 연간 약 0.28mSv에 노출된다. 대한민국 옥천 누층군의 특정 지역에서는 우라늄으로 인해 연간 최대 1.78mSv의 자연 방사선량이 측정되기도 했다.^[110] 이란의 람사르, 인도의 케랄라 해안, 유럽의 일부 지역 등은 자연 방사선량이 연간 50mSv에 달하는 고배경 방사선 지역이다.^[68][75]
• 체내 방사선: 음식물 섭취 등을 통해 몸 안에 들어온 칼륨-40 등의 방사성 물질에 의해 연간 약 0.35mSv에 노출된다.
• 라돈: 암석이나 토양 등에서 발생하는 방사성 기체로, 환기가 잘 안 되는 실내에 축적될 수 있다. 미국 가정의 연평균 라돈 피폭량은 약 2mSv이다.

• 흉부 X선 촬영: 1회 약 0.04mSv
• 치과 파노라마 촬영: 1회 약 5μSv ~ 10μSv^[41]
• 매모그램 (유방암 검사): 1회 약 0.30mSv^[43]
• 두뇌 CT 스캔: 1회 약 0.8mSv ~ 5mSv
• 흉부 CT 스캔: 1회 약 6mSv ~ 18mSv
• 내장기관 X선 촬영: 1회 약 14mSv
• 전신 CT 스캔: 1회 약 10mSv ~ 30mSv^[47][48]

• 항공 여행: 고도가 높아 우주선 노출량이 증가한다. 뉴욕-도쿄 노선 항공 승무원의 경우 연간 약 9mSv에 노출될 수 있으며, 일반적인 항공 승무원의 연평균 직업 피폭량은 1.5mSv ~ 1.7mSv 수준이다.^[45]
• 흡연: 담배에는 폴로늄-210, 납-210과 같은 방사성 물질이 포함되어 있다. 하루 1.5갑을 피우는 흡연자는 폐에 연간 약 80mSv에서 160mSv의 방사선량을 축적하게 된다.^[51][52]
• 기타: 바나나 1개 섭취 시 약 98 nSv (바나나 등가 선량),^[38][39] 공항 보안 검색대 통과 시 약 250nSv,^[40] 국제우주정거장에서 6개월 체류 시 약 80mSv에 노출된다.

참고로, 단시간에 전신이 고선량 방사선에 노출될 경우 건강에 심각한 영향을 미칠 수 있다. 1 시버트(Sv)는 약간의 혈액 변화를 유발하며, 2-5 Sv는 메스꺼움, 탈모, 출혈을 일으키고 사망에 이를 수 있다. 6 Sv 이상에 노출되면 2개월 이내에 80% 이상이 사망한다. 그러나 0.2Sv (200 mSv) 이하의 피폭에서는 급성 증상이 나타나지 않는 것으로 알려져 있으며, 저선량 피폭의 장기적인 영향에 대해서는 여전히 연구와 논의가 진행 중이다.^[105] 핵 관련 시설 종사자의 연간 피폭 허용 한도는 20mSv이며, 일반인의 연간 총 유효선량 한도는 1mSv (미국 기준)이다.^[44] 체르노빌 원자력 발전소 사고 당시에는 평생 예상 피폭량이 350mSv를 넘는 주민들을 이주시켰다.

7. 방사선 방호 기준 (한국 중심)

환경부는 '방사성물질 오염 대책 특별 조치법'에 따라 시간당 0.23 μSv 이상(연간 추가 피폭 선량 1 mSv에 해당)의 지역을 오염 상황 중점 조사 지역으로 지정하고, 해당 지역에 대한 제염 실시 계획을 수립하고 있다.^[102][103]

이는 국제방사선방호위원회(ICRP)가 일반인의 피폭 방사선량 한도로 권고하는 기준과 같은 수준이다. ICRP는 계획된 노출 상황에서 일반 대중의 유효선량 한도를 의료 및 직업적 노출을 제외하고 연간 평균 1 mSv(0.001 Sv)로 권고한다.^[17] 반면, 직업적으로 방사선에 노출되는 사람의 경우 연간 최대 50 mSv, 5년 연속 기간 동안 최대 100 mSv까지 허용한다.^[17][31] 참고로, 미국 국회 의사당 건물은 화강암 구조물에 포함된 우라늄으로 인해 내부에 있는 사람이 연간 약 0.85 mSv의 자연 방사선에 추가로 노출되는데, 이는 일반인 권고 기준에 가까운 수치이다.^[32]

한편, 후쿠시마 제1원자력발전소 사고 당시 일본 정부가 설정한 주민 피난 기준은 연간 20 mSv였다.^[104] 이는 과거 체르노빌 원자력 발전소 사고 당시 적용되었던 단계적 피난 기준과 차이를 보인다.

8. 방사선 영향

전리 방사선은 인체 건강에 결정적 영향과 확률적 영향이라는 두 가지 주요 방식으로 영향을 미친다.

=== 결정적 영향 ===

결정적 영향(급성 조직 효과)은 특정 선량 이상의 방사선에 노출되었을 때 확실하게 나타나는 건강상의 변화를 말한다. 이는 동일한 고선량을 받은 모든 사람에게 나타나며, 주로 급성 고선량(≳ 0.1Gy) 및 고선량률(≳ 0.1Gy/h) 조건에서 발생한다.^[97] 이러한 결정적 영향은 일반적으로 시버트(Sv) 단위보다는 흡수선량 단위인 그레이(Gy)를 사용하여 평가한다. 혼란을 피하기 위해 결정적 효과는 그레이(Gy)로 표현된 흡수선량 값과 비교하는 것이 일반적이다.

예를 들어, 전신에 단시간에 높은 선량의 방사선을 쬐었을 경우의 치사율은 다음과 같이 알려져 있다.^[105]

• 2Gy 피폭: 5% 사망
• 4Gy 피폭: 50% 사망
• 7Gy 피폭: 99% 사망

• 위 X선 촬영 1회: 0.5mSv–4mSv
• X선 CT 스캔 1회: 7mSv–20mSv

9. 역사

시버트는 CGS 단위계에서 유래한 렘(röntgen equivalent man)에 기원을 둔다. 국제방사선단위측정위원회(ICRU)는 1970년대에 일관된 SI 단위계로의 전환을 추진했으며, 1976년에는 등가선량에 적합한 단위를 공식화할 계획이라고 발표했다. 그러나 국제방사선방호위원회(ICRP)가 1977년에 ICRU보다 먼저 시버트를 도입했다.^[5]

시버트는 그레이가 채택된 지 5년 후인 1980년에 국제도량형위원회(CIPM)에 의해 채택되었다.^[4] CIPM은 1984년에 설명을 발표하여 그레이 대신 시버트를 사용해야 하는 경우를 권장했다. 이 설명은 1990년에 변경된 ICRP의 등가선량 정의에 더 가깝게 하기 위해 2002년에 업데이트되었다. 구체적으로 ICRP는 1990년에 등가선량을 도입하고, 기존의 품질계수(Q)를 방사선 가중치 계수(W_R)로 명칭을 변경했으며, 다른 가중치 계수 "N"을 삭제했다. 이에 따라 2002년에 CIPM은 설명에서 가중치 계수 "N"을 삭제했지만, 그 외 다른 오래된 용어와 기호는 유지했다. 이 설명은 SI 소책자의 부록에만 포함되어 있으며, 시버트의 공식적인 정의에는 포함되지 않는다.

참조

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