방사선

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1. 개요
2. 방사선의 종류
- 2.1. 전리 방사선 (이온화 방사선)
- 2.2. 비전리 방사선 (비이온화 방사선)
3. 방사능 및 방사선의 단위
- 3.1. 방사능의 단위
  - 3.1.1. 베크렐 (Bq)
  - 3.1.2. 퀴리 (Ci)
- 3.2. 방사선의 단위
4. 방사선이 인체에 미치는 영향
5. 원자력 사고의 영향
6. 방사선의 이용
7. 환경 방사능
참조

1. 개요

방사선은 원자에서 입자를 분리하여 전리(이온화)시킬 수 있는 전리 방사선과 그렇지 않은 비전리 방사선으로 분류된다. 전리 방사선은 알파선, 베타선, 엑스선, 감마선, 중성자선 등이 있으며, 방사성 물질의 붕괴, 핵분열, 핵융합 과정에서 발생한다. 방사선은 의학, 산업, 과학 등 다양한 분야에서 활용되지만, 과다 노출 시 세포 손상, 암, 유전적 손상 등의 위험이 있다. 방사능은 물질 내 방사성 핵종의 붕괴 정도를 나타내는 단위로, 베크렐(Bq)과 퀴리(Ci)를 사용한다. 방사선 피폭은 오염과 조사로 구분되며, 급성 방사선 증후군과 같은 결정론적 영향과 암 발생 확률 증가와 같은 확률론적 영향을 미칠 수 있다.

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방사선
개요
종류	파동 또는 입자
정의	공간을 통해 이동하는 파동 또는 입자
설명	에너지의 형태로, 입자 또는 파동의 형태로 전파됨
형태	전자기파 입자 방사선 음파 중력파
특징
매질	매질이 필요하거나 필요하지 않음 (예: 전자기파는 매질이 필요 없지만, 음파는 매질이 필요함)
속도	매질 및 파동의 종류에 따라 다름
에너지 전달	에너지를 전달하며, 그 에너지는 전자기적, 운동적, 핵적 또는 화학적 에너지가 될 수 있음
구분
이온화 여부	이온화 방사선 (예: X선, 감마선, 알파 입자, 베타 입자) 비이온화 방사선 (예: 자외선, 가시광선, 적외선, 라디오파, 마이크로파)
방사선 종류
전자기 방사선	라디오파 마이크로파 적외선 가시광선 자외선 X선 감마선
입자 방사선	알파 입자 베타 입자 중성자 양성자
활용
의료	X선 촬영 방사선 치료 핵의학
산업	비파괴 검사 멸균 방사선 계측
과학 연구	천문학 물리학 화학
생활	통신 (예: 라디오, 텔레비전) 난방 (예: 적외선 히터) 조명
주의사항
인체 영향	과도한 노출은 인체에 해로울 수 있음
안전 관리	적절한 차폐 및 관리 필요

2. 방사선의 종류

방사선은 에너지가 물질과 상호작용하는 방식에 따라 크게 전리 방사선(이온화 방사선)과 비전리 방사선(비이온화 방사선)으로 구분할 수 있다. 전리 방사선은 원자나 분자를 이온화시킬 만큼 충분한 에너지를 가지는 반면, 비전리 방사선은 그렇지 않다. 각 방사선의 구체적인 종류와 특징은 하위 문단에서 자세히 설명한다.

2. 1. 전리 방사선 (이온화 방사선)

전리 방사선(ionizing radiation)은 물질과 상호작용하여 원자나 분자를 전리(이온화)시킬 수 있는 충분한 에너지를 가진 방사선을 말한다. 높은 에너지를 가진 방사선은 원자에서 전자를 떼어내 이온을 생성할 수 있는데, 이 과정을 전리라고 한다. 전리가 일어나면 원자는 전자를 잃고 양전하를 띠게 된다. 전리 방사선에는 알파선, 베타선, 엑스선, 감마선, 중성자선 등이 포함되며, 일반적으로 '방사선'이라고 하면 이러한 전리 방사선을 가리키는 경우가 많다.

살아있는 세포, 특히 세포 내 DNA가 이러한 전리에 의해 손상될 수 있기 때문에, 전리 방사선 노출은 암 발병 위험을 높인다. 이러한 이유로 생물학적 손상 가능성이 큰 방사선을 따로 '전리 방사선'으로 분류하기도 한다. 개별 세포는 수조 개의 원자로 이루어져 있지만, 보통 수준의 방사선에서는 극히 일부 원자만이 전리된다. 전리 방사선으로 인한 암 발생 확률은 방사선의 흡수선량, 방사선 종류별 손상 정도(등가선량), 그리고 방사선에 노출된 생물체나 조직의 민감도(유효선량)에 따라 달라진다.

전리 방사선의 발생 원인이 방사성 물질이거나 핵분열 또는 핵융합과 같은 핵 과정일 경우, 입자 방사선을 고려해야 한다. 입자 방사선은 핵 반응에 의해 상대론적 속도로 가속된 소립자이다. 이 입자들은 운동 에너지를 이용해 물질을 전리시킬 수 있다. 대부분 전하를 띠고 있어 투과력은 상대적으로 약하지만, 중성자는 예외이다. 주요 입자 방사선으로는 알파 입자, 베타 입자, 중성자, 양성자 등이 있다. 대략 10 전자볼트(eV) 이상의 에너지를 가진 광자나 입자는 물질을 전리시킬 수 있다(물의 전리 에너지인 33 eV를 기준으로 삼기도 한다). 방사성 물질이나 우주선에서 나오는 입자 방사선은 대부분 전리시키기에 충분한 에너지를 가지고 있다.

대부분의 전리 방사선은 방사성 물질과 우주(우주선)에서 비롯되며, 지구의 암석과 토양에도 소량의 방사성 물질이 포함되어 있어 자연 상태에서도 존재한다. 전리 방사선은 눈에 보이지 않고 인간의 감각으로 직접 감지할 수 없으므로, 가이거 계수기와 같은 장비를 사용해야만 존재를 확인할 수 있다. 특정 조건에서는 물질과의 상호작용으로 체렌코프 방사선이나 방사발광과 같이 눈에 보이는 빛이 발생하기도 한다.

전리 방사선은 의학, 연구, 건설 등 여러 분야에서 유용하게 사용되지만, 잘못 사용하면 건강에 심각한 위험을 초래할 수 있다. 방사선 노출은 생체 조직을 손상시키며, 높은 선량에 노출될 경우 피부 화상, 탈모, 내부 장기 기능 부전, 심하면 사망에 이르는 급성 방사선 증후군(ARS)을 유발할 수 있다. 또한, 노출된 방사선량에 관계없이 암이나 유전적 손상의 가능성을 높일 수 있다. 특히, 핵무기나 원자로 사고 시 발생하는 방사성 요오드-131은 생물학적으로 갑상선에 축적되는 경향이 있어 갑상선암을 유발하는 주요 원인 중 하나이다.^[5]

하지만 전리 방사선으로 인해 암이 발생할 정확한 위험과 확률을 계산하는 것은 아직 어려운 문제이다. 현재의 추정치는 주로 히로시마와 나가사키 원자 폭격 생존자 데이터나 체르노빌 참사와 같은 원자로 사고 후의 역학 조사를 바탕으로 이루어진다. 국제 방사선 방호 위원회(ICRP)는 이러한 추정 모델과 관련 값들의 불확실성 및 정밀도 부족을 인정하며, "집단 유효선량은 역학적 위험 평가 도구로 의도된 것이 아니며, 위험 예측에 사용하는 것은 부적절하다"고 경고한다. 또한 "사소한 개별 선량으로부터 계산된 집단 유효선량을 기반으로 암 사망자 수를 추정하는 것은 피해야 한다"고 강조한다.^[4]

우라늄이나 플루토늄과 같은 방사성 물질(원자핵은 방사성핵종)은 원자핵이 불안정하여 붕괴할 때 방사선을 방출하는데, 이를 방사능이라고 한다.

2. 1. 1. 알파선

알파 입자는 높은 원자번호를 가진 일부 방사성 핵종(예: 플루토늄, 라듐, 우라늄)이 알파 붕괴를 할 때 방출하는 빠른 속도의 헬륨 원자핵이다. 이는 양성자 2개와 중성자 2개가 결합한 형태로, 스핀이 0이며 보즈-아인슈타인 통계를 따르는 안정한 입자이다.

알파선은 이온화 작용이 강하여 물질을 통과할 때 경로를 따라 많은 이온을 생성시킨다. 그러나 투과력은 매우 약해서 종이 한 장이나 0.1mm 미만의 두께로도 막을 수 있다. 예를 들어, 500만 eV의 에너지를 가진 알파선은 1기압(atm)의 공기 속을 약 3cm만 이동해도 멈춘다. 이러한 낮은 투과력 때문에 신체 외부에서의 피폭은 큰 문제가 되지 않지만, 알파선을 방출하는 물질이 상처 난 피부를 통하거나 호흡, 섭취 등으로 인체 내부에 들어오면 강한 이온화 작용으로 인해 세포에 큰 손상을 줄 수 있다. 대표적인 알파선 방출 방사성 물질로는 라돈 가스(Rn-222)가 있다.

2. 1. 2. 베타선

베타선은 불안정한 원자의 핵에서 방출되는 고에너지 전자(β⁻) 또는 양전자(β⁺)이다.
베타 마이너스(β⁻)선은 고에너지 전자로 이루어져 있다. 이는 원자핵 내의 중성자가 양성자로 붕괴하면서 전자와 반중성미자를 방출할 때 발생한다. 세슘-137, 아이오딘-131과 같은 방사성 동위원소가 베타 마이너스선을 방출한다. 베타 마이너스선은 알파선보다 투과력이 크지만 감마선보다는 작다. 피부를 투과할 수 있으며, 에너지가 클 경우 피부 조직에 손상을 줄 수 있다. 하지만 몇 센티미터 두께의 플라스틱이나 몇 밀리미터 두께의 알루미늄과 같은 금속으로 차단할 수 있다. 선형 가속기에서 나오는 베타선은 자연 방사성 붕괴에서 나오는 베타선보다 훨씬 에너지가 높고 투과력이 강하며, 때로는 방사선 치료에서 표재성 종양 치료에 사용되기도 한다.
베타 플러스(β⁺)선은 양전자(전자의 반물질) 방출이다. 양전자가 물질 내에서 속도가 느려지면 주변의 전자와 만나 쌍소멸하여 511 keV의 감마선 광자 두 개를 (대략) 반대 방향으로 방출한다. 이 감마선은 고에너지 광자로 이루어져 있으며, 이온화 작용을 한다.

2. 1. 3. 감마선

세 종류의 전리방사선 중 투과력이 가장 강하다. 파장이 짧고 에너지가 높다. 투과력이 아주 높아서 밀도가 높은 납이나 콘크리트를 재료로 1m 이상의 방벽을 쌓아서 막아야 한다. X선하고 마찬가지로, X선으로 투과할 수 없는 영역(건물, 교량 등)을 탐구하는 데 쓰인다.

2. 1. 4. 중성자선

중성자선은 원자핵에서 나온 중성자가 빛의 속도에 가깝게 이동하는 흐름을 말한다. 주로 핵반응 과정에서 발생하며, 원자로 가동이나 중성자탄 폭발 시 대량으로 방출된다. 중성자는 속도나 에너지에 따라 분류되며, 중성자선은 자유 중성자로 이루어져 있다. 이 중성자들은 자발적이거나 유도된 핵분열 과정 또는 핵융합 반응에서 방출될 수 있다.

중성자는 다른 방사선 입자에 비해 드물게 관찰되며, 연쇄 반응을 동반하는 핵분열이나 핵융합 반응이 활발한 곳에서만 대량으로 만들어진다. 예를 들어, 열핵 폭발 시에는 약 10 마이크로초(µs)라는 극히 짧은 시간 동안 발생하지만, 가동 중인 원자로 내부에서는 지속적으로 생성된다. 원자로가 임계 이하 상태가 되면 중성자 생성은 거의 즉시 멈춘다.

중성자는 다른 물질과 충돌하여 그 물질을 방사성 물질로 만들 수 있는데, 이를 중성자 활성화라고 한다. 이 원리는 의료, 학술, 산업 분야에서 필요한 방사성 동위원소를 생산하는 데 사용된다. 상대적으로 속도가 느린 열중성자도 중성자 활성화를 일으킬 수 있으며, 오히려 더 효과적일 때도 있다.

중성자는 전하를 띠지 않기 때문에, 양성자나 전자처럼 직접 원자의 전자를 들뜨게 하여 이온화시키지는 않는다. 대신 원자핵에 흡수되어 핵을 불안정한 상태로 만들면서 간접적으로 이온화를 유발한다. 그래서 중성자에 의한 이온화를 '간접 이온화'라고 부른다. 운동 에너지가 거의 없는 중성자라도 간접 이온화를 일으킬 수 있어 방사선 피폭 위험이 크다.

모든 물질이 중성자 활성화되는 것은 아니다. 예를 들어, 물(H₂O)을 구성하는 수소(H)와 산소(O)의 가장 흔한 동위원소들은 중성자를 흡수해도 더 무거운 안정한 동위원소가 될 뿐, 방사성을 띠지는 않는다. 물은 중성자에 의해 잘 활성화되지 않는다. 반면, 소금(NaCl)이나 바닷물에 포함된 나트륨(Na) 원자는 중성자 하나만 흡수해도 나트륨-24(²⁴Na)라는 방사성 동위원소가 된다. 나트륨-24는 반감기가 약 15시간이며 강한 베타 붕괴를 일으키는 방사선원이다.

에너지가 매우 높은 고속 중성자는 원자를 직접 이온화시키기도 한다. 한 가지 방식은 고속 중성자가 원자핵과 충돌하여 원자를 분자에서 튕겨내는 것이다. 이 과정에서 화학 결합이 끊어지고 전자가 떨어져 나가 이온이 만들어지며, 화학적으로 불안정한 자유 라디칼 생성을 유발한다. 또한, 초고에너지 중성자는 '중성자 핵파쇄(spallation)' 또는 '넉아웃(knock-out)'이라는 과정을 통해 이온화 방사선을 만들 수 있다. 이는 중성자가 원자핵, 특히 수소 원자핵(양성자)과 충돌하여 고에너지 양성자를 튕겨내는 현상이다. 마치 당구에서 당구공이 다른 공을 치는 것처럼 중성자의 에너지가 양성자로 전달되며, 이렇게 튕겨 나온 양성자나 다른 하전 입자들은 주변 물질을 직접 이온화시킨다.

고에너지 중성자는 투과력이 매우 강해서 공기 중에서는 수백 미터에서 수천 미터, 일반적인 고체 물질 속에서도 수 미터까지 이동할 수 있다. 중성자선을 효과적으로 막기 위해서는 콘크리트나 물처럼 수소 원자가 풍부한 물질로 차폐해야 하며, 보통 1m 이상의 두께가 필요하다. 원자로 내부가 중성자선의 주요 발생원 중 하나인데, 원자로에서는 수 미터 두께의 물을 이용해 효과적으로 중성자선을 차폐한다.

2. 1. 5. 엑스선

엑스선(X선)은 파장이 약 10⁻⁹ m보다 짧은 전자기파이다. 이는 주파수로는 3 × 10¹⁷ Hz보다 크고, 에너지로는 1,240 eV보다 큰 값에 해당한다. 파장이 짧을수록 ''E'' = ''h''''c''/''λ'' (''E'', ''h'', ''c'', ''λ'') 식에 따라 에너지가 높아진다.

엑스선 광자가 원자와 충돌하면, 원자는 광자의 에너지를 흡수하여 전자를 더 높은 궤도 준위로 올릴 수 있다. 만약 광자의 에너지가 매우 높으면 전자를 원자에서 완전히 떼어내어 원자를 이온화시킬 수도 있다. 일반적으로 원자 번호가 큰 원자일수록 궤도 전자 사이의 에너지 차이가 크기 때문에 엑스선 광자를 흡수할 가능성이 더 높다. 인체의 연조직은 주로 가벼운 원소로 이루어져 있지만, 뼈는 칼슘과 같이 상대적으로 무거운 원소로 구성되어 있어 엑스선 흡수율에 차이가 생긴다. 엑스선 촬영 기계는 이러한 뼈와 연조직 간의 흡수 차이를 이용하여 의사가 인체 내부 구조를 검사할 수 있도록 설계되었다.

엑스선은 지구 대기에 의해 대부분 흡수된다. 따라서 태양에서 방출되는 강력한 엑스선은 자외선보다 양은 적지만, 대기층 덕분에 지표면에 도달하지 못한다.

또한, 대전 입자가 자기장 속에서 경로가 휘어질 때 제동 복사 과정을 통해 엑스선이 방출될 수 있다. 입자의 속도가 매우 빠를 경우, 방출되는 전자기파는 진행 방향으로 집중되는 방사광 형태로 관측된다.

2. 2. 비전리 방사선 (비이온화 방사선)

물질을 이온화(전리)시키기에 에너지가 충분하지 않은 방사선을 의미한다. 즉, 비전리 방사선을 구성하는 입자(광자 등)의 운동 에너지는 원자나 분자에서 전자를 떼어내 이온을 만들 만큼 크지 않다.^[5]^[6] 대신 분자나 원자의 회전, 진동 또는 전자 상태를 변화시키는 정도의 에너지만 전달하여 분자 구조에 직접적인 변화를 주지는 않는다.

전자기 스펙트럼에서 라디오파, 마이크로파, 적외선, 가시광선이 대표적인 비전리 방사선에 속한다.^[26] 자외선 역시 대부분 비전리 방사선으로 분류되지만, 파장이 짧은 일부 영역은 이온화 능력을 가지며, 비이온화 영역이라도 생체 분자에 영향을 줄 수 있다.

비전리 방사선이 생체 조직에 미치는 영향은 비교적 최근에 연구되기 시작했으며, 방사선의 종류에 따라 다양한 생물학적 효과가 관찰되고 있다.^[5]^[6]

비록 개별 입자의 에너지는 낮지만, 매우 강한 세기의 비전리 방사선에 노출되면 물질의 온도가 이온화 에너지 수준까지 올라가 열이온화가 발생할 수 있다. 일반적인 불꽃에서 관찰되는 플라스마 상태나 적외선 가열 시 나타나는 음식의 갈변 현상이 열이온화의 예이다. 하지만 이는 이온화 방사선처럼 단일 입자의 에너지로 이온화를 일으키는 것과는 다르며, 훨씬 높은 총 에너지가 필요하다.

2. 2. 1. 자외선

자외선 중 파장이 10 nm에서 200 nm인 영역은 공기 분자를 이온화시키며, 공기 중의 오존(O₃) 등에 의해 강하게 흡수된다. 이 때문에 이온화 자외선은 지구 대기를 거의 통과하지 못하며, 때로는 진공 자외선이라고도 불린다. 우주 공간에는 존재하지만 지구 표면의 생명체에게는 도달하지 않으므로 직접적인 생물학적 영향은 거의 없다.

지구 대기에는 오존층이 존재하는데, 이는 대략 약 32.19km 고도에서 시작하여 그 위쪽으로 확장된다. 오존층은 비록 이온화되지는 않지만 생명체에 해로운 UV-C와 UV-B 자외선의 약 98%를 흡수하는 중요한 역할을 한다. 지표면에 도달하는 일부 자외선은 비이온화 방사선이지만, 여전히 생물학적으로 위험할 수 있다. 이는 자외선 광자 하나가 생체 분자 내에서 전자를 들뜬 상태(전자 여기 상태)로 만들어 원치 않는 화학 반응을 유발하고 손상을 줄 수 있기 때문이다. 예를 들어, 파장이 365 nm (3.4 eV 에너지에 해당) 미만인 자외선은 DNA에서 피리미딘 이량체 형성을 유발할 수 있는데, 이는 세포 돌연변이나 사멸의 원인이 될 수 있다. 이는 이온화에 필요한 에너지보다는 훨씬 낮은 수준이다. 이러한 특성 때문에 자외선은 실제 이온화 현상을 일으키지 않더라도 생물학적 시스템에는 이온화 방사선과 유사한 위험성을 일부 지닌다. 반면, 가시광선, 적외선, 마이크로파, 전파와 같이 파장이 더 긴 전자기파는 광자 에너지가 너무 낮아 분자를 손상시키는 들뜬 상태를 유발하기 어려우므로, 단위 에너지당 위험성이 자외선보다 훨씬 낮다.

약 3 eV에서 10 eV 사이의 에너지를 가지는 자외선 스펙트럼의 낮은 에너지 영역, 즉 소프트 자외선(soft UV)은 비이온화 방사선으로 분류된다. 그럼에도 불구하고, 이러한 비이온화 자외선이 화학 반응이나 생물 시스템에 미치는 영향(예: 산화, 돌연변이 유발, 암 발생 가능성)은 상당히 심각하여, 종종 이온화 방사선의 위험성과 비교되기도 한다.

2. 2. 2. 가시광선

빛, 또는 '''가시광선'''은 인간의 눈에 보이는 파장의 전자기 복사의 매우 좁은 영역으로, 380~750 nm이며, 이는 각각 790~400 THz의 주파수 범위에 해당한다.^[5] 더 넓은 의미로, 물리학자들은 가시광선 여부에 관계없이 모든 파장의 전자기 복사를 의미하는 용어로 "빛"을 사용하기도 한다.

2. 2. 3. 적외선

적외선(IR)은 0.7μm에서 300μm 사이의 파장을 가지는 전자기파로, 이는 각각 430~1 THz의 주파수 범위에 해당한다. 적외선의 파장은 가시광선보다 길지만 마이크로파보다는 짧다. 적외선은 복사하는 물체로부터 떨어진 거리에서도 열의 형태로 "느껴질" 수 있다. 뱀 중 일부는 머리에 있는 "구멍"이라고 불리는 핀홀 렌즈를 이용하여 적외선을 감지하고 초점을 맞출 수 있다.^[5] 밝은 햇빛은 해수면에서 1kW/m²를 조금 넘는 조사량을 제공하는데, 이 에너지 중 53%는 적외선, 44%는 가시광선, 3%는 자외선이다.^[5]

모든 물체는 자신의 열을 전자기파 형태로 끊임없이 방출하고 있는데, 이를 열복사라고 한다. 상온에서의 열복사는 주로 눈에 보이지 않는 적외선 형태로 나타난다. 적외선 카메라는 이러한 열복사, 즉 적외선을 감지하여 어둠 속에서도 물체를 촬영할 수 있다. 태양광이 도달하지 않는 우주 공간에서 열원이 없는 우주 탐사선이나 인공위성이 극도로 차가워지는 것도 이 열복사 때문이다. 물체의 온도가 높아짐에 따라 열복사는 강해지는데(플랑크 법칙), 고온으로 가열된 물체가 빛을 내는 것도 이 때문이다. 블랙홀에서의 열복사는 호킹 복사라고 한다.^[5]

2. 2. 4. 마이크로파

안테나에서 방사되는 마이크로파와 같은 전자기파에서 '방사'는 무한한 공간으로 퍼져나가며 세기가 거리의 제곱에 반비례하여 감소하는 전자기장의 원거리장 부분을 의미한다.

마이크로파는 파장이 1mm에서 1m에 이르는 전자기파로, 이는 300MHz에서 300GHz의 주파수 범위에 해당한다. 이 광범위한 정의에는 UHF와 EHF(밀리미터파)가 모두 포함되지만, 다양한 출처에서 서로 다른 한계를 사용하기도 한다.^[5] 어떤 경우든 마이크로파는 최소한 초고주파(SHF) 대역(3~30GHz 또는 10cm~1cm) 전체를 포함하며, RF 공학에서는 종종 하한을 1GHz(30cm), 상한을 100GHz(3mm)로 설정한다.

무선 통신에서는 안테나에 고주파의 전기 신호를 입력하여, 그에 따라 방사되는 전파를 이용하여 통신을 한다.

2. 2. 5. 라디오파

라디오파(radio waves^eng)는 전자기 스펙트럼에서 적외선보다 파장이 긴 전자기파의 한 종류이다. 다른 모든 전자기파와 마찬가지로 빛의 속도로 이동한다. 자연적으로 발생하는 라디오파는 번개나 특정 천체에 의해 생성된다. 인공적으로 생성된 라디오파는 고정 및 이동식 무선 통신, 방송, 레이더 및 기타 항법 시스템, 위성 통신, 컴퓨터 네트워크 등 다양한 분야에서 사용된다. 또한, 교류를 전달하는 거의 모든 전선은 일부 에너지를 라디오파로 방출하는데, 이는 대부분 간섭으로 간주된다.

라디오파는 주파수에 따라 지구 대기에서의 전파 특성이 다르다. 장파(LF)는 지구의 곡률을 따라 퍼져나가 비교적 넓은 지역을 안정적으로 커버할 수 있다. 단파(HF)는 전리층(이오노스피어)과 지표면 사이에서 여러 번 반사되어 전 세계로 전파될 수 있다. 초단파(VHF) 이상의 더 짧은 파장은 거의 굴절되거나 반사되지 않고 직선으로 나아가는(시선 방향) 특성이 있다.

초저주파(VLF, Very Low Frequency)는 30 Hz에서 3 kHz의 주파수 범위를 가지며, 이는 각각 100km에서 10km의 파장에 해당한다. 이 주파수 대역은 대역폭이 좁아 무선 항법과 같은 비교적 간단한 신호 전송에 주로 사용된다. 파장이 10km에서 100km 범위이므로, 과거에는 십만 미터파대(myriametre band^eng) 또는 십만 미터파(myriametre wave^eng)라고도 불렸다.

극초저주파(ELF, Extremely Low Frequency)는 3~30 Hz(파장 100000km ~ 10000km)의 매우 낮은 주파수를 가진 전자기파이다. 대기과학에서는 3 Hz~3 kHz 범위를 ELF로 정의하기도 한다.^[5] 지구자기권 과학 분야에서는 3 Hz 이하의 전자기 진동을 초저주파(ULF, Ultra Low Frequency)로 분류하여 국제전기통신연합(ITU)의 무선 주파수 대역 정의와 차이가 있다. 미국 미시간주에 설치된 대규모 군사용 ELF 안테나는 잠수함과 같이 일반적인 통신이 어려운 수중 환경에 있는 수신기에 매우 느린 속도로 메시지를 전송하는 데 사용된다.

3. 방사능 및 방사선의 단위

방사능은 방사성 물질이 방사선을 방출하는 능력을 의미하며, 방사선은 에너지를 가진 입자나 파동의 흐름을 말한다. 이러한 방사능의 세기와 방사선이 물질 및 인체에 미치는 영향을 정량적으로 평가하기 위해 다양한 단위가 정의되어 사용된다.

주요 단위 체계는 크게 방사능 자체의 양을 나타내는 단위와 방사선이 특정 대상에 미치는 영향을 나타내는 단위로 나눌 수 있다. 방사능의 단위로는 베크렐(Bq)과 퀴리(Ci) 등이 있으며, 방사선의 영향을 나타내는 단위로는 조사선량, 흡수선량, 등가선량, 유효선량 등이 있다. 각 단위는 측정 대상과 목적에 따라 다르게 사용되며, 자세한 내용은 이어지는 하위 섹션에서 설명한다.

3. 1. 방사능의 단위

'방사능'은 특정 물질 안에 있는 방사성 핵종이 단위 시간 동안 얼마나 많이 붕괴하는지를 나타내는 척도이다. 이는 해당 물질에 포함된 방사성 핵종의 양과 반감기에 따라 결정되며, 일종의 '발생원의 강도'라고 할 수 있다.

방사능의 양을 나타내는 단위로는 과거에 퀴리(Ci)가 주로 사용되었으나, 현재는 국제단위계(SI)에 따라 베크렐(Bq)이 공식 단위로 사용되고 있다. 기존의 퀴리 단위는 보조 단위로 사용될 수 있다. 이 외에도 중성자원 등의 강도를 나타낼 때 단위 시간당 방출되는 입자의 수(/s), 즉 입자방출률을 사용하기도 한다.

3. 1. 1. 베크렐 (Bq)

1초에 원자핵 1개가 붕괴할 때의 방사능의 세기를 1 '''베크렐'''(Becquerel, 기호: Bq)이라고 한다. 이는 특정 핵종의 방사능을 단위 시간당 붕괴하는 원자핵의 수로 나타내는 국제단위계(SI) 단위이다. 이 단위의 명칭은 방사능 현상을 발견한 프랑스의 과학자 앙투안 앙리 베크렐(Antoine Henri Becquerel, 1852-1908)의 이름에서 유래했으며, 1초당 1번의 붕괴(disintegration per second, dps)를 1 Bq로 정의한다.

1 Bq는 약 2.703 × 10^-11 퀴리(Ci)에 해당하며, 이는 27.0 피코퀴리(pCi)와 같다. 베크렐 단위는 주로 해수나 대기 등의 환경 오염 정도를 나타낼 때 사용된다.

3. 1. 2. 퀴리 (Ci)

라듐을 발견한 물리학자 마리 퀴리의 이름을 따서 명명된 방사능 단위이다. 역사적으로 1 g의 라듐-226(Ra-226)의 방사능량을 기준으로 정해졌으며, 1 퀴리(Ci)는 1초당 3.7 × 10¹⁰개의 원자핵이 붕괴하는 방사능의 세기를 의미한다. 이는 베크렐(Bq) 단위로 환산하면 3.7 × 10¹⁰ Bq (370억 Bq)과 같다.

퀴리에는 다음과 같은 하위 단위들이 사용된다.

밀리퀴리(mCi): 1 mCi = 3.7 × 10⁷ Bq (3천 7백만 Bq)
마이크로퀴리(μCi): 1 μCi = 3.7 × 10⁴ Bq (3만 7천 Bq)
피코퀴리(pCi): 1 pCi = 3.7 × 10^-2 Bq (0.037 Bq)

현재 퀴리는 국제단위계(SI)의 방사능 단위인 베크렐(Bq)에 밀려 공식적으로는 사용되지 않지만, 관습적으로나 특정 분야에서는 여전히 보조 단위로 사용되고 있다.

예를 들어, 1 g의 백금(Pt) 판에는 천연 방사성 동위원소인 백금-190(Pt-190)이 약 3.4 pCi (0.125 Bq) 포함되어 있다. Pt-190은 알파 붕괴를 하는 핵종이다. 또한, 일본인의 체내에는 평균적으로 약 0.1 μCi (3,700 Bq)의 방사성 칼륨-40(K-40)이 함유되어 있는 것으로 알려져 있다.

3. 2. 방사선의 단위

방사선의 단위는 특정 지점이나 물질을 통과하는 방사선의 양, 또는 방사선이 물질과 상호작용하여 전달하는 에너지나 미치는 영향을 측정하기 위한 기준이다. 이는 방사선이 물질을 통과할 때 발생하는 이온화 작용(전리), 생성되는 이온 쌍의 수, 물질에 흡수되는 에너지(흡수선량) 등 다양한 물리적 현상을 기반으로 정의될 수 있다. 측정 대상이나 목적에 따라 여러 종류의 방사선 단위가 정의되어 사용되며, 이는 방사선장의 세기나 특정 영역을 통과하는 방사선의 총량을 나타내는 데 사용된다.

3. 2. 1. 입자 플루언스

특정 지점이나 영역을 통과하는 단위 면적당 방사선 입자의 수를 의미한다. '입자 플루언스 율'이라고 하는 경우는 단위 시간당 입자 플루언스를 나타낸다.

3. 2. 2. 조사선량

조사선량은 방사선이 물질, 특히 공기를 통과하면서 이온화 작용을 통해 생성하는 전하의 양을 기준으로 삼는 개념이다. 과거에는 뢴트겐(R)이라는 단위를 주로 사용했다. 1 뢴트겐은 표준 상태(0°C, 760 mmHg)의 건조 공기 1 세제곱센티미터(cm³)에서 1 esu의 전하를 생성하는 방사선의 양으로 정의되었다.

SI 단위계에서는 조사선량의 단위로 쿨롬 매 킬로그램(C/kg)을 사용한다. 1 뢴트겐은 약 2.58×10^-4 C/kg에 해당한다. 그러나 이 단위는 직관적으로 그 크기를 가늠하기 어려워 현재는 잘 사용되지 않는 경향이 있다.

조사선량은 공기에 대한 흡수선량과 물리적으로 유사한 의미를 지닌다. 흡수선량의 단위인 그레이(Gy)와의 관계는 대략 1 R ≈ 8.7 m Gy이다. 예를 들어, 우리가 일상적으로 접하는 자연 감마선의 선량률은 시간당 수 μR/시 수준인데, 이를 그레이 단위로 환산하면 시간당 수십 n Gy/시 정도가 된다.

3. 2. 3. 흡수선량

어떤 장소에서 특정 물질이 흡수한 방사선 에너지의 양을 의미한다. 과거에는 방사선이 물질 1g을 통과할 때 100 erg의 에너지가 흡수되는 것을 1 rad(라드)라는 단위로 표시했다. 현재는 그레이(Gy) 단위를 사용하며, 1 Gy는 100 rad에 해당한다.

3. 2. 4. 등가선량

신체의 특정 부위나 장기(예: 위)가 받는 흡수선량에 방사선의 종류와 에너지를 고려한 선질계수(QF)를 곱한 값을 선량당량이라고 한다. 선량당량은 해당 장기에 대한 방사선의 생물학적 영향을 나타내는 지표로, 방사선 방호 분야에서 사용되는 개념이다. 단위로는 렘(rem, 구 단위계)과 시버트(Sv, SI 단위계)를 사용하며, 1 Sv는 100 rem에 해당한다.

실효선량당량(HE)은 몸 안의 모든 장기(i) 각각에 대해 방사선 민감도와 암 발생 위험도를 고려한 가중계수(Wi)를 곱한 뒤 모두 합한 값(HE = ∑(Di × Wi), 여기서 Di는 장기선량)이다. 이는 신체 전체가 받는 방사선 영향을 나타내는 지표로 사용된다. 최근에는 이를 실효선량이라고 부르며, 정의는 실효선량당량과 거의 같다.

3. 2. 5. 유효선량

신체의 특정 부위나 장기(예를 들면 위)가 받는 흡수선량에 방사선의 종류와 에너지를 고려하여 결정한 선질계수(QF)를 곱한 양을 선량당량이라고 한다. 이는 특정 장기에 대한 방사선의 생물학적 영향을 나타내는 지표로서 방사선 방호 분야에서 사용되는 개념이다. 단위로는 과거에 rem(렘)을 사용했으나 현재는 주로 Sv(시버트)를 사용하며, 1 Sv는 100 rem과 같다.
유효선량은 인체 내 모든 장기 i에 대해 방사선에 대한 민감도와 암 발생 위험 등을 고려한 가중계수(Wi)를 정해두고, 각 장기의 선량당량(Di)에 가중계수(Wi)를 곱한 값들을 모두 합하여(HE = ∑Di × Wi) 계산한다. 과거에는 실효선량당량 또는 실효선량으로 불리기도 했으나 현재는 유효선량이라는 용어가 주로 사용되며, 정의는 거의 같다. 이는 신체 전체가 받는 방사선 영향을 나타내는 양으로, 인체 각 조직의 방사선 감수성을 고려하여 전신 피폭의 위험도를 종합적으로 평가하는 데 사용된다. 유효선량 역시 주로 시버트(Sv) 단위로 표현한다.

4. 방사선이 인체에 미치는 영향

인체의 세포가 방사선에 의해 에너지를 받으면 DNA 구조 변형이 일어날 수 있다. 방사선이 전달하는 에너지 양에 따라 세포가 사멸하거나 돌연변이 상태로 생존하여 암 또는 유전적 이상으로 이어질 수 있다. 그러나 피폭량이 적으면 세포의 자체 복구 시스템으로 인해 이상이 나타나지 않을 수도 있다^[27]^[28].

방사선이 인체에 미치는 영향은 크게 결정론적 영향과 확률론적 영향으로 구분할 수 있다.

특정 조건에서 이온화 방사선은 생물체를 손상시켜 암이나 유전적 손상을 일으킬 수 있다.^[5] 비이온화 방사선 또한 특정 조건에서는 화상과 같은 손상을 줄 수 있다. 2011년 세계보건기구(WHO) 산하 국제암연구소(IARC)는 라디오파 전자기장(마이크로파 및 밀리미터파 포함)을 인간에게 발암 가능성이 있는 그룹(Group 2B)으로 분류했다.^[20]

아헨 공과대학교(RWTH Aachen University)의 EMF-포털 웹사이트는 전자기 방사선의 영향에 대한 방대한 과학 연구 데이터베이스를 제공한다.^[21]

4. 1. 결정론적 영향

세포의 수가 단기간에 대량으로 죽으면 세포는 제 기능을 잃게 된다. 일정 수준 이상의 방사선량(500 mSv)에 노출되면 예외 없이 누구에게나 결정적인 건강 이상이 발생하는데, 이를 결정론적 영향이라고 한다. 세포 사멸이 일어나 건강 이상이 나타나기 시작하는 최소 방사선량을 문턱 선량(또는 임계 선량)이라고 부른다. 문턱 선량 이상에서는 피폭된 방사선량의 크기에 비례하여 세포 사멸이 증가한다. 알려진 문턱 선량 중 가장 낮은 값은 500 mSv이다.^[29]

4. 2. 확률론적 영향

세포가 죽지 않고 돌연변이 형태로 살아남아 증식하는 경우가 있다. 이 돌연변이 세포는 백혈병과 같은 암으로 발전하거나, 생식세포의 돌연변이를 통해 자손에게 유전적 결함을 물려줄 수도 있다. 피폭된 사람의 나이나 성별 같은 여러 요인에 따라 돌연변이 세포가 어떻게 변할지는 달라질 수 있다. 초기 돌연변이 상태에 따라 세포의 유전 과정이 확률적으로 암 발생으로 이어지게 된다. 특히 100 mSv 이상의 방사선에 피폭될 경우, 암 발생 확률은 피폭된 방사선량에 비례하여 증가하는 경향을 보인다^[30].

4. 3. 저선량 방사선의 영향

100 mSv 이하의 저선량 방사선 영역에서는 방사선의 위해성이 뚜렷하게 관측되지 않는다는 연구 결과와, 오히려 암 발생률이 증가한다는 상반된 연구 결과가 공존하며 논란이 있다.

일부 연구는 저선량 방사선 노출이 해롭지 않거나 심지어 긍정적인 영향을 줄 수 있다고 시사한다. 예를 들어, 일본 원자폭탄 피해 생존자를 대상으로 한 연구에서는 저선량에 노출된 사람들의 평균 수명이 일본인 평균 수명보다 길다는 결과가 나왔다. 또한, 고형암(Solid cancer)으로 인한 사망률 역시 일본 평균보다 원폭 생존자 및 낙진 노출자 집단에서 더 낮게 나타났다.^[31] 라돈의 경우, 50~200 Bq/m³ 농도에 노출된 집단이 그 이하 또는 그 이상 농도에 노출된 집단보다 폐암 발생 확률이 낮다는 연구도 있다.^[32] 1950년대 네바다 등 미국 12개 주에서 핵실험으로 인해 평균 이상의 방사선에 노출되었던 주민들의 폐암 발생률이 다른 지역 주민들보다 낮았다는 보고도 있으며,^[33] 원자력 발전소 근무자들의 평균 수명이 일반인보다 길다는 통계도 저선량 방사선의 긍정적 영향을 시사하는 근거로 제시되기도 한다.^[34] 이러한 현상을 설명하는 이론 중 하나로 호르메시스 가설이 있는데, 이는 저선량의 방사선이 DNA 복구 메커니즘과 같은 생체 방어 시스템을 자극할 수 있다는 가능성을 제기한다.^[17]^[18]^[19]

하지만 저선량 방사선이라도 건강에 해로울 수 있다는 연구 결과 또한 존재한다. 1944년부터 미국, 영국, 프랑스 3개국의 원자력 산업 종사자 30만 명 중 사망자 10만 명의 사망 원인을 70여 년간 추적한 대규모 연구에서는, 누적 흡수선량 20 mGy 이하의 비교적 낮은 방사선 노출로도 고형암 사망 위험이 Gy당 130% 증가한다는 결과가 발표되어 저선량 방사선의 위험성을 경고하기도 했다.^[35]

모든 종류의 방사선이 동일하게 위험한 것은 아니라는 점은 유의해야 한다.^[11]^[12]^[13] 예를 들어, 바나나에는 자연적으로 방사성 동위 원소인 칼륨-40(⁴⁰K)이 포함되어 있어 이온화 방사선을 방출하지만, 이 수준은 방사선 중독을 일으키기에는 매우 낮으며, 바나나 섭취로 인한 방사선량은 체내에서 누적되지 않으므로 건강상 위험은 없다.^[14]^[15]^[16] 지구상에는 자연 방사선이 널리 존재하며, 인간은 이러한 환경에 적응해왔다. 그러나 어떤 종류의 방사선이든 충분히 높은 수준에 도달하면 결국 치명적이라는 사실은 변함없다.^[17]^[18]^[19]

4. 4. 방사능 오염과 조사의 구분

방사선에 피폭되는 형태에는 오염( contamination^영어 )과 조사( irradiation^영어 )가 있다.

4. 4. 1. 방사능 오염

방사능 오염은 먼지나 액체 등 방사성을 띤 물질과 접촉하여 오염된 상태를 말한다. 이는 크게 외부 오염(external contamination|^eng)과 내부 오염(internal contamination|^eng)으로 나눌 수 있다.
외부 오염은 방사성 물질이 피부나 옷에 묻은 경우를 의미한다. 반면, 내부 오염은 방사성 물질을 섭취하거나 흡입, 또는 피부를 통해 체내로 흡수된 상태를 말한다. 체내에 들어온 방사성 물질은 갑상선이나 골수 등 다양한 조직으로 이동할 수 있으며, 해당 물질이 체외로 배출되거나 방사능이 소멸될 때까지 지속적으로 방사선을 방출한다. 내부 오염은 외부 오염에 비해 제거하기가 훨씬 어렵다.

내부 오염을 일으킬 수 있는 방사성 핵종(radionuclide)은 여러 종류가 존재하지만, 역사적으로 인체에 심각한 위험을 초래했던 주요 핵종들은 다음과 같다.

핵종	기호	질량수
수소-3	³H	3
코발트-60	⁶⁰Co	60
스트론튬-90	⁹⁰Sr	90
세슘-137	¹³⁷Cs	137
아이오딘-131	¹³¹I	131
라듐-226	²²⁶Ra	226
우라늄-235	²³⁵U	235
우라늄-238	²³⁸U	238
플루토늄-238	²³⁸Pu	238
플루토늄-239	²³⁹Pu	239
폴로늄-210	²¹⁰Po	210
아메리슘-241	²⁴¹Am	241

방사성 물질이 체내로 흡수되는 것을 막기 위해서는 오염 발생 즉시 제거하는 것이 중요하다. 오염된 피부는 다량의 비누와 물을 사용하여 문질러 씻어내야 한다. 만약 방사성 물질에 의해 작은 상처가 생겼다면, 모든 방사성 입자가 제거될 수 있도록 강하게 세척해야 한다. 오염된 머리카락의 경우, 면도는 피부를 손상시켜 오염물질의 침투를 유발할 수 있으므로 피하고, 대신 짧게 잘라내는 것이 안전하다.

4. 4. 2. 조사

방사선에 노출되는 상황에서, 그 원인이 방사성 물질이 아닌 경우를 조사(照射, irradiation)라고 한다. 조사는 외부의 방사선원(source|소스^eng), 예를 들어 X선 장비 등에서 나오는 방사선에 쬐는 것을 의미한다. 방사선원이 사라지거나 작동을 멈추면 방사선 노출도 즉시 중단된다.

온몸에 걸쳐 많은 양의 방사선이 조사되면 전신적인 증상이나 급성 방사선 증후군이 나타날 수 있다. 몸의 특정 부위에만 방사선이 조사되면 해당 부위에 국소적인 증상이 나타날 수 있다.

방사선에 조사된 사람 자체는 방사선을 방출하지 않는다. 이는 햇빛을 쬔 사람이 스스로 빛을 내지 않는 것과 같은 원리이다.

4. 5. 방사선 피폭 후 증상

방사선 피폭은 세포에 손상을 주어 인체에 다양한 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 알파 입자는 투과력이 약해 피부 표면은 뚫지 못하지만, 방사성 동위원소를 흡입하거나 섭취하여 몸 안으로 들어올 경우 내부 세포에 심각한 손상을 줄 수 있다. 알파 입자는 감마선이나 X선보다 단위 에너지당 세포 손상 효과가 훨씬 크다.^[5] 또한, 중성자 방사선은 직접적으로 원자를 이온화시키지는 않지만, 원자핵에 흡수되어 원자를 불안정하게 만들거나(중성자 활성화), 원자핵과 충돌하여 화학 결합을 끊거나 고에너지 양성자를 방출시키는 방식으로 간접적인 이온화와 세포 손상을 유발할 수 있다. 이러한 세포 손상은 피폭된 방사선의 종류, 선량, 피폭 부위 등에 따라 다양한 급성 또는 만성적 증상으로 이어질 수 있다.

4. 5. 1. 급성 방사선 증후군 (ARS)

온몸 혹은 많은 부분에 과량의 방사선에 피폭되면 30일 이내에 조직이나 장기가 심한 장해를 입게 된다. 이를 급성방사선증후군(Acute Radiation Syndrome, ARS)이라고 한다. 피폭선량에 따라 다음의 급성 증후군이 나타날 수 있다.

뇌혈관 증후군 (Cerebrovascular syndrome)
위장관 증후군 (GI syndrome)
조혈기 증후군 (Hematopoietic syndrome)

이들 증후군에는 3단계가 있다. 방사선 피폭에 의한 증상의 발현과 그 진행률은 방사선 양에 달려있다. 시간 경과에 따른 증상 발현은 방사선량과 일치하기 때문에 조사된 방사선 양을 예측하는데 도움이 된다.

1. 전구단계 (Prodromal phase): 피폭 후 0일에서 2일에 해당한다. 무기력하고 위장관 증후군(메스꺼움, 식욕감퇴, 구토, 설사)이 발생할 수 있다.

2. 잠복성 무증상 단계: 피폭 후 0일에서 31일에 해당한다. 잠복성 무증상 단계가 나타나는 이유는 현재 몸 안에서 활동하는 세포들의 수명이 다할 때까지는 몸의 기능이 정상적으로 동작하기 때문이다. 그러나 과다한 방사선에 노출된 사람은 새로운 세포가 만들어지는 조직이 파괴되어 수명이 다된 세포들을 대체할 수 없어 각종 증상이 나타나는데 그것이 피폭 후 약 한 달 후이다.

3. 뚜렷한 전신적 질환 단계: 피폭된 주 조직에 따라 질환이 분류된다.

4. 5. 2. 신체 국소 부위 피폭 시 나타나는 병변

'''심장과 혈관'''
* 가슴 통증, 방사선 심낭염, 방사선 심근염
'''피부'''

피부 피폭 선량별 증상
선량 (Gy)	증상	발현 시기 (피폭 후)
3 이상	탈모	2-3주 내
6 이상	부분 홍반	-
8–15	건조표피탈락	3–4주 내
15–20	습성표피탈락	3–4주 내
15–25	물집 형성	2–3주 내
20 이상	궤양	2–3주 내
25 이상	괴사	3주 이상

'''생식선'''
* 정자형성 감소, 무월경, 성욕 감퇴
* 5–6 Gy 이상: 불임
'''머리와 목'''
* 점막염, 연하통(삼킬 때 통증), 갑상샘암
'''근육과 뼈'''
* 근질환, 골육종
'''눈'''
* 2 Gy 이상: 백내장
'''폐'''
* 방사선 폐렴
* 30 Gy 이상: 때때로 치명적인 폐섬유증
'''신장'''
* 사구체여과율(GFR) 감소, 신세뇨관 기능 감소
* 6개월에서 1년의 잠복기 후: 단백뇨, 신부전, 빈혈, 고혈압
* 5주 내 누적량이 20 Gy 이상: 방사성 섬유증, 핍뇨성 신부전
'''척추'''
* 50 Gy 이상: 척수병증
'''태아'''
* 성장 일부 제한, 선천성 기형, 선천성 대사장애, 태아 사망
* 0.1 Gy 이하: 유의한 영향 없음
* 소아암 위험이 약 6%/Gy

5. 원자력 사고의 영향

지금까지 기록된 최악의 원자력 발전소 사고는 체르노빌 사고이다. 유엔방사선영향과학위원회(UNSCEAR) 보고서(2008)와 세계보건기구(WHO) 보고서(2005)에 따르면, 체르노빌 사고로 인해 방사선에 피폭되어 사망한 사람의 수는 2005년까지 총 43명 정도로 집계되었다.^[36] 후쿠시마 사고의 경우, 일본 정부 발표에 따르면 방사선 피폭으로 인한 사망자는 후쿠시마 원전 근무자 1명이다.^[37] 이 사고의 영향은 현재까지도 계속되고 있다.^[38]

사고 발생 30년 후, 체르노빌의 고방사능 오염 지점인 프리피야티의 방사선량은 시간당 0.18 ~ 39.32 마이크로시버트(μSv/h) 수준이다. 이는 서울의 평균 방사선량인 시간당 0.11 μSv/h와 비교된다.^[39] 30년이 지난 체르노빌 지역은 한편으로는 "처참한 불모의 땅"으로 묘사되기도 하지만^[40], 다른 한편으로는 야생동물의 천국이 되었다는 시각도 존재한다.^[41] 체르노빌 사고로 인한 가장 큰 공중 보건 문제는 방사선 오염 자체보다는 사고가 남긴 정신건강에 대한 충격이라는 분석도 있다.^[42]

6. 방사선의 이용

방사선은 의학, 산업, 과학 연구 등 우리 생활과 밀접한 여러 분야에서 중요하게 활용되고 있다. 각 분야에서 방사선은 고유한 특성을 바탕으로 진단, 치료, 통신, 분석, 연대 측정 등 다양한 목적을 위해 필수적인 도구로 사용된다.

6. 1. 의학

방사선과 방사성 물질은 의학 분야에서 진단, 치료, 연구 목적으로 다양하게 활용된다. 대표적인 예로 X선 촬영이 있다. X선은 근육이나 다른 연한 조직은 비교적 잘 통과하지만, 뼈와 같이 밀도가 높은 물질은 잘 통과하지 못하는 특성이 있다. 의사들은 이러한 X선의 투과성 차이를 이용하여 뼈의 골절 여부를 확인하거나, 몸속에서 비정상적으로 자라는 암 등을 발견하는 데 활용한다.^[7]

진단을 위해 방사선을 이용하는 또 다른 방법으로는 방사성 동위원소를 이용한 검사가 있다. 특정 방사성 물질을 환자에게 주입한 후, 이 물질이 몸속을 이동하면서 방출하는 방사선을 외부에서 추적하여 특정 질병의 유무나 상태를 진단하는 방식이다.^[8]

암 치료와 같이 치료 목적으로 사용되는 방사선은 이온화 방사선에 해당한다. 이온화 방사선은 인체 조직을 통과할 때 원자에서 전자를 떼어내 이온을 만드는 성질을 가지고 있다. 이 과정에서 세포를 직접 파괴하거나 세포의 유전자를 변형시켜 더 이상 성장하지 못하게 함으로써 암세포를 제거하거나 증식을 억제하는 효과를 얻는다.^[9]

한편, 라디오파, 마이크로파, 빛과 같은 다른 종류의 방사선은 비이온화 방사선으로 분류된다. 비이온화 방사선은 이온화 방사선에 비해 에너지가 낮아서 세포를 이온화시킬 정도의 능력을 갖지 않는다.^[9]

6. 2. 산업

현대의 모든 통신 시스템은 전자기 방사선의 형태를 사용한다. 방사선의 세기 변화는 전송되는 음성, 영상 또는 기타 정보의 변화를 나타낸다. 예를 들어, 사람의 목소리는 전파 또는 마이크로파를 이용하여 음성의 변화에 따라 파동을 변화시킴으로써 전송될 수 있다.

마이크로파는 파장이 1mm에서 1m에 이르는 전자기파로, 이는 300MHz에서 300GHz의 주파수 범위에 해당한다. 이 광범위한 정의에는 초고주파(UHF)와 밀리미터파(EHF)가 모두 포함되지만, 다양한 출처에서 서로 다른 한계를 사용하기도 한다.^[5] 어떤 경우든 마이크로파는 최소한 초고주파(SHF) 대역(3~30 GHz 또는 10cm~1cm) 전체를 포함하며, RF 공학에서는 종종 하한을 1 GHz(30cm), 상한을 100 GHz(3mm)로 설정한다.

한편, 음악가들은 감마선 음향화, 즉 핵 방사선을 이용하여 소리와 음악을 생성하는 실험을 하기도 했다.^[10]

6. 3. 과학

연구자들은 방사성 원자를 이용하여 과거 생명체의 일부였던 물질의 연대를 측정한다. 이러한 물질의 연대는 방사성 탄소의 양을 측정하는 방사성탄소연대측정법을 통해 추정할 수 있다. 마찬가지로, 다른 방사성 원소들을 사용하여 암석이나 다른 지질학적 특징, 심지어 일부 인공물의 연대도 결정할 수 있는데, 이를 방사성 동위원소 연대 측정법이라고 부른다. 환경 과학 분야에서는 추적자 원자로 알려진 방사성 원자를 사용하여 오염 물질이 환경 속에서 이동하는 경로를 파악하기도 한다.

또한, 방사선은 중성자 방사화 분석법이라는 과정을 통해 물질의 구성을 알아내는 데 사용된다. 이 과정에서 과학자들은 중성자라는 입자를 물질 시료에 충돌시킨다. 시료 안의 일부 원자들은 중성자를 흡수하여 방사성을 띠게 되는데, 이때 방출되는 방사선을 분석하여 시료를 구성하는 원소들을 확인할 수 있다.

7. 환경 방사능

AGM2015: 지구 지각과 맨틀의 자연 방사성 붕괴인 238U와 232Th에서 방출되는 지오뉴트리노와 전 세계 원자력 발전소에서 방출되는 인공 반응로-v̄_e를 결합한 전 세계 v̄_e 플럭스 지도.

지구에는 자연 방사선과 인공 방사선 등 다양한 방사선원이 존재한다. 자연 방사선은 태양, 지구 자체 또는 우주선에서 나올 수 있다.

참조

_[1] 웹사이트 Radiation http://scienceworld.[...] Wolfram Research 2014-01-11
_[2] 웹사이트 Radiation http://www.thefreedi[...] Farlex, Inc. 2014-01-11
_[3] 웹사이트 The Electromagnetic Spectrum https://www.cdc.gov/[...] Centers for Disease Control and Prevention 2015-12-07
_[4] 웹사이트 ICRP Publication 103 The 2007 Recommendations of the International Commission on Protection http://www.icrp.org/[...] ICRP 2013-12-12
_[5] 저널 Non-Ionizing Radiations – Sources, Biological Effects, Emissions and Exposures https://www.who.int/[...] 2003-10-22
_[6] 웹사이트 Static Electric and Magnetic Fields and Human Health http://www.mcw.edu/g[...]
_[7] 문서 Radiography
_[8] 문서 Nuclear medicine
_[9] 서적 Cancer Sourcebook Omnigraphics 2007
_[10] 웹사이트 Making Nuclear Music https://alum.mit.edu[...] Slice of MIT 2018-08-29
_[11] 웹사이트 The Most Common Medical Radiation Myths Dispelled https://www.ahu.edu/[...] 2022-11-05
_[12] 웹사이트 Are bananas really 'radioactive'? An expert clears up common misunderstandings about radiation http://theconversati[...] 2022-11-06
_[13] Youtube The Dose Makes the Poison (1/2) https://www.youtube.[...] 2009-10-15
_[13] Youtube The Dose Makes the Poison (2/2) https://www.youtube.[...] 2010-11-22
_[14] 서적 Environmental radioactivity: from natural, industrial, and military sources https://books.google[...] Academic Press
_[15] 간행물 Federal Guidance Report 13 https://www.epa.gov/[...] U. S. Environmental Protection Agency 1999
_[16] 웹사이트 Bananas are radioactive—But they aren't a good way to explain radiation exposure http://boingboing.ne[...] 2010-08-27
_[17] 서적 Radiation Hormesis and the Linear-No-Threshold Assumption https://archive.org/[...] Springer 2010
_[18] 저널 Low-dose radiation from A-bombs elongated lifespan and reduced cancer mortality relative to un-irradiated individuals https://genesenviron[...] 2018
_[19] 간행물 The Dose Makes the Poison--Or Does It? http://www.actionbio[...] Bioscience 2005
_[20] 보도자료 IARC Classifies Radiofrequency Electromagnetic Fields As Possibly Carcinogenic To Humans http://www.iarc.fr/e[...] The WHO/International Agency for Research on Cancer (IARC) 2011-05-31
_[21] 웹사이트 EMF-Portal https://www.emf-port[...] 2019-07-12
_[22] 웹사이트 放射(ほうしゃ)とは https://kotobank.jp/[...] 2020-06-22
_[23] 서적 無線工学必携三省堂出版 1956-01-25
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_[31] 저널 Low-dose radiation from A-bombs elongated lifespan and reduced cancer mortality relative to un-irradiated individuals https://doi.org/10.1[...] 2018-12-19
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_[41] 뉴스 [체르노빌 30년] 그곳은 야생동물의 천국이다 https://www.huffingt[...] 2018-08-08
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