붕괴 생성물
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1. 개요
붕괴 생성물은 방사성 붕괴 과정에서 생성되는 원자핵을 의미한다. 대부분의 붕괴 생성물은 방사성을 띠며, 방사성 물질은 안정 동위 원소가 될 때까지 붕괴를 반복하는데, 이러한 일련의 과정을 붕괴 계열이라고 한다. 붕괴 생성물은 원래 핵종보다 더 강한 방사성을 가질 수 있으며, 붕괴 생성물의 종류와 양을 통해 물질의 종류나 양을 추정하거나 방사능 오염 수준을 측정하는 데 활용된다. 라돈과 트론은 우라늄과 토륨의 붕괴로 생성되는 방사성 비활성 기체로, 실내 축적 시 건강 문제를 일으킬 수 있어 관련 기준이 마련되어 있다. 붕괴 생성물은 방사성 폐기물 관리, 방사능 오염 측정, 방사성 연대 측정 등 다양한 분야에서 활용된다.
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| 붕괴 생성물 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 정의 | 방사성 붕괴 후 생성되는 핵종이다. |
| 모핵종 | 방사성 붕괴를 통해 붕괴 생성물을 만드는 핵종이다. |
| 안정성 | 붕괴 생성물은 안정하거나 그 자체가 방사성을 띨 수 있으며, 추가적인 붕괴를 거쳐 다른 붕괴 생성물을 생성할 수 있다. |
| 붕괴 사슬 | |
| 예시 | 238]]이 붕괴하여 토륨-234가 되는 경우, 토륨-234는 붕괴 생성물이다. 234는 다시 붕괴하여 다른 붕괴 생성물을 생성한다. |
| 방사성 연대 측정 | 일부 방사성 붕괴 사슬에서 특정 붕괴 생성물의 존재량은 모핵종의 양과 함께 사용하여 샘플의 연대를 측정하는 데 사용된다. |
| 같이 보기 | |
| 관련 항목 | 방사성 붕괴 모핵종 붕괴 사슬 방사성 연대 측정 |
2. 붕괴 생성물과 방사성 붕괴
붕괴 생성물은 방사성 붕괴나 방사성 폐기물 취급을 고려할 때 매우 중요하다. 거의 모든 붕괴 생성물은 방사성 물질이다. 대부분의 방사성 핵종은 안정된 핵종이 될 때까지 붕괴를 계속한다. 예를 들어 납에는 몇 가지 동위 원소가 있는데, 그중에는 붕괴 계열이 멈추는 안정 동위 원소도 있다.
붕괴 과정 중간 단계에 있는 생성물은 원래 핵종보다 훨씬 강한 방사성을 띨 수 있어 더 위험하다. 순수한 금속 우라늄은 방사성이 강하지 않지만, 우라늄 광석인 피치블렌드는 라듐을 함유하고 있어 매우 위험하다. 라듐 자체도 위험하지만, 붕괴 계열의 다음 단계에서 생기는 라돈의 방사성은 더욱 강하다. 토륨을 첨가한 가스 램프 덮개도 처음에는 방사성이 미미하지만, 수개월 후에는 훨씬 강해진다.
우라늄-238과 토륨-232는 붕괴하여 각각 라돈-222와 라돈-220을 생성한다. 이들은 방사성 희귀 가스이며, 각각 '라돈', '트론'으로 불린다. 천연 우라늄 광석(및 라듐 광석)과 토륨 광석은 라돈 가스를 계속 생성한다. 라돈 가스는 야외에서 화학 반응을 하지 않고 대기 중으로 확산되어 붕괴하고 안정 핵으로 변한다.
그러나 주택 아래 바닥, 콘크리트 골재용 모래, 아스팔트 포장 노반용 자갈 등에 포함된 우라늄(및 라듐)과 토륨이 붕괴하면, 건물 공기에 라돈 가스가 축적된다. 특히 환기가 잘 안 되는 지하 갱도나 고기밀 주택에서는 문제가 될 정도의 농도까지 높아질 수 있다.[3]
국제 방사선 방어 위원회(ICRP)의 2007년 권고에 따르면, 기존 건축물은 200Bq/m3 초과 시 대책을 강구하고, 신축 건물은 100Bq/m3을 넘지 않도록 해야 한다. 현재 평균 연간 피폭 선량 2.4mSv 중 라돈에 의한 피폭은 1.2mSv를 차지한다.
방사성 물질의 원자가 언제 붕괴할지는 예측할 수 없지만, 어떤 붕괴 생성물이 생길지는 예측 가능하다. 따라서 붕괴 생성물은 핵 관련 시설 내외부의 방사능 오염 수준 측정, 매장 문화재, 해저 유물, 고대 화석의 방사성 연대 측정 등에 활용된다.
2. 1. 붕괴 계열
방사성 물질은 직접 안정 물질로 붕괴하는 것이 아니라, 안정 동위 원소가 될 때까지 붕괴를 반복한다. 이러한 일련의 붕괴를 '''붕괴 계열'''이라고 한다.일반적으로 방사성 붕괴의 붕괴 모드에는 알파 붕괴, 베타 마이너스 붕괴, 베타 플러스 붕괴의 3가지 종류가 있다. 이 중 알파 붕괴만이 질량수를 4 감소시킨다. 따라서 어떤 붕괴가 일어나도 질량수를 4로 나눈 나머지는 같으며, 모든 핵종은 4개로 분류된다. 어떤 붕괴 계열에 속하는 핵종은 같은 계열의 어떤 핵종에서 생성된 것이다.
자연 상태에서는 주로 우라늄 계열, 토륨 계열, 악티늄 계열의 3가지 붕괴 계열이 관찰된다. 이들은 각각 다른 납의 안정 동위 원소가 되어 붕괴가 끝난다.
이 외에 황38 등, 더 짧은 붕괴 계열도 많이 존재한다.
3. 라돈과 트론
우라늄-238과 토륨-232의 붕괴에 의해 각각 라돈-222(라돈)와 라돈-220(트론)이 생성된다. 이들은 모두 방사성 비활성 기체이다. 라돈과 트론은 천연 우라늄 광석(및 그 붕괴 생성물인 라듐 광석)과 토륨 광석에서 지속적으로 생성된다. 야외에서는 라돈 가스가 화학 반응을 일으키지 않고 대기 중으로 확산되어 결국 붕괴하여 안정된 핵으로 변한다.[3]
3. 1. 실내 라돈 농도와 건강 문제
건물, 특히 주택 아래 지면이나 콘크리트, 아스팔트 등 건축 자재에 포함된 우라늄, 라듐, 토륨이 붕괴하면서 실내 공기 중에 라돈 가스가 축적될 수 있다.[3] 특히 환기가 부족한 지하 공간, 갱도, 고기밀 주택 등에서는 라돈 농도가 높아져 건강에 문제를 일으킬 수 있다.[3] 라돈은 폐암 발병의 주요 원인 중 하나로 알려져 있다.국제 방사선 방호 위원회(ICRP)의 2007년 권고에서는 이미 지어진 건축물에 대해서는 200Bq/m3을 초과하는 경우 대책을 강구해야 한다고 권고하고 있다. 또한 신축 건물은 100Bq/m3을 넘지 않도록 해야 한다고 하고 있다.
현재 평균 연간 피폭 선량 2.4mSv/년 중 라돈에 의한 피폭은 1.2mSv/년을 차지하고 있다.
3. 2. 국제적 권고 및 한국의 관리 현황
국제 방사선 방호 위원회(ICRP)는 2007년 권고에서, 이미 지어진 건축물에 대해서는 200Bq/m3을 초과하는 경우에는 대책을 강구해야 한다고 권고하고 있다.[3] 또한, 신축 건물은 100Bq/m3을 넘지 않도록 해야 한다고 권고한다.[3]4. 붕괴 생성물의 활용
붕괴 생성물은 핵 관련 시설 내부나 주변의 방사능 오염 수준을 측정하고, 매장 문화재, 해저 유물, 고대 화석 등의 방사성 연대 측정에 사용된다.
4. 1. 방사능 오염 측정
붕괴 생성물은 핵 관련 시설 내부나 주변의 방사능 오염 수준을 측정하는 데 사용된다. 어떤 붕괴 생성물이 생길지는 예측할 수 있기 때문이다.4. 2. 방사성 연대 측정
방사성 물질의 특정 원자가 언제 붕괴할지는 예측할 수 없지만, 어떤 붕괴 생성물이 생길지는 예측할 수 있다. 이 때문에 붕괴 생성물은 원래 물질의 양이나 종류를 파악하는 데 유용하며, 핵 관련 시설 내부나 주변의 방사능 오염 수준을 측정하는 데 사용된다. 또한 매장 문화재, 해저 유물, 고대 화석 등의 방사성 연대 측정에도 활용되고 있다.참조
[1]
웹사이트
Glossary of Volume 7
http://www.gulflink.[...]
2017-01-03
[2]
논문
The Discovery of Radioactivity and Radium
http://smj.sma.org.s[...]
1996
[3]
웹인용
라돈 방사선피폭으로부터 방호
https://atomic.snu.a[...]
서울대 원자력정책센터
2020-05-23
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