방사능 유용할까? 위험할까? 양날의 검 방사능의 발견과 사용

방사능이란?

방사선이라는 용어를 몰라도 대부분은 엑스레이 촬영의 개념을 알고 있을 것입니다. 엑스레이가 바로 방사선의 한 형태입니다. 현재는 방사선을 활용하여 몸 속의 병을 진단하거나 해로운 세포를 제거하여 치료하는 등의 용도로 사용되고 있습니다. 그러나 방사선은 항상 유익한 용도로만 활용되는 것은 아닙니다. 방사선을 방출하는 물질로 만들어진 원자폭탄은 수많은 인명 피해를 불러왔습니다. 

 

방사능은 불안정한 원자핵이 안정된 원자핵으로 변하면서 높은 에너지를 지니고 있는 소립자들을 방출하는 특성이나 능력을 가리킵니다. 이 과정에서 방출되는 고에너지 소립자들을 방사선이라 하며, 알파(α), 베타(β), 감마(γ)로 순서대로 명명되었습니다. 원소의 종류는 양성자의 개수인 원자번호에 의해 결정되며, 동일한 원소라 할지라도 중성자 개수에 따라 다양한 동위원소가 존재합니다. 이 중 방사선을 방출하는 원자핵을 방사성동위원소라 부릅니다.

알파선은 알파입자의 흐름을 말합니다. 매우 불안정한 방사성동위원소는 붕괴 과정에서 알파입자를 방출합니다. 알파입자는 2개의 양성자와 2개의 중성자로 이루어진 헬륨원자핵입니다. 그 속도가 느리고 질량이 크기 때문에 다른 입자들과 부딪혀 에너지를 빨리 소비합니다. 이로 인해 얇은 종이 한 장이나 약 5cm 정도의 공기층으로도 알파입자를 차단할 수 있습니다.

베타선은 베타입자의 흐름을 나타냅니다. 베타입자는 중성자가 양성자로 붕괴하는 과정에서 방출되는 전자입니다. 베타입자는 매우 가볍고 속도가 빠르기 때문에 에너지 손실 확률이 낮습니다. 이에따라 알루미늄 판 정도의 물질로 차단할 수 있습니다.

감마선은 감마입자의 흐름, 즉 빛을 의미합니다. 감마입자는 안정된 상태로 붕괴하는 과정에서 방출되는 높은 에너지의 광자입니다. 감마입자는 전하를 가지지 않아 투과율이 높아 납이나 콘크리트와 같이 밀도가 높은 물질을 두껍게 통과해야만 막을 수 있습니다.

 

 

 

 

방사능의 발견

 

1896년, 프랑스의 물리학자 앙리 베크렐(앙투안 베크렐, Antoine Henri Becquerel, 1852~1908)은 우연히 서랍 속에서 사진 건판을 꺼냈습니다. 그런데 놀랍게도, 검은 종이로 잘 덮여 있었음에도 불구하고 건판의 표면에는 어떤 무언가에 노출되어 느릿하게 검게 변한 부분이 보였습니다. (이러한 사진 건판은 현대의 카메라 필름과 유사한데, 빛을 받은 부분이 화학적 반응으로 검게 변화합니다.) 한 번의 우연한 사건이었다면 이상한 현상을 잘못 이해한 것일 수도 있었겠지만, 베크렐은 놀라운 일이 벌어지는 것을 계속해서 관찰했습니다. 같은 형태의 검은 무늬가 여러 번 나타나는 것이었죠. 그 결과, 사진 건판이 무언가에 의해 영향을 받아 검게 변하는 현상을 발견하게 되었습니다.

베크렐이 이러한 현상의 원인을 규명하기 위해 실험실을 조사해본 결과, 건판이 놓여있던 곳에는 우라늄 광석이 있었습니다. 이러한 연구 끝에, 우라늄 광석이 발하는 무언가가 건판의 변화를 일으키는 원인이라는 것을 밝혀내었습니다. 그 후, 게르하르트 슈미트(Gerhard Carl Schmidt, 18651949)와 마리 퀴리(Marie Curie, 18671934)는 토륨 광석도 우라늄 광석과 비슷한 성질을 가진다는 것을 확인했습니다.

마리 퀴리는 이러한 발견을 기반으로, 건판의 검게 변하는 원인이 보이지 않는 어떤 물질에서 나오는 방출 현상이라고 판단했습니다. 그녀는 이러한 물질이 방출하는 성질을 '방사능(Radioactivity)'이라는 용어로 명명하였습니다. 이로써 방사능의 개념이 처음으로 탄생하게 되었습니다.

 

 

방사능의 사용 (방사능이 유용할까? 위험할까?)

강력한 라듐 원소의 붕괴로 생성되는 라돈 가스는 예전에는 머리카락을 염색하는 데에 사용되기도 했습니다. 또한 라듐이 정신 장애를 치료하거나 생체 리듬을 촉진한다는 근거 없는 소문까지 있었습니다. 이러한 오해와 잘못된 사용으로 많은 사람들이 방사능에 노출되었으며, 결과적으로 죽음을 맞이하게 되었습니다. 방사능의 발견자였던 마리 퀴리 부인 역시 방사선으로 인한 악성 빈혈로 세상을 떠났습니다.

마리 퀴리 부인은 방사선이 물리학과 화학뿐만 아니라 의학 분야에서도 유용하게 활용될 수 있도록 노력했습니다. 그녀는 방사선이 인류에 악영향을 줄 수 있는 잘못된 사용을 경계했습니다. 그러나 그녀의 경고와 노력에도 불구하고 제2차 세계대전 중, 미국은 일본에 원자폭탄을 투하하였습니다. 원자폭탄의 엄청난 폭발과 함께 방사능 물질이 퍼져나와 많은 사람들이 희생되었습니다. 이 사건 이후 방사능은 사람들에게 두려움을 불러일으키는 대상으로 여겨지기 시작했습니다.

하지만, 우리 주변에는 적은 양이지만 다양한 방사성 동위원소가 존재합니다. 광석, 음식물, 건물 등 일상 생활 속에서 우리는 방사능을 띤 물질을 자주 마주하며, 심지어 우주에서도 다양한 우주 방사선이 존재합니다. 이러한 방사선을 자연 방사선이라고 합니다. 우리는 이 순간에도 자연 방사선에 노출되어 있으며 이를 피할 수 없습니다. 

 

인공적으로 만들어진 방사선인 인공 방사선은 우리가 효과적으로 활용하기 위해 만들어진 것입니다. 우리는 자연 방사선에 이미 적응하여 오랜 기간 동안 살아왔기 때문에, 인공 방사선을 우리의 일상에서 사용하면서도 안전하게 관리할 수 있습니다. 방사선은 높은 에너지를 가지고 있기 때문에 투과성과 파괴력이 뛰어납니다. 이러한 특성을 이용한 예를 들면, 높은 에너지의 전자가 충돌할 때 발생하는 X선과  방사능 입자의 파괴력을 이용하여 기존의 치료 방법으로는 제거할 수 없었던 암 세포를 효과적으로 제거하는 치료 방법이 있습니다.

이 외에도 방사선은 다양한 분야에서 유용하게 활용되고 있습니다. 물질을 통과한 방사선의 세기 변화를 측정하여 물질의 두께나 밀도를 알 수 있습니다. 이를 통해 제품의 두께를 조절하거나 기계의 결함을 찾는 데에도 사용됩니다. 또한 초대형 가속기 실험을 통해 우주의 기원을 밝히는 연구도 방사선 없이는 불가능합니다. 방사능의 발견은 우주의 기원에 대한 핵 및 입자 물리 연구를 가능하게 했습니다.

우리는 방사능을 공포의 대상으로만 보거나 군사적 목적으로만 사용하는 것이 아니라, 지혜롭게 활용하여 미래를 위해 긍정적으로 발전시켜야 합니다.