양날의 검, 방사선

May 13, 2022May 20, 2022 김 민서

[객원 에디터 3기/문시연 기자] 방사선이란 단어 자체는 우리에게 경계심을 주기도 하지만 막상 방사능은 우리 일상생활에서 흔히 접할 수 있다. 주변에서 흔히 발견할 수 있는 벽이나 건물 등 우리가 무의식적으로 소량의 방사능을 접하게 된다. 또 예를 들어 병원에 가면 촬영하는 엑스레이 사진도 방사선을 이용한 것이다. 겉으로는 알 수 없는 신체의 내부를 방사선을 통해 몸 어디에 문제가 있는지도 정확히 알 수 있다. 그러나 우리가 두려움을 느끼는 것처럼 방사선이 항상 인간에게 유익한 것은 아니다. 예컨대 방사선을 통해 만들어진 원자폭탄은 수많은 인명피해를 단시간에 초래하는 무기이다. 이처럼 우리가 흔하게 접할 수 있는 방사선은 때로는 사람을 살리기도, 때로는 죽이기도 하는 양날의 검이다.

우리가 접할 수 있는 이로운 방사능의 예시는 원자력 발전소에서 찾아볼 수 있다. 원자력 발전은 증기의 힘으로 터번을 돌려서 전기를 만드는 방식이다. 이때 사용되는 연료는 바로 우라늄이다. 여기서 우라늄이 핵분열할 때 나오는 에너지로 증기를 만드는 것이다.

핵분열이란 질량이 큰 원자핵 하나가 두 개 이상의 원자핵으로 쪼개지면서 중성자를 방출하면서 생기는 거대한 에너지 방출 현상을 말한다. 여기서 핵분열의 원리는 핵자당 결합 에너지로 설명할 수 있다. 핵자당 결합 에너지는 원자핵의 결합 에너지를 질량수로 나눈 것인데 핵자당 결합 에너지가 클수록 더 원자핵이 안정된 상태라 할 수 있다. 원자핵은 안정된 상태가 되려는 성질이 있으므로 핵자당 결합 에너지가 작은 원자핵들은 핵분열을 거쳐서 핵자당 결합 에너지가 큰 상태로 된다. 결국 핵분열해서 질량수가 큰 원자핵이 질량수가 작은 원자핵이 될 때 질량이 감소하는데 이 감소한 질량은 에너지-질량 보존 법칙으로 인해 에너지로 변한다.

방사능은 방사선을 방출할 수 있는 능력을 말한다. 방사선이란 고에너지를 가진 입자의 흐름 같은 전자기파이다. 여기서 방사선은 일상생활 속 다양한 곳에 사용된다. 예를 들어 방사선은 농업에서 새로운 품종을 만들어내는 데도 사용된다. 방사선을 식물에 쪼였을 때 돌연변이 과정이 나타나는 데 이를 이용해서 품종을 개량하는 방식이다. 이 기술은 유전자 변형 기술(GMO)처럼 외래 유전자를 주입하는 방식과 달리 안전성이 입증된 기술이다.

방사능은 물질을 파괴하지 않고 내부를 관찰할 수 있는 비파괴 검사에도 이용된다. 비파괴 검사란 주로 제조 그리고 정비 분야에서 쉽게 찾아볼 수 있는데. 주로 재질, 성능, 균열 혹은 결함 등의 유무를 확인할 수 있는 방식이다. 이는 집적 해부할 필요 없이 품질의 대한 보증 또는 상태를 확인할 수 있으므로 상당히 효율적이고 효과적이다. 비파괴 검사의 예시로 방사선을 이용한 방사선 투과 검사인데 이는 비행기 날개의 내부를 들여다볼 수 있어 결함을 쉽게 발견할 수 있게 해 준다는 장점이 있다.

하지만 방사선이 늘 좋은 곳에만 사용되는 것은 아니다. 예컨대 방사선을 무기로 사용하는 핵폭탄은 인류 최악의 발명 중 하나로 대표적인 예시로는 원자폭탄이 있다. 대부분의 원자폭탄은 원료로 우라늄을 사용한다. 우라늄은 약 10~15kg을 합쳐놓으면 각각의 우라늄 핵이 스스로 쪼개지면서 터지는 성질이 있다. 여기서 핵이 쪼개질 때 핵 안에서 중성자가 튀어나온다. 그 중성자는 옆의 핵으로 가서 그 핵에서도 중성자가 빠져나오게 한다. 이러한 현상이 연쇄적으로 일어나면서 끊임없는 피폭이 일어난다. 이유는 핵은 쪼개질 때 엄청난 양의 에너지를 뿜어내기 때문이다. 핵폭탄의 폭발력은 일반폭탄과 비교도 되지 못할 정도로 크다. 예를 들어 1945년 일본 히로시마와 나가사키에 원자폭탄이 투하되어서 방사선 피폭 등으로 수많은 사람이 수많은 시간 동안 고통받았다. 또한 1986년 우크라이나 체르노빌 지역에서 원전 사고로 많은 방사성 물질이 대기 중으로 퍼지는 안타까운 사고가 발생했다. 이 사고로 2만 5,000명 이상이 목숨을 잃었다. 방사능은 자연적으로 분해되기까지 몇 년, 많게는 몇십 년이 걸린다. 그 이유로 체르노빌 지역은 아직까지 방사능 위험지로 알려져 있다.

방사선의 종류에 대해서 알면 어느 정도 피해를 최소화하는 방법도 있다. 방사선의 종류는 알파선, 베타선, 감마선 등이 있는데 여기서 감마선은 전자기파이므로 X선이나 가시광선과 비슷하다. 그러나 파장이 매우 짧고 진동수가 높아서 에너지도 매우 높다. 하지만 여기서 감마선 같은 경우 몇 m의 콘크리트나 납을 통과하지 못한다는 성질이 있다. 따라서 방사능 피폭이나 원자 폭탄을 이용한 사고 혹은 전쟁이 일어나면 납과 콘크리트로 만들어진 벙커로 피신해야 하는 이유도 이것 때문이다.

방사선은 어떻게 사용하느냐에 따라 인류에게 해가 될 수도, 유익한 존재가 될 수도 있다. 따라서 방사선을 올바르게 사용하기 위해 나라마다 정책 등을 이용하는 것이 중요하다.