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문화
방사능 - 높은 데서 낮은 곳으로[몽글이의 과학다반사]
몽글이  |  editor@catholicnews.co.kr
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승인 2017.04.18  11:07:31
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방사능(radioactivity)은 방사성 물질이 방사선을 내는 능력을 말한다. 이해하기 쉽게 정의하려고 했는데 방사성 물질 그리고 방사선과 같이 익숙하지만 조금씩 다른 용어들이 나왔다. 방사능을 이해하기 위해서는 우선 (1) 세상의 물질이 무엇으로 이루어져 있는지 그리고 (2) 가장 기본적인 원리가 무엇인지 이해해야 한다. 용어만으로 두려움이 먼저 다가오기 때문에 방사능에 대한 이해를 통해서 방사능을 제대로 볼 수 있는 기회가 되기 바란다.

(1) 물질은 기본적으로 원자로 이루어져 있다. 원자보다 더 작은 구성요소가 있지만 원자는 인간이 이용할 수 있는 구성의 최소 단위라 생각하면 좋다. 원자를 구성하는 더 작은 구성입자들이 있지만 금을 금이라 부를 수 있는 최소 단위는 원자다. 다시 말해 금 원자와 은 원자는 구별할 수 있는 가장 작은 단위다. 모든 원자는 원자핵과 원자핵을 둘러싸고 있는 전자로 이루어져 있다. 원자핵은 중성자와 양성자란 입자로 구성되는데 중성자와 양성자의 숫자에 따라서 원자핵은 금이나 은이 되는 것이다. 원자핵은 양성자 때문에 양(+)의 전하를 가지고 있어서 동일 양성자 수의 음(-)의 전자가 원자핵을 감싸고 있으면 중성 전하를 가지게 된다. 기술이 발전해 은 원자핵의 중성자 양성자 수를 조절할 수 있다면 은을 금으로 만드는 것도 가능하다는 뜻이다. 물질의 특징은 바로 원자핵 구성이 결정적이다.

   
▲ 물질은 기본적으로 원자로 이루어져 있다. (이미지 출처 = Pixabay)
(2) 방사능을 이해하기 위한 가장 기본적인 원리는 모든 물질은 안정적 상태가 되려고 한다이다. 높은 온도의 물질이 자연 상태에 놔두면 식어 가고 높은 위치에 있는 물질은 낙하하는 이유는 가지고 있는 에너지를 낮추어 안정적 상태로 가려고 하기 때문이다. 에너지를 낮추는 방법에는 여러 가지가 있다. 가지고 있는 열을 주변으로 방출하는 방법도 있고 높은 위치에서 낮은 위치로 떨어져 에너지를 낮출 수도 있다.

만약 어떤 원자가 어떤 이유에서 높은 에너지를 얻게 된다면 원자는 높은 에너지 상태가 된다. 그리고 원자는 에너지를 낮추기 위해서 에너지를 내뿜게 된다. 자연 상태에서는 안정적 상태의 물질도 있지만 에너지가 높은 상태의 물질도 있다. 폭발물은 대부분 안정하지 못한 물질들이다. 불안정한 상태에 조금만 에너지를 가하면 원래 가지고 있던 높은 에너지들이 한꺼번에 터져 나오는 것이다. 마찬가지로 그런 상태의 원자핵도 생각할 수 있다. 원자핵은 적당한 수의 중성자와 양성자로 이루어져야 하는데 때로는 적당한 수를 지키지 못해서 불안한 상태가 되기도 하고 외부의 에너지에 의해 자극되어 분열이 일어나기도 한다. 높은 에너지의 물질들은 안정된 상태가 되기 위해서 다양한 형태로 에너지를 방출하게 된다. 그렇게 방출되는 다양한 에너지를 바로 방사선이라 부르고 이런 방사선을 낼 수 있는 물질을 방사능 물질이라 부른다. 정리하면 방사능 물질이란 안정적 상태가 되기 위해서 방사선을 방출하는 불안정한 물질을 말한다.

방사선은 다양한 형태가 있다. 앞서 설명한 물질을 이루는 입자들 자체가 방출되는 경우가 있다. 높은 에너지의 물질이 에너지를 줄이는 효과적인 방법은 자신의 일부를 떼어 내는 것이다. 이때 나오는 입자들이 있을 수 있다. 다른 방법은 에너지를 전자기파 형태로 방출하는 것이다. 가장 잘 알려진 전자기파 방사선에는 X선이나 감마선 등이 있다. 따라서 병원에서 사용되는 X선도 높은 에너지 상태로 만들어 이용한다. 자연 상태에서도 안정되지 않은 물질들이 있고 이런 물질들은 방사선을 만들어 낸다. 그래서 자연 상태에서도 방사선은 나온다. 역사적으로 우리는 불안정한 원자핵을 이용해 높은 파괴력을 만들어 낸 핵폭탄의 개발 이후 핵발전소까지 인공적으로 핵을 이용하는 시대에 살고 있다. 이는 불안정한 핵을 분열시켜 그 분열 과정에서 발생한 에너지를 이용하는 것이다. 그러나 그 에너지는 상당히 높기 때문에 제대로 활용하는 에너지뿐만 아니라 높은 에너지 상태의 물질들을 만들어 낸다. 결국 우리가 걱정하는 방사능 물질들을 대량으로 만들어 내는 것이다. 그런 방사능 물질들은 역시 스스로 안정된 상태로 되기 위해서 에너지를 방출하거나 원자핵을 분리시키는 과정을 통해서 낮은 에너지 상태가 되려고 한다.

   
▲ 방사능 물질이란 안정적 상태가 되기 위해 방사선을 방출하는 불안정한 물질이다. (이미지 출처 = Pixabay)
총이 위험한 이유는 총알이 빠르게 와 우리에게 충격을 가하기 때문이다. 그 충격에 따라 생명을 잃을 수도 있다. 만약 총알이 작아진다면 덜 치명적인지 생각해 보자. 심지어 바늘이 총알의 속도로 날라오면, 먼지가 총알보다 더 빠른 속도로 날아오면 어떻게 될 것인가 생각해 본다. 만약 아주 빠르고 아주 작다면 인간의 몸을 투과할 수도 있을 것이다. 그렇게 된다면 투과되는 정도에 따라서 우리 몸 안이 어떻게 생겼는지 알 수도 있을 것이다. 방사선도 비슷하게 높은 에너지를 가진 총알이라고 생각해 보자. 다만 그 총알의 크기가 아주 작아서 우리 몸을 관통하고 지나갈 수도 있을 수 있고 반대로 에너지는 높아도 입자의 크기가 커서 관통하기 어려울 수 있을 것이다.

보통 방사선을 걱정하는 이유는 높은 에너지를 가진 총알이 인간의 몸에 다가와 어떤 작용이 일어날지 모르기 때문이다. 대부분 관통해서 지나가는 방사선이지만 어떤 방사선은 지나가다 어떤 세포핵과 만나서 반응을 할 수 있다. 쉽게 말해 방사선이 가진 에너지가 세포핵에 총알이 되어 세포핵의 일부분이 변형된다면 우리가 원하는 정상적인 세포가 기능을 못하게 되는 경우가 생긴다. 같은 이유로 방사능이 높은 곳에 있다면 인간의 몸(세포)에 작용할 방사선의 양이 많아지게 된다. 그래서 방사선에 노출되지 않기 위한 방법은 총에 맞지 않기 위한 환경을 만드는 방법과 비슷하다. 먼저 총을 제거하는 것이다. 총알을 방출하는 방사능 물질을 최대한 줄이는 것이다. 두번째는 총알을 막는 것이다. 방사능 물질을 잘 차폐하여 막는 것이다. 결국 인간이 방사선에 의한 피해를 최소화하기 위해서는 필요 이상의 방사능 물질을 만들어 내지 않는 것이 더 중요하다.

방사능은 높은 곳보다는 낮은 곳으로 향하고 그렇게 안정을 취하려고 한다는 것이 자연의 섭리임을 알려주는 현상이다. 모든 욕심을 다 취하고 높은 위치에 오르려고 한다는 것은 인간이 얼마나 불안정한 상태가 되는 것이고 그 또한 자연의 섭리를 거스르는 일이 아닐까 싶다. 죽음이 없는 부활이 없듯이 낮아지지 않는다면 평화도 찾을 수 없지 않을까.

사람의 아들은 섬김을 받으러 온 것이 아니라 섬기러 왔고, 또 많은 이들의 몸값으로 자기 목숨을 바치러 왔다.(마르 10,45)

 
 
몽글이
데이터를 통해 세상을 이해하고
컴퓨터를 통해 통찰하고 싶은
과학을 사랑하는

곰 닮은 과학도.

 <가톨릭뉴스 지금여기 http://www.catholicnews.co.kr>

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