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기초·응용과학
조재형 객원기자
2011-03-25

무색무취 방사선, 어떻게 측정할까? 방사선과 물질의 상호작용과 반응 관측

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일본 전부와 도쿄전력 측은 지난 22일을 기준으로 후쿠시마 제1원전의 모든 원자로에 외부전원을 연결하는데 성공했으며 앞으로 전력 시스템을 복구시키겠다고 밝혔다. 하지만 1~4호기에서 다시 흰 연기가 관측되면서 일본 국민들은 정말 안전한 것인지에 대해 의문을 품고 있다. 게다가 1호기 정문에선 중성자가 검출되고 방사선 수치가 계속해서 높아지는 것으로 미루어 아직 불안한 상태라고 보는 의견이 증가하고 있다.

이에 일본 국민들은 물론 태평양을 건너 미국과 유럽까지 방사선 노출에 대한 공포에 떨고 있다. 그러나 드넓은 태평양을 지나면서 방사성 물질은 점차 희석된다. 결국 미국에 도착한 방사능은 피해를 입을 만한 양이 아니라는 것이 전문가들의 의견이다.

우리나라, 전국 70개 지역서 실시간 방사선 관측

실제로 세계 각국은 지역별로 방사선량을 측정하며 아직은 크게 우려할 만한 상황이 아님을 알리고 있으며 이는 우리나라도 마찬가지다. 한국원자력안전기술원에서는 국가환경방사선자동감시망(IERNet)을 통해 전국의 방사선 수치를 측정하고 있다.

IERNet은 현재 육지 및 도서지역을 포함해 전국 70개 지역에 설치된 환경방사선감시기가 측정한 정보를 수집·관리한다. 또한 측정한 수치를 인터넷을 통해 국민들에게 실시간으로 공개하고 있다.

IERNet이 공개하는 실시간 환경방사선량률에 따르면 3월 24일 정오 기준으로 속초가 184nSv/h로 가장 높고 제주도의 고산이 65nSv/h로 가장 낮다. 두 지역에 큰 차이가 있는 듯 보이지만 우리나라의 환경방사선량률은 지역과 자연현상에 따라 평상시 50~300 nSv/h범위로 변동하고 있기 때문에 현재 수치는 지극히 정상임을 알 수 있다.

환경방사선량률을 측정하는 감지기에는 세 종류가 있다. 평균 15분 주기로 방사선량을 관측하는 ‘이온전리함형방사선감시기’와 ‘섬광형방사선감시기’가 있으며 분기별로 측정을 하는 ‘열형광 선량계’가 있다.

이와 같은 방사선 감시기기들은 방사선과 다른 물질 간의 반응과 상호작용의 정도로부터 방사선의 종류와 세기 등에 대한 측정이 가능하다. 방사선 감시기의 종류에 따라 이용되는 원리도 다르다.

방사선량 측정기의 원리

우선은 방사선의 ‘전리작용’이 있다. 방산선이 물질을 통과할 때, 그 높은 에너지로 인해 원자로부터 전자가 튕겨나가 전자와 이온으로 분리되는 작용이다. 이에 ‘이온화작용’이라 말하기도 한다. 이 때 발생하는 전자는 전류를 흐르게 하며 그 전하량을 측정해 방사선의 종류와 에너지를 알아낼 수 있다.

이와 같은 전리작용은 방사선이 우리 몸에 해를 끼치는 원인이 되기도 한다. 원자를 이온화시키면서 DNA에 변화를 가져와 세포의 증식 등에 영향을 줄 수 있기 때문. 이에 암과 같은 질병이 발생하게 된다. 이온전리함형방사선감시기는 이런 전리작용을 가지고 방사선량을 측정하는 기기다.

방사선은 ‘여기작용’도 일으킨다. 방사선으로부터 에너지를 얻은 전자는 원자핵에 구속된 채로 높은 에너지를 갖게 된다. 높은 에너지를 가진 전자는 ‘들뜬 상태’ 혹은 ‘여기 상태’에 있다고 말한다. 이 전자는 원자핵에 이끌려 다시금 ‘바닥 상태(기저 상태)’ 로 돌아오는데, 이 때 전자가 얻었던 에너지를 방출하게 되고, 이는 빛의 형태로 나타난다. 이 빛을 측정해 방사선의 에너지와 종류를 측정할 수 있다. ‘섬광형방사선감시기’는 이 여기작용을 이용한 기기다.

열형광 선량계는 방사선에 조사된 형광물질을 가열, 이 때 발생하는 빛을 이용해 방사선량을 측정하는 것이다. 고체 결정에 방사선이 조사됐을 때 첨가된 불순물인 Mn, Si 등의 이온이 포획중심을 형성, 전자와 정공을 포획하게 된다. 가열과 함께 온도가 상승하면 포획된 전자와 정공이 다른 전자 또는 정공과 재결합하게 되고 이 때 빛을 발생시키게 된다. 열혈량 선량계는 이를 이용해 방사선의 종류 및 에너지를 측정한다.

이 외에도 필름의 감광작용이나 화학반응 등의 원리를 이용한 측정기들이 있다. 특히 원자핵과 중성자의 충돌반응을 이용해 중성자를 검출하기도 한다. 앞서 소개한 세 가지의 감시기는 측정소에 설치돼 있는 기기들이다.

물론 개인별로 방사선 노출정도를 확인하기 위한 측정기도 있다. 열형광 선량계의 경우는 측정소 외에 개인용으로 사용되기도 한다. 그 외에 감광반응과 화학반응을 이용한 필름뱃지, 화학선량계 등도 개인의 피폭관리용으로 이용되는 기기들이다. 보통은 특별한 장소나 작업 등에 사용되는 것이 일반적이지만 후쿠시마 원전의 방사선 유출 사고로 개인용 방사선측정기의 판매량이 세계적으로 증가하고 있는 추세다.

방사선 유출 공포로 측정기, 요오드 수요 증가

물론 우리나라 외에도 전 세계에서 각국의 지역별 측정기를 사용해 아직까지 큰 위험성이 없다는 것을 알리고 있다. 하지만 체르노빌 사태 이후 방사능에 대한 공포가 상존한 상황에서 많은 사람들이 공포에 시달리고 있다. 뉴욕타임즈에 따르면 원전 사고 이후 미국에서는 요오드화 칼륨제와 방사선 측정기를 찾는 소비자가 크게 늘어나고 있다고 한다.

개인용 방사선 측정기는 방사선 노출이 우려되는 경우 관련 기관에서 제공하는 용도로 사용됐기 때문에 일반인들이 크게 찾는 경우는 없었다. 하지만 최근엔 재고가 없어 판매가 힘든 정도다. 측정기의 원리와 기능 등에 따라 가격은 최대 4천달러에 이르는 것도 있지만 저렴한 것은 약 150달러로, 한화 약 16만8천원으로 소형응향기기 정도의 가격이기에 많은 사람들이 구입하고 있는 것.

국내서도 방사선 측정기의 주문이 잇따르고 있다. 대부분 미국이나 유럽에서 수입해 오기 때문에 약 100만원 내외에서 수백만원에 이르기까지 비교적 높은 가격이지만 방사선 유출의 공포에 찾는 사람들은 계속 증가하고 있다.

그런가하면 요오드화칼륨제의 사재기 현상도 일어나고 있다. 우리 몸은 갑상선 호르몬 분비를 위해 요오드를 필요로 한다. 하지만 방사선에 포함돼 있는 요오드는 일반적인 요오드와는 질량수가 다른 동위원소다. 방사성 요오드의 경우는 불안정해 붕괴와 함께 방사선을 방출한다. 이것이 세포를 변형시켜 암을 유발할 수 있는 것. 문제는 신체가 안정된 요오드든 방사성 요오드든 구분 없이 흡수한다는 것이다. 이에 요오드화 칼륨제 등을 통해 체내의 요오드 농도를 높여 방사성 요오드가 흡수되지 못하도록 막는 것이다.

현재까지 밝혀진 바에 따르면 후쿠시마 원전 인근 지역을 제외하곤 크게 위험한 국가나 지역은 없다. 하지만 방사선 측정기나 요오드화칼륨제 등의 수요증가현상은 한동안 계속 될 것으로 보인다.
조재형 객원기자
alphard15@nate.com
저작권자 2011-03-25 ⓒ ScienceTimes

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