1000만분의 1㎜ 원자 붕괴로 방사능 발생
인공 핵반응 후 생성된 방사능 극히 위험

모든 물질을 잘게 부수면 물질의 특성이 있는 분자라는 단위로 쪼개어진다. 분자를 더 잘게 부수게 되면 물질의 특성을 잃어버리는 원자라는 알갱이로 변하게 된다. 이 원자의 지름은 1000만분의 1mm(0.0000001mm) 정도의 크기로 핵과 전자로 이루어져 있다. 원자핵은 +전하를 가지는 양성자와 전기적으로 중성인 중성자로 이루어져 있고, 핵 주변을 운동하고 있는 전자는 -전하를 띠고 있다. 양성자와 전자가 가지는 전하량은 같아서, 양성자와 전자의 수가 같은 원자는 전기적으로는 중성이 된다. 전자의 질량이 양성자의 1840분의 1 정도밖에 되지 않기 때문에 원자의 질량은 원자의 중심에 있는 양성자와 중성자로 이루어진 무거운 원자핵에 집중되어 있다.

E=mc2이라는 식으로 표현되는 에너지-질량 등가 원리인 아인슈타인 상대성원리가 있다. 이 식에서 m은 질량결손이고, c는 광속(3.0×108m/s)이다. 원자핵이 분열하면 질량이 줄어들면서 그 질량에 해당하는 엄청나게 많은 양의 에너지를 내어놓게 되는데, 이때 발생하는 에너지를 우리는 핵에너지라고 한다. 핵폭탄이라고 하는 것은 이러한 핵분열이 순간적으로 한꺼번에 일어나기 때문에 많은 양의 에너지가 순식간에 발생하여서 폭발을 하게 되고, 원자력 발전이라는 것은 이러한 핵분열의 속도를 조절하여 우리가 필요한 만큼의 에너지를 사용하는 것을 이야기한다. 그런데 이러한 원자핵의 변화나 붕괴에서는 방사능이 유출되게 된다.

요즈음 우리나라의 뉴스에서도 북한의 '핵' 개발은 원자폭탄을 넘어 수소폭탄까지 성공을 하였다고 연일 방송을 하고 있고, 정부의 탈원전 기조에 따라 공사 중이던 원자력 발전소의 공사를 중지시키는 등 언론사 뉴스마다 등장하는 '핵'이란 모든 물질에 공통으로 존재하는 핵이 다른 핵종으로 변화하면서 생기는 에너지와 그에 파생되는 방사능 유출에 따른 피해를 '핵'이라는 한 용어로 뭉뚱그려 표현하고 있다.

방사성 붕괴란 핵들이 높은 에너지를 가진 입자나 전자기파를 방출하면서 더욱 안정한 핵으로 변하거나 더욱 안정한 상태로 천이하는 현상을 말한다. 핵의 위험은 방사성 붕괴를 할 때 발생하는 방사능 때문이다. 핵종의 변화가 일어나는 대표적인 방사성 붕괴에는 알파(α) 붕괴, 베타(β)붕괴, 감마(γ)붕괴가 있다. 알파 붕괴 때에는 질량수 4, 원자번호 2인 헬륨 원자의 핵이 방출되므로 헬륨 원자핵의 흐름을 알파선이라 한다. 베타붕괴는 핵전자를 방출하고, 감마붕괴 때에는 아주 강력한 전자기파를 방출한다.

핵이 붕괴하여 그 수가 반이 되는 데 걸리는 시간을 반감기(half life)라고 한다. 수소의 5개 방사성동위원소 모두 하루 이하의 반감기를 가지기 때문에 실험실에서만 볼 수 있는 동위원소들이다. 반감기가 짧은 원소들은 모두 붕괴하여 없어졌지만, 현재까지도 지구에서 발견되는 것들은 높은 에너지를 가지는 우주선이 대기 중에 있던 원자들에 충돌하여 핵반응을 일으켜서 생성된 것이거나, 지구에 있는 방사성 물질이 붕괴하는 과정에서 나오는 것으로 천연방사능이라고 한다. 하지만, 최근에는 원자폭탄 실험이나 원자력발전소의 가동 탓에 많은 인공 방사성동위원소가 생성되었다. 짧은 반감기를 가지는 방사성 원소들은 대부분 인공 방사성 원소이다. 인공적인 핵반응 후 생성되는 방사성동위원소 중에서 반감기가 긴 물질들은 붕괴하여 소멸할 때까지 방사능을 내어 놓으므로 매우 위험하다.

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일부의 방사성동위원소들은 그들이 가진 높은 에너지를 산업용이나 의료용으로 사용하기도 한다. 그러나 방사성동위원소는 에너지가 높은 방사선을 내기 때문에 생명체에 매우 유해하므로 매우 조심스럽게 다루어야 한다. 특히 원자력발전소의 사고나 핵무기의 사용은 인류뿐 아니라 지구의 전 생태계에 큰 재앙을 가져올 수 있으므로 반드시 막아야 한다.

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