(핵화학) 핵방사선 또는 이온화 방사선
핵방사선은 원자로부터 전자를 방출할 수 있는 충분한 에너지를 가지고 있어 종종 이온화 방사선(ionizing radiation)이라고 부르기도 합니다. 하지만 보통 이온화 방사선이라는 말보다는 방사선이라는 말리 더 친숙합니다. 의학계 측면에서 보면 방사선의 발견은 고통받는 암 환자의 암을 제거하는 데 획기적인 기술로 이용되는데, 암세포라는 조직을 죽이는 데 핵방사선은 아주 효과적입니다. 하지만 진단이나 암세포를 치료하기 위한 방사선은 사실 건강한 조직에도 함께 손상을 주기 때문에 양날의 칼날과도 같습니다. 따라서 방사선원의 세기와 방사선의 형태 및 노출시간을 충분히 고려하여 환자에게 적합하게 사용하는 것이 중요합니다.
방사선의 생물학적 효과
흔히 활용되는 방사선은 알파선, 베타선, 감마선입니다. 이들 세 가지의 방사선이 생물에 미치는 영향에 대해 알아보겠습니다.
1. 알파선의 영향
알파 입자는 상대적으로 질량이 크고 고도로 하전 되어 물질과 강하게 상호작용을 일으키며, 속도가 느려져 주위 물질로부터 전자를 포획하여 멀리 움직이기 전에 크기가 큰 헬륨 원자로 변환됩니다. 대부분의 알파선은 피부조직 겉면의 죽은 표피층으로 흡수되므로 해롭지 않으며, 종이 한 장으로도 차폐가 가능합니다. 하지만 알파선을 코나 입으로 호흡하거나 섭취하면 인체에 매우 심각한 손상을 입을 수 있습니다. 가령 독성이 알파 입자 방출제인 플루토늄은 독성이 가장 큰 방사성 물질 중 하나이지만 차폐막을 이용하면 안전하게 취급할 수 있습니다. 하지만 만약 인체 내부로 흡수가 된다면, 플루토늄 이온으로 산화된 후 체내에서 철 이온을 대체하여 뼛속으로 흡수되는데, 이에 따라 적혈구를 생산하는 능력을 파괴하여 결국 죽음으로 이르게 될 수 있습니다.
2. 베타선의 영향
침투력에서 두 번째로 강력한 베타선은 알파선에 비해 100배 정도 투과력이 세다고 할 수 있습니다. 베타 입자는 빠른 전자들로 분자의 전자 및 핵과 정전기적 상호작용에 의해 멈출 때까지 피부조직의 1 cm 정도까지 침투할 수 있습니다. 베타선을 다룰 때는 최소 3 mm 알루미늄으로 차폐한 후 사용해야 안전합니다.
3. 감마선의 영향
방사선 중 가장 침투력이 강한 것은 감마선입니다. 알파선에 비해 10,000배나 높은 상대 투과력을 보입니다. 고에너지 전자기 복사선인 감마선의 광자는 건물과 신체를 통과할 수 있으며, 통과하는 경로상에서 분자를 이온화하여 손상을 줍니다. 이렇게 하여 손상을 입은 단백질 분자와 DNA는 인체 내에서 더 이상 기능을 하지 못하고 결국 방사선으로 인해 질병과 암을 일으킬 수 있습니다. 이렇게 강한 투과력을 지닌 감마선을 방출하는 물질은 납 벽돌이나 두꺼운 콘크리트로 만든 방어벽으로 둘러싸야 하고 납 가운을 인체에 두른 후 사용해야 안전합니다.
방사선량의 측정
인체에 피폭되는 방사선은 흡수 방사선량과 등가 방사선량을 통하여 측정합니다. 등가 방사선량은 상이한 종류의 방사선이 조직에 미치는 영향을 고려한 것으로 아래에 설명을 통해 자세히 알아보겠습니다.
방사선의 흡수된 투여량(absorbed dose)은 시료 또는 인체를 방사선에 노출시켰을 때 시료 또는 인체에 흡수된 에너지를 의미합니다. 흡수된 투여량을 국제 단위인 SI 단위로 나타내면 그레이(Gy: gray)이며, 1 Gy는 1 J/kg의 에너지를 의미합니다. 방사선 흡수선량을 나타낼 때는 보통 방사선 흡수 투여량을 나타내는 라드(rad: radiation absorbed dose)의 단위를 사용하는데, 조직 1 kg당 0.01 J의 에너지를 흡수한 양에 해당합니다. 수치상으로 계산해보자면, 1 rad는 65 kg 체중의 사람이 0.65 J의 에너지를 흡수하는 것에 상응하며, 0.2 mg의 물을 끓일 수 있는 에너지입니다.
인체에 미치는 방사선 장애의 정도는 방사선의 종류와 생체 조직의 종류에 따라 구별합니다. 방사선 장애 정도를 평가할 때, 상대적 생물학적 효능(relative biological effectiveness)이라고 부르는 Q를 고려해야 합니다. 정확한 수치는 총방사선량과 방사선량이 축적되는 속도 및 조직의 종류에 따라 다르겠지만, 감마선과 베타선 1Gy에 의한 Q 값을 1로 규정한다면 알파선은 20 만큼의 손상을 입힙니다.
여러 종류의 조직에 대하여 방사선이 미치는 손상 정도를 고려하기 위해서는 총방사선량은 등가 방사선량(dose equivalent)으로 나타냅니다. 등가 방사선량은 실제 흡수선량에 방사선 종류에 따른 Q 값을 곱하여 구합니다. 따라서 SI 단위로 시버트(Sv: sievert)로 표기합니다. 이러한 방식을 통해 사람에게 피폭된 방사선량을 측정하여 조직에 미치는 영향을 예측할 수 있습니다.