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방사능과 건강(16) 핵사고에서의 의학적 문제들 |
핵무기나 핵발전소의 폭발사고의 대응의 성공 여부는 실제로 사고가 발생하기 전에 핵폭발 관련 사고에 대한 사전 계획과 훈련, 그리고 준비를 어느 정도까지 절절하게 해왔는가에 따라 크게 좌우될 것이다. 이번 일본 후쿠시마 원자력 발전소의 폭발사고에서도 보았듯이 핵폭발의 즉각적인 효과를 최소화하기 위해 전문 및 비전문 인력들에게 이론적인 원칙보다는 오히려 임상적인 문제와 관련된 강력한 훈련과 평가 프로그램들이 시행되는 것이 더욱 현실적일 수 있다.
방사선과적 손상의 가능성을 인식하는 능력은 방사선 입자와 생물학적 분자 사이의 기본적인 상화작용에 대한 지식과 방사선이나 방사능 물질의 존재를 탐지흐는 능력에 기초를 두고 있다. 인체의 각 기관들에 극적인 영향을 미치기는 하지만, 육감만으로는 감지될 수 없는 물질을 측정하고, 정량화해야할 필요성 때문에 방사선 상호작용의 물리적 원칙들에 입각한 방사능 탐지기와 선량 측정기의 발달을 가져오게 되었다. 방사선 위험의 본질과 여러 방사선의 형태에 따른 특징들에 대한 지식과 이해가 주어진 상황에서 특정 방사선의 감지에 도움이 될 수 있다.
모든 물질은 원자라는 기본 단위로 이루어지고, 이 한 개의 원자는 중앙에 있는 원자핵과 주위를 도는 전자들로 구성되는데. 원자의 종류에 따라 원자핵의 크기와 전자들의 숫자가 달라진다. 원자핵 내의 양자나 중성자들은 서로 특정한 비율로 결합하는데, 이 비율의 균형이 깨어지면 원자핵이 불안정해지고, 이 불안정한 원자핵 속에는 필요이상의 많은 에너지가 있어서 방사선의 형태로 발산하면서 안정상태로 되돌아 가게 된다. 이 과정에서 불안정 원자핵의 숫자가 점차 줄어들게 되는데, 이를 방사선의 입장에서 보면 어떤 물질 속에서 나오는 방사선의 숫자가 시간이 지남에 따라 점점 적어지게 되며, 이를 방사선 붕괴라 한다. 어떤 핵물질이 방사선을 내면서 붕괴하여 1초 동안에 나오는 방사선의 숫자인 방사선 세기가 처음의 반으로 감소되는데 걸리는 시간을 반감기라 한다.
반감기를 가지고 방사선을 내는 물질을 방사성 물질이라 하고, 반감기가 30년인 방사성 세슘(Cs-137)과 7억년인 우라늄(U-235) 1그램에서 1초에 나오는 방사선의 숫자는 반감기에 반비례하여 반감기가 길수록 방사선이 조금씩 오래 나오고 짧을수록 한꺼번에 많은 방사선이 나온다. 방사선을 방출하는 물질의 양을 방사능이라 하며, 방사성 물질이내는 방사선의 세기(큐리 Curie 혹은 베크렐 Becquerel)를 나타낸다.
방사성 물질에서 방출되는 잉여 에너지들이 방사선을 구성하는데, 이 에너지는 핵을 떠날 때 입자로써 이동(알파입자, 베타입자, 중성자 방사선)하던가 혹은 어떤 핵물질의 원자핵 속에서 방출(감마선)될 수도 있다. 이런 방사성 물질들에서 발생한 방사선들은 주위 매질과 상호작용할 때까지 계속 이동하면서 다발성의 연속적인 상호작용을 통하여 신속히 소비되어 매질 내의 원자들과 재결합하고, 노출된 매질에 흡수되어 소비된 에너지를 흡수선량(그레이 gray 혹은 라드 rad)이라 한다.
방사선과 흡수 매질 사이의 상호작용을 전리 혹은 이온화라고 하며, 이 과정에서 입사 방사선의 에너지가 매질의 한 원자에 전해지면 원자는 여기되고 궤도전자들 중의 한 개가 이탈하는 각 전리과정마다 이온쌍이 한 개씩 생겨나고 이것은 자유전자와 양전하된 원자의 나머지로 구성되고, 이런 자유전자와 파괴된 원잘결합, 그 결과로 초래되는 분자배열의 파손이 생물학적 손상의 시초가 된다.
감마방사선은 일명 광전자라 불리는 순수한 에너지 다발이며, 전기를 띠지 않고 무게도 전혀 없으며 눈에 보이지도 않고 입자가 수반되지도 않으며 공기나 생물학적 조직같은 웬만한 성긴 주위 매질을 뚫고 지나감으로써 상호작용할 가능성이 희박하다. 인체 내의 민감한 기관이나 조직들을 관통하면서 방사선을 조사하는 이런 능력 때문에 감마선은 위험한 방사선이 되며 방사선의 흡수와 상호작용 가능성을 높이기 위해서는 감마방사선 방호제는 고밀도 콘크리트나 납으로 만들고 있다.
베타입자 방사선은 잉여 핵에너지가 고속의 핵 전자들과 협력될 때 방출되며, 질량이 작고 음전기를 띠고 있으므로 전기를 띠지 않는 감마 방사선보다 더 쉽게 상호작용이 일어나서 공기는 수 미터, 피부의 수 개층을 통과할 수 있다. 베타 방사선의 위험은 피부 표면에 국한되고, 섭취하거나 흡입되지 않는 한 내부 장기에는 위험이 없다. 그래서 베타 방사선의 방호는 의복같은 경질량의 물질로도 가능하다.
핵붕괴에 발생하는 가장 무거운 입자가 알파 방사선으로 베타 방사선보다 3,300배 무거우며, 베타입자보다 두 배의 양전기를 띠고 있다. 이런 무거운 질량과 양전기가 알파입자들을 가장 상호작용성이 높은 방사선의 형태로 만들고 공기 중에서도 5cm 정도만 이동하고 종이 한 장으로도 정지시킬 수 있다. 그리고 알파선은 피부의 각질층을 관통하지 못하여 신체 외부에 오래 남아있더라도 건강상 위협이 되지 못한다. 베타 방사선과 마찬가지로 알파입자 방출 물질들을 흡입하거나 섭취했을 때는 위협적이 되어 신체 내에서 민감한 조직이나 기관들에 방사선을 조사하게 된다.
중성자 방사선은 핵무기 물질들의 분열 순간에만 방출될 수 있는 입자들로써 전기는 띠지 않지만 중간 정도의 질량으로 베타입자의 1,830배, 알파입자의 1/4 정도의 무게에 해당된다. 감마 방사선과 마찬가지로 성긴 매질은 웬만큼 통과하며 생물학적 조직들도 관통할 수 있다. 궤도 전자와 상호작용하는 다른 방사선들과 달리 중성자 방사선은 특히 원자번호가 낮은 원자핵들과는 직접 반을할 가능성이 많으므로 중성자 방호는 물이나 파라핀같은 수소함량이 높은 물질들로 구성된다.
오늘도 즐겁고 건강한 하루 만드시길 빕니다. 이동윤 드림 |
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