방사능의 정체와 위험한 이유

방사능이 위험하다는 것은 따로 말하지 않아도 다들 알고 있습니다. 원전 사고가 나면 모두가 방사능에 대해서 걱정하죠. 하지만 눈에 보이지도, 소리가 들리지도 않는 방사능이 무엇이길래 그렇게 위험하다고 하는 걸까요? 오늘은 이 방사능이라는 것이 무엇인지, 어떻게 발생하는지, 그리고 왜 우리에게 위험한지 자세히 알아보도록 하겠습니다.

 

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방사능의 정체

방사능(Radioactivity)은 불안정한 상태의 원자핵이 보다 안정한 새로운 원자핵 상태로 붕괴하여 전자기파나 입자의 형태로 에너지를 방출하는 물질의 성질을 말합니다. 안정한 상태의 원자핵은 양성자와 중성자의 비율이 균형을 이루고 있지만, 균형을 이루지 못한 방사성 동위원소(Radioactive Isotope)의 경우 원자핵이 붕괴하여 고에너지의 방사선(Radioactive ray)을 방출할 수 있습니다. 방사선은 다음의 세 가지 주요 유형으로 분류됩니다.

 

1. 알파선(Alpha-ray)

알파선은 양성자와 중성자로 구성된 헬륨 원자핵인 알파 입자(Alpha Particle)의 에너지입니다. 원자핵이 너무 많은 양의 중성자를 포함하고 있어 안정성을 유지하기 어려울 때 알파 입자를 방출하며 새로운 원소로 변환되는 알파 붕괴(Alpha Decay)를 일으키는데, 이 과정에서 알파선이 발생합니다. 이 입자는 전자기파를 발산하며 상대적으로 무거워서 짧은 거리에서만 효과를 가집니다. 피부나 옷 등을 통과하여 내부로 침투하기는 어렵지만, 호흡기나 소화기로 흡입되거나 섭취되면 신체 손상을 유발할 수 있습니다. 알파선은 지구 내부의 방사성 동위원소가 알파 붕괴를 일으키거나 핵 연료를 처리 및 저장할 때 발생할 수 있습니다.

 

2. 베타선(Beta-ray)

베타선은 전자 또는 양전자를 나타내는 베타 입자(Beta Particle)의 에너지입니다. 원자핵의 양성자와 중성자 비율이 맞지 않아 불안정할 때 베타 입자를 방출하는 베타 붕괴(Beta decay)를 일으키는데, 이 과정에서 베타선이 발생합니다. 베타 붕괴는 원자핵의 중성자가 전자를 방출하며 양성자가 되는 베타 마이너스 붕괴와 원자핵의 양성자가 양전자를 방출하며 중성자가 되는 베타 플러스 붕괴가 있으며, 일반적으로는 베타 마이너스 붕괴가 더 자주 일어납니다. 베타 입자는 알파 입자보다는 더 작은 질량을 가지지만 더 높은 에너지를 가지고 빠른 속도로 이동하며 더 먼거리에 영향을 미칠 수 있습니다. 베타 입자는 옷과 피부를 통과할 수 있으며, 체내에 흡수되어 세포에 손상을 줄 수 있습니다. 베타선 또한 지구 내부의 방사성 동위원소가 알파 붕괴를 일으키거나 핵 연료를 처리 및 저장할 때 발생할 수 있습니다.

 

3. 감마선(Gamma-ray)

감마선은 전자기파로서 매우 높은 주파수와 에너지를 가지는 전자기 복사선입니다. 이는 전자기파 스펙트럼에서 가장 높은 에너지를 갖는 영역으로, X선보다 더 높은 주파수와 에너지를 가지고 있습니다. 원자핵이 다른 방사성 붕괴 형태(알파 붕괴, 베타 붕괴)를 경험한 후에도 여전히 에너지를 방출해야 할 때 감마 붕괴(Gamma Decay)가 발생하는데, 이 때 고에너지의 전자기파인 감마선이 발생합니다. 감마선은 가장 높은 에너지를 가져 가장 효과적인 침투력을 가지며 많은 물질을 통과할 수 있습니다. 감마선은 사람의 몸도 통과하여 심각한 신체 손상을 유발할 수 있으며, 세포 구조에 대한 직접적인 손상을 초래할 수 있습니다. 감마선은 지구 내부의 방사성 동위원소가 감마 붕괴를 일으키거나 태양이 핵반응을 할 때, 고에너지의 입자들이 충돌하거나 전자-양전자 소멸이 일어날 때, 핵 연료를 처리 및 저장할 때나 핵폭탄이 폭발할 때 발생할 수 있습니다.

방사능이 위험한 이유

1. 세포의 손상

 

방사선은 직접적으로 세포의 DNA 분자와 상호작용하여 손상을 입힐 수 있습니다. 고에너지의 입자 형태인 알파 입자나 베타 입자는 직접적으로 DNA 분자와 충돌하여 DNA 사슬을 끊거나 염기서열을 변형시킬 수 있습니다. 이러한 손상은 DNA의 구조와 기능을 영향을 주어 세포의 정상적인 기능을 방해합니다. 세포는 DNA 손상을 감지하고 수리하려고 하지만, 방사선이 너무 강하거나 연속적으로 노출되면 DNA 손상을 제대로 복구하지 못하고 손상된 DNA를 그대로 남겨둘 수 있습니다. 또한 방사능은 간접적인 방식으로 세포를 손상시킬 수 있습니다. 방사선은 세포 내부의 물 분자와 상호작용하여 자유 라디칼(Free Radical)을 생성합니다. 자유 라디칼은 매우 활성적인 화학 물질로, 세포 내부의 다양한 구성 요소와 상호작용하여 손상을 유발합니다. 특히 산소 분자의 일부가 화학적으로 활성화되어 수소 이온과 과산화 수소와 같은 자유 라디칼인 화학 물질을 생성합니다. 이러한 자유 라디칼은 DNA, 단백질, RNA 등 세포의 구성 요소를 산화시키고 손상시킴으로써 세포 기능을 방해합니다.

 

2. 암 발생

 

방사선은 고에너지 입자나 전자기파의 형태로 존재하며, 직접적으로 세포의 DNA에 충돌하여 손상을 입힙니다. 이는 DNA 사슬을 끊거나 염기서열을 변형시킬 수 있습니다. 이러한 손상은 세포의 정상적인 DNA 복제와 수리 메커니즘을 방해하고, 비정상적인 DNA 변이를 유발할 수 있습니다. 변이된 유전자는 세포의 비정상적인 증식을 유발할 수 있으며, 종양의 형성과 암 발생을 촉진할 수 있습니다. 또한 방사선에 노출된 세포는 손상을 감지하고 자체적인 파괴 프로그램인 세포 사멸(Apoptosis)을 실행할 수 있습니다. 그러나 일부 손상된 세포는 세포 사멸 대신 비정상적인 증식을 시작할 수 있고, 이는 종양의 초기 단계로 이어질 수 있습니다. 또한, 방사선은 염증 반응(Inflammatory Reaction)을 유발할 수 있습니다. 염증은 세포 사멸, 조직 손상, 염증성 화학 물질의 분비를 초래하여 세포 환경을 변화시키고 종양 형성을 촉진할 수 있습니다. 방사선은 혈관 구조에도 영향을 미칠 수 있습니다. 방사선에 노출된 경우, 혈관 내부의 내피세포가 손상을 입을 수 있습니다. 이로 인해 혈관의 염증이 유발되고, 혈관벽의 손상 및 비정상적인 혈관 신생이 발생할 수 있습니다. 이러한 혈관 손상은 종양 성장과 전이를 촉진할 수 있습니다.