방사능(Radioactivity)의 정의와 예

방사능의 정의와 예

 

방사능(Radioactivity)이란?

 

방사능이란 입자 또는 파동의 형태로 방출되는 에너지의 흐림인 '방사선'을 방출할 수 있는 능력을 의미하며 이러한 방사선을 방출할 수 있는 성질과 그 물질을 각각 방사성 및 방사성 물질이라고 부릅니다. 방사능을 가진 방사성 물질은 대체로 방사성 붕괴 등과 같은 과정을 그쳐 입자 또는 전자기파의 형태로 방사선을 방출합니다.

 

전자기파의 형태로 방출되는 방사선은 다양한 형태로 존재할 수 있지만 이 방사선들이 항상 방사능에 의해 생성되는 것은 아닙니다. 간단한 예로, 전원에 의해 밝게 빛나는 전구는 열과 빛의 형태로 방사선을 배출하지만 전구를 방사능 물질 또는 방사성 물질이라고 부르지 않습니다.

 

우리가 흔히 생각하는 방사성 물질은 방사성 붕괴라는 과정을 겪게 되는데 이는 개별 원자 수준에서 발생하는 확률적이며 무작위적인 반응입니다. 자연상태에서 불안정한 원자핵의 붕괴를 정확히 예측하기는 어렵지만 다수의 불안정한 원자핵들이 응집된 방사성 물질의 붕괴 속도는 '반감기'를 이용해 예측할 수 있습니다. 반감기란, 어떤 물질의 절반이 방사성 붕괴를 겪는데 필요한 시간을 뜻합니다.

 

방사능의 단위

 

방사능을 표현하는 국제 표준단위(SI)는 베크렐(Bq)입니다. 이는 방사능에 관한 많은 연구 업적을 남긴 프랑스 과학자 앙리 베크렐을 기리기 위해 명명되었으며 1 베크렐은 초당 1번의 붕괴로 정의됩니다. 베크렐(Bq)와 유사한 단위로는 퀴리(Ci)라는 단위가 있습니다. 이는 초당 3.7 × 10¹⁰번의 붕괴로 정의됩니다. 즉 1 퀴리는 3.7 × 10¹⁰ 베크렐과 같습니다.

 

이온화 방사선은 종종 그레이(Gy) 또는 시버트(Sv)라는 단위로 표현됩니다. 그레이(Gy)는 1 kg의 질량 당 1 J의 방사선 에너지를 흡수하는 것으로 정의되며 시버트(Sv)와 같은 단위를 사용합니다. 다만 시버트(Sv)의 경우 방사선 노출의 결과로 발생되는 생물학적 효과를 반영하는 복사 가중치를 적용하게 되어 방사선 종류에 따른 생물학적 노출의 효과를 잘 나타낼 수 있습니다.

 

방사성 붕괴의 종류

 

가장 초기에 발견된 세 종류의 방사성 붕괴는 물질의 관통 정도를 기준으로 알파, 베타, 감마 붕괴로 명명되었습니다. 그 순서대로 알파 붕괴로 발생한 방사선은 가장 짧은 거리를 관통하고 감마 붕괴로 발생한 방사선은 가장 먼 거리를 관통할 수 있다는 의미힙니다. 이를 기반으로 다양한 방사성 붕괴가 발견되고 구체적으로 연구되기 시작하였습니다.

 

(A는 양성자 + 중성자 수, Z는 원자번호 즉 양성자 수를 의미함)

 

· 알파 붕괴 : 알파 입자(A=4, Z=2)가 핵애서 방출되며 A는 4, Z는 2만큼 감소된 입자로 변환됨

· 양성자 방출 : 모입자에서 양성자가 방출되며 A와 Z가 각각 1씩 줄어든 입자로 변환됨

· 중성자 방출 : 모입자에서 중성자가 방출되며 Z가 1 줄어든 입자로 변환됨

· 핵분열 : 불안정한 핵이 두 개 이상의 작은 핵으로 분열됨

· 베타(-) 붕괴 : 모입자는 전자와 전자 전자 반중성미자를 방출하며 Z가 1 증가한 입자로 변환됨

· 베타(+) 붕괴 : 모입자는 양전자와 전자 중성미자를 방출하며 Z가 1 줄어든 입자로 변환됨

· 전자 포획 : 핵이 전자를 포획하여 중성자로 변환되며 중성미자를 방출하며 Z가 1 줄어든 입자로 변환됨

· 이성질핵 전이 : 들뜬 상태, 즉 여기된 핵이 잉여 에너지만큼의 에너지 감마선을 방출하며 바닥 상태로 전이되는 과정

 

감마 붕괴는 알파 또는 베타 붕괴와 달리 핵의 에너지 준위를 낮추기 위한 방사능 붕괴의 일종으로 원자핵의 변환이 없이 감마선의 방출을 통해 바닥상태로 전이되는 과정입니다.