방사성 원소의 종류

방사성 원소의 종류에 대해

방사성 원소의 종류

 

이번 포스팅에서는 방사성 원소의 종류에 대한 내용을 다루어 보았습니다. 모든 원소들은 방사성을 띄는 동위원소가 존재할 수 있습니다. 만약 충분한 에너지의 중성자가 원자에 충돌하면 그 원자는 불안정 해지고 붕괴됩니다. 대표적인 예는 수소의 방사성 동위 원소인 삼중수소(3H, tritium)가 있습니다. 삼중수소의 원자핵은 양성자 한 개와 중성자 두 개로 구성되어 있는데 자연적으로 매우 낮은 농도로 존재합니다. 아래의 표에는 안정적인 동위 원소가 없는 원소가 포함되어 있습니다. 각 원소 이름의 오른쪽에는 가장 안정적인 동위원소와 그 동위원소의 반감기를 표기하였습니다.

 

참고로 원자번호가 증가한다고해서 반드시 그 원자가 더 불안정해지는 것은 아닙니다. 과학자들은 주기율표 상에서 원소들을 놓고 비교한 결과 높은 원자번호를 가진 원소라 해도 특정한 범위 안에서 안정적으로 존재할 수 있는 일명 '안정성의 섬'이 있다고 예측하고 있습니다. 만약 그렇다면 초우라늄원소들 중 일부는 방사성을 가지긴 하지만 안정적으로 존재할 수 있다고 합니다.

 

원소명	가장 안정한 동위원소	반감기
테크네튬(Tc)	Tc-91	4.21 x 106 년
프로메튬(Pm)	Pm-145	17.4 년
폴로늄(Po)	Po-209	102 년
아스타틴(At)	At-210	8.1 시간
라돈(Rn)	Rn-222	3.82 일
프랑슘(Fr)	Fr-223	22 분
라듐(Ra)	Ra-226	1600 년
악티늄(Ac)	Ac-227	21.77 년
토륨(Th)	Th-229	7.54 x 104 년
프로트악티늄(Pa)	Pa-231	3.28 x 104 년
우라늄(U)	U-236	2.34 x 107 년
넵투늄(Np)	Np-237	2.14 x 106 년
플루토늄(Pu)	Pu-244	8.00 x 107 년
아메리슘(Am)	Am-243	7370 년
퀴륨(Cm)	Cm-247	1.56 x 107 년
베크렐륨(Bk)	Bk-247	1380 년
캘리포늄(Cf)	Cf-251	898 년
아인슈타이늄(Es)	Es-252	471.7 일
페르뮴(Fm)	Fm-257	100.5 일
멘델레븀(Md)	Md-258	51.5 일
노벨륨(No)	No-259	58 분
로렌슘(Lr)	Lr-262	4 시간
러더포듐(Rf)	Rf-265	13 시간
더브늄(Db)	Db-268	32 시간
시보귬(Sg)	Sg-271	2.4 분
보륨(Bh)	Bh-267	17 초
하슘(Hs)	Hs-269	9.7 초
마이트너륨(Mt)	Mt-276	0.72 초
다름슈타튬(Ds)	Ds-281	11.1 초
뢴트게늄(Rg)	Rg-281	26 초
코페르니슘(Cn)	Cn-285	29 초
니호늄(Nh)	Nh-284	0.48 초
플레로븀(Fl)	Fl-289	2.65 초
모스코븀(Mc)	Mc-289	87 밀리초
리버모륨(Lv)	Lv-293	61 밀리초
테네신(Ts)	모름	모름
오가네손(Og)	Og-294	1.8 밀리초

 

 

방사성 원소의 유래는?

 

방사성 원소는 보통 핵분열의 결과나 입자가속기를 이용한 의도적인 합성을 통해 인공적으로 만들어지지만 자연적으로 존재하기도 합니다.

 

자연에 존재하는 방사성 원소

 

자연적으로 존재하는 방사성 동위원소는 별과 초신성과정에서 발생한 핵합성의 결과인 경우가 있습니다. 일반적으로 이렇게 발견되는 방사성 동위원소는 반감기가 매우 길어 모든 방사선을 실제적으로 이용할 수 있을 정도로 안정적입니다. 하지만 어쨋든 이들도 붕괴를 일으키며 2차 방사성 핵종을 형성합니다. 예를 들면, 토륨-232, 우라늄-238 및 우라늄-235는 붕괴되며 라듐 및 폴로늄의 2차 방사성 핵종을 형성합니다.

 

탄소-14의 형성 과정

 

탄소-14는 우주 방사선에 의해 자연에 존재하는 핵종입니다. 탄소-14는 대기중의 질소가 우주에서 지구로 날아오는 방사선에 의해 변환되며 아주 미량이긴 하지만 지속적으로 만들어지고 있습니다.

 

핵분열에 의한 방사성 원소

 

원자력 발전소 또는 핵무기에서 발생하는 핵분열은 방사성 동위 원소를 만들어냅니다. 그러면서 주변 구조물과 핵연료를의 방사선 조사에 의해 활성화 생산물이라고하는 동위 원소가 생성됩니다. 핵분열에 의한 핵분열 생성물과 더불어 이러한 활성화 생산물과 같은 광범위한 방사성 원소가 발생할 수 있기 때문에, 핵무기에 의한 낙진이나 핵 폐기물처리가 쉽지 않습니다.

 

인공적인 합성에 의한 방사성 원소

 

주기율표의 마지막 칸은 아직 채워지지 않았습니다. 이 빈칸의 원소들은 자연에 존재하지 않기 때문에 원자로나 입자가속기로 합성하여 확인해야 합니다. 이리듐-192는 원자로 내에서 중성자와 반응하여 만들어지는 방사성 물질이며 불소-18은 입자가속기 내에서 강력한 충돌을 통해 만들어지는 물질입니다.

 

상업적으로 거래되는 방사성 핵종

 

긴 반감기를 가져 상대적으로 안정한 방사성 핵종이라고 해도 다 유용하거나 저렴하지는 않습니다. 몇몇 방사성 핵종은 국가에서 엄격하게 관리하며 많은 방사성 핵종들은 의학이나 산업 또는 과학계의 전문가로 사용이 제한되지만 특정 동위 원소는 소량으로 일반인이 구할 수도 있습니다. 아래의 리스트는 방사성 핵종이 방출하는 방사선에 따라 구분한 것입니다.

 

감마선 방출원소

 

 바륨 -133 (¹³³Ba)

 카드뮴 -109 (¹⁰⁹Cd)

 코발트 -57 (⁵⁷Co)

 코발트 -60 (⁶⁰Co)

 유로퓸 -152 (¹⁵²Eu)

 망간 -54 (⁵⁴Mn)

 나트륨 -22 (²²Na)

 아연 -65 (⁶⁵Zn)

 테크네튬 -99m (⁹⁹Tc)

 

베타선 방출원소

 

 스트론튬 -90 (⁹⁰Sr)

 탈륨 -204 (²⁰⁴Tl)

 탄소 -14 (¹⁴C)

 삼중수소 (³H)

 

알파선 방출원소

 

 폴로늄 -210 (²¹⁰Po)

 우라늄 -238 (²³⁸U)

 

 다중 방사선 방출원소 

 

 세슘 -137 (¹³⁷Cs)

 아메리슘 -241 (²⁴¹Am)

 

방사성 핵종이 유기체에 미치는 영향

 

방사선은 자연계에도 기본적으로 존재하지만 방사성 핵종이 높은 농도로 존재하는 환경에서 과다 노출되면 문제가 될 수 있습니다. 일반적으로 방사선 노출은 화상과 세포 손상을 유발하여 최종적으로 암을 유발할 수 있습니다. 이러한 영향은 노출 직후 나타나는 것이 아니라 길게는 몇 년에 걸쳐 서서히 나타날 수 있으니 주의해야 합니다.