'방사능'이란 무엇인가?

카테고리 없음 2021. 12. 30. 17:44

0. 목차

'방사능'이란 무엇인가?
저선량 피폭
자연 방사능이 강한 지역
위험성의 기준과 결정 방법
방사성 물질 회수하기
방사성 측정기
원자력 사고 사례
핵실험 사고

1. '방사능'이란 무엇인가?

'방사능(Radioactivity)'이란 '방사선(Radioactive Rays)'을 내보내는 능력이다. 그리고 방사능을 가진 물질을 '방사성 물질(Radioactive Substance)'이라고 한다. '방사성 물질'을 '방사능'이라고 부르는 경우가 많아 헷갈리기도 하는데, 사실 본래 의미는 서로 다른 것이다. 후쿠시마 원전 사고는 많은 양의 방사성 물질이 원자로 밖으로 방출된 것이며, 이에 따라 방출된 방사선이 '피폭'을 일으켰다. '피폭(Exposure)'은 일반적으로 방사선을 쏘이게 되는 것을 말하며, 생물에 지대한 피해를 끼치게 된다.

그런데 방사성 물질은 원전 같은 곳에서만 볼 수 있는 희귀한 것은 아니다. 방사성 물질은 자연계에도 흔하게 존재한다. 우주, 땅, 공기, 음식물 등의 여러 방사성 물질에서 방사선을 내보내고 있다. 우주에서는 '수소의 원자핵(양성자)' 등이 '우주선(cosmic rays)'이 되어 지구로 쏟아지고 있다. 또 대기권에 있는 물질의 원자핵과 충돌해 방사성 물질을 만들어 낸다. 또 지면에서는 방사성 '우라늄(U)'이나 '토륨(Th)'이 미량이지만 존재한다. 또 공기 중에는 방사성 물질인 '라돈'이 있고, 음식물에는 방사성 물질인 '칼륨 40'이 포함되어 있다. 이러한 방사성 물질이 내보내는 방사선에 의해 우리는 늘 '외부 피폭(External Exposure)'을 받고 있으며, 호흡이나 식사를 통해서도 몸속에 방사성 물질이 흡수되고 있다. 그리고 몸속에 흡수된 방사성 물질이 내보내는 방사선을 쬐는 '내부 피폭(Internal Exposure)'도 일상적으로 겪고 있다.

1-1. 방사선

'방사선(Radioactive Rays)'은 그냥 고속으로 튀어나오는 '입자(Particle)' 또는 '전자기파(Electromagnetic Radiation)'이다. 그러면 자연계의 방사선과, 원자력 발전 사고로 방출되는 방사선, 의료용으로 쓰이는 방사선 등은 차이가 있는 걸까? 이들 방사선에는 본질적으로 차이가 없다. 예컨대, '중성자선(Neutron rays)'은 글자 그대로 '중성자(Neutron)'라는 입자의 무리이다. 또 '알파선'은 '헬륨의 원자핵'이고, '베타선'은 '전자'의 무리이다. 몸속을 촬영하는 데 쓰이는 X선이나, 살균에 쓰이는 감마선은 빛의 무리이다. 그리고 이들 모두가 '방사선'이다.

방사성 물질이 방사선을 내보내는 이유는, 방사성 물질의 원자핵이 불안정한 상태에 있기 때문이다. 방사성 물질은 방사선을 내보내고 다른 원자핵이나 같은 원자핵의 더욱 안정된 상태로 변한다. 이러한 변화를 '방사성 붕괴(Radioactive Decay)'라고 한다. 1초 동안 1회 붕괴하는 것은 '1베크렐(Bq)'이라는 단위로 나타낸다. 어떤 방사선을 내보내느냐는 '방사성 물질'의 종류에 따라 정해져 있다.

1-2. 반감기

방사성 물질이 붕괴하여, 그 물질의 양이 절반이 될 때까지의 시간을 '반감기(Half Life)'라고 한다. 반감기도 '방사성 물질'에 따라 정해져 있다. 예컨대, 후쿠시마 원전 사고에 의해 잘 알려진 '요오드 131'의 반감기는 약 8일이다. 또 '악티늄 217'의 반감기는 약 100분의 1초, '세슘 137'의 반감기는 약 30년, '우라늄 238'의 반감기는 45억 년 정도이다. 이처럼 반감기는 방사성 물질에 따라 크게 다를 수 있다.

그러면 예컨대 반감기가 100년인 '방사성 물질'인 경우, 200년이 지나면 방사성 물질이 모두 없어질까? 이렇게 생각했다면 반감기를 제대로 이해하지 못한 것이다. 만약 이 방사성 물질이 800개 있었다면, 100년 후에 400개가 되고, 200년 후에 200개가 되고, 300년 후에 100개가 되고, 400년 후에 50개가 되고, 500년 후에 25개가 되는 식으로 줄어드는 것이다. 그러면 반감기가 지나면 원자핵 하나가 내보내는 방사선의 양이 절반인 된 것일까? 이렇게 생각했다면, 반감기를 또 제대로 이해하지 못한 것이다. 방사성 물질의 원자핵은 방사선을 계속 내보내는 것이 아니라, 반감기의 기간 동안 절반의 원자핵이 방사선을 내보내는 것이다. 나머지 절반은 방사선을 내보내지 않고, 방사성 물질의 상태로 그대로 존재한다. 반감기가 지나면, 전체적으로 내보내는 방사선의 양이 절반으로 줄어드는 것이다.

어떤 방사성 물질들은, 방사선 붕괴 한 번으로 끝나지 않고, 연달아 붕괴하는 것들도 있다. 예컨대 '우라늄 238', '우라늄 235', '토륨 232' 등은 다른 방사성 물질로 차례차례 변하고, 붕괴의 각 단계에서 방사선을 내보낸다. 반면, '칼륨 40', '수소 3', '탄소 14' 등은 방사선 붕괴가 한 번밖에 없다.

1-3. 피폭의 영향

우리는 자연의 방사선에 의해, 세포나 그 안의 DNA가 상처를 입는다. 하지만 세포에는 DNA를 어느 정도 복구하는 메커니즘이 있기 때문에 생명을 유지할 수 있다. 하지만 상처가 많이 겹치게 되면, 세포가 다양한 급성 증상을 일으키거나, 장기적으로 암 등의 원인이 될 수도 있다. 상처는 방사선이 가지고 있는 에너지를 세포나 DNA가 흡수하기 때문에 일어난다. 그리고 흡수하는 에너지의 양은 '그레이(Gy)'라는 단위로 나타낸다. '그레이(Gy)'는 물체 1kg이 1J의 에너지를 흡수하는 것이다. 그리고 같은 1Gy라고 하더라도, 조직이나 장기의 성질 그리고 방사선의 종류에 따라서 인체가 받는 영향이 달라진다. 그래서 이것을 고려해 영향을 나타내는 단위가 '시버트(Sv)'이다. 참고로 자연 방사능에 의한 피폭량의 합계는 세계 평균으로 1년간 2.4Sv이라고 한다.

1-4. 방사능 관련 단위의 의미

피폭으로 생긴 건강에 대한 영양은 '그레이(Gy)'와 '시버트(Sv)'로 추정된다. '그레이(Gy)'가 백혈구 감소 등의 '확정적 영향'의 추정에 쓰이는 데 비해, '시버트(Sv)'는 암 등의 '확률적 영향'의 추정에 쓰인다.

베크렐(Bq): '1초 동안 붕괴하는 원자의 수'를 나타내는 방사능의 단위.
그레이(Gy): 많은 양의 방사선을 쬐였을 때, 몇 시간~몇 주일 이내에 발생하는 급성 증상인 '확정적 영향(백혈구의 감소와 장기의 괴사)'의 추정에 쓰인다. 확정적 영향은 어떤 방사선량 이상에서만 일어난다.
시버트(Sv): 몇 년 이상 지나서 일어날 가능성이 있는 '확률적 영향(암, 백혈병, 유전성 영향)'을 추정하는 데 쓰인다. 명확한 확률적 영향은 100mSv보다 큰 피폭에서 일어난다고 한다.

원전 사고가 일어난 다음, 방사선량의 증가나 피폭량의 상한선 등이 '시버트(Sv)'라는 단위로 보도되었다. 하지만 수돗물이나 야채에서 방사성 물질이 검출될 때는 '베크렐(Bq)'이라는 단위가 등장했다. 그 차이는 무엇일까? 방사성 물질이 방사선을 내보내는 상황을 떠올려 보자. '베크렐(Bq)'은 '1초 동안 몇 개의 원자가 방사선을 내보내는가'를 나타낸다. 1초에 1개의 원자가 방사선을 내보내면 1 베크렐이다. 방사선이 인체에 닿으면, 방사선이 가진 에너지가 조직이나 장기에 흡수된다. 그리고 방사선을 쬔 조직이나 장기 1kg당 흡수된 에너지의 양은 '그레이(Gy)'라고 부른다. 그런데 여기에서 우리는 '베크렐(Bq)'와 '그레이(Gy)'에는 방사선의 종류가 고려되어 있지 않다는 점에 주의할 필요가 있다. 방사선에는 여러 종류가 있으며, 종류에 따라 물체에 에너지를 가하는 방식이 다르기 때문에, 생물에게 주는 영향의 정도도 다르다. 방사선의 종류별로 다른 영향의 차이를 그레이에 곱한 것이, 예컨대 알파선이라면 20배를 곱한 것이 '시버트(Sv)'이다.

방사선의 종류	방사선 가중계수
알파선	20
중성자선	2.5~20 (에너지의 크기에 따름)
베타선	1
X선	1
감마선	1

2. 저선량 피폭

후쿠시마 원전 사고 이후, 일본인들은 보도를 통해 영향이 없다는 말을 들어본 적이 있을 것이다. 여기에서 말하는 영향이란, 그 이하이면 장애가 일어날 염려가 없는 수치인 '역치(Threshold Value)' 이상을 피폭했을 때만 일어나는 '확정적 영향'을 가리킨다. 역치에 도달하지 않으면, 확정적인 영향은 일어나지 않는다. 더 엄밀히 말하면, '역치'는 급성 증상의 발생률이나 사망률이 1%가 될 때의 '방사선량(Gy)'으로 나타낸다.

2-1. 확정적 영향의 역치

그러면 확정적 영향의 '역치(threshold value)'는 어느 정도일까? 이는 장기나 장기나 조직에 따라 다르다. 하지만 방사선 방호의 국제적 권이 기관인 '국제방사선 방호 위원회(ICRP: International Commission on Radiological Protection)'의 권고 추정치에 따르면, 낮은 경우에는 정소 0.1Gy를 쬐면 일시적인 불임 증상이 나타난다고 한다. 정소는 6Gy에서 영구 불임이 되고, 난소는 3Gy에서 영구 불임이 된다. 골수에서는 0.5Gy에서 혈액 중 림프구가 일시적으로 줄어들고, 2~3Gy에서는 충분한 치료를 해도 1%가 사망한다. 3~6Gy 이상이면 광범위한 피부 화상이 일어나고, 눈은 0.5Gy에서 수정체의 오염이 나타나기 시작한다. 이런 '확정적 영향'은 후쿠시마 원전 사고 때의 작업원의 경우에도 생기지 않았다.

태아에 대한 악영향도 일반적으로 '확정적 영향'으로 분류한다. 원폭 피해자 역학 조사에서는, 약 200 mSv 이상 피폭된 임산부에서 태아의 선천적인 지적 장애 위험성이 높아졌다고 보고되었다. ICRP의 2007년 권고에서는, '아주 심한 정신 지체'의 역치를 0.3Gy로 보았다.

2-2. 100mSV 전후부터부터 암 등이 발생하는 것 같다.

방사선의 영향은 확정적인 영향 외에도, 백혈병이나 유전성 영향 등의 '확률적 영향'도 있다. '확률적 영향'중 가장 빠르게 나타나는 것은 '백혈병'이다. '일본 방사성 영향 연구소'의 발표에 따르면, 원폭 피폭자의 사례에는 2년 후 높은 발병률이 나타나고, 6~8년 후에는 피크를 맞는다고 한다.

그 밖의 장기의 암도 포함해, 100mSv 정도 이상에서는, 피폭량이 많을수록 확률적 영향도 일어나기 쉽다. 거꾸로 말하면, 100mSv보다 적은 피폭량에서는 '확률적 영향'이 늘어나는 증거가 통계적으로 나와 있지 않다. 100mSv 정도보다 적은 피폭량을 '저선량 피폭'이라고 하며, 영향의 정도에 과한 몇 가지 가설이 있다. 그리고 유전적 영향은 동물 실험에서는 나타나지만 사람의 경우에는 확인되지 않았다.

2-3. 저선량 피폭의 가설

저선량 피폭의 암과 백혈병 발병에 대해서는 나라와 기관마다 다른 가설이 받아들여지고 있다.

LNT 가설(Linear-no threshold Model): 국제방사선방호위원회나 미국 과학아카데미에서는 '확률적 영향에 역치는 존재하지 않으며, 저선량 피폭에도 피폭량이 많을수록 확률적 영향도 비례에서 늘어난다'고 주장한다. 이처럼 역치가 없는 직선 가설을 'LNT 가설' 또는 '선형 무역치 모델'이라고 하며, 이 가설에서는 100mSv 이하의 낮은 선량에서도 방사선량과 암 발생 위험 사이에 정비례 관계가 있다고 본다. 이 가설은 예방적인 의미도 있다.
선형 역치 모델(Linear threshold): 한편 프랑스 과학·의학 아카데미에서는 '일정한 선량 이하에서는 암 등은 발생하지 않으며, LNT가설은 현실에 맞지 않는다고 주장한다. 저선량에서는 위험성을 실질적으로 관찰할 수 없기 때문에, 역치가 존재한다는 것이다. 그래서 저선량 피폭의 확률적 영향에도 확정적 영향과 같은 역치가 있다고 생각한다. 그리고 저선량 피폭으로 암의 위험이 있다고 하더라도, 일반적으로 일어나느 암 사망률 약 30%에 비해서는 작다. 예컨대 100mSv의 피폭이라면, 위험성은 0.5% 증가한다고 계산된다.
초선형 모델(Supra Linear): 'LNT 가설'을 과소 평가라고 보는 '초선형 모델'도 있다. 원폭 피폭자의 암 발병 위험성에 대한 최신 연구 결과는 이에 가까웠다고 한다.
호르메시스 효과 가설(Hormesis Model): 저선량이 유익하다고 생각하는 '호르메시스 효과 가설'도 있다. '호르메시스(hormesis)'는 '자극한다' 또는 '촉진한다'라는 뜻의 그리스어에서 유래한 말이다. 특히 '방사능 호르메시스'의 경우 찬반 입장이 극명하게 갈리고 있다. '호르메시스 효과 가설'에 대한 연구 결과들이 있다고 하지만, 아직 정확한 판단을 내릴 수 없는 가설일 뿐이다. 데이터의 복잡성과 필요한 연구 상황들의 방대함으로 인해, 저선량 방사능이 인간의 건강에 미치는 영향을 알아내는 것은 어쩌면 미래에도 불가능한 일일지도 모른다.

3. 자연 방사능이 강한 지역

자연 방사선도 저선량이다. 하지만 주로 지질이 지역에 따라 다르기 때문에, 자연 방사선의 지역차는 크다. 자연 방사선량의 지역차는 주로 '지질(Geological Features)'의 차이에 따라 생긴다. 일본의 경우, 서부에서는 '우라늄 238(Uranium 238)' 등을 많이 함유한 화강암이 동부보다 많이 산출되는데, 대지에서 피폭량이 높은 경향이 있다.

땅속의 방사성 물질에서 나오는 방사선량도 다르지만, 이 방사성 물질들은 기체의 방사성 물질로 변해 공기 중으로 방출된다. 예컨대 대기 중에는 땅속에서 새어 나온 방사성 '라돈 222'가 존재한다. 그리고 대기 중에서 지면에 낙하하는 방사성 라돈의 양은 비가 내리면 증가한다. 그래서 각지에서 정기적으로 관측되는 방사선량은 바뀌는 것이 보통이다.

3-1. 염색체 이상

특히 이란의 '람사르(Ramsar)'에서는 자연 방사능에 의해, 1년에 평균 10mSv가 피폭된다. 이것은 세계 평균의 약 4배에 해당하는 수치이다. 이렇게 자연 방사선이 높은 지역에서는, 피폭의 영향으로 보이는 '염색체 이상'의 증가가 흔히 관찰된다. '염색체(Chromosome)'란 유전 정보를 가진 끈 모양의 DNA가 복잡하게 접힌 것이다. 피폭에 의해 끊어진 DNA가 복구될 때, 염색체끼리 달라붙거나 여분의 염색체가 관찰되는 경우가 있다. 이와 같은 염색체 이상은 자연 방사선량이 높은 지역이 아닌 곳에서도 흔히 나타난다.

또 자연 방사선이 강한 지역의 염색체 이상 증가에 대해서는 방사선의 영향뿐만 아니라, 방사성 물질의 화학적인 독성에 의한 가능성도 제기되고 있다.

세계의 주변 방사능 (Background Radiation In the World)

3-2. 염색체 이상은 발암과 관련되어 있는가?

염색체 이상이 발암과 관련되어 있을지도 모른다. 하지만 '람사르(Ramsar)'를 비롯해, 중국의 '양장(Yangjiang)', 인도의 '케랄라(Kerala)' 등지에서 실시된 역학 조사에 따르면, 어느 지역에서도 피폭의 영향으로 생각되는 암 등의 증가는 나타나지 않았다. 자연 방사선에 의한 염색체 이상이 '건강에 대한 영향(임상 증상)'을 주지 않는다는 사실이 설득력을 얻게 된 것이다.

또 원자력 시설에서 일하는 것이나 'CT 스캔(CT Scan)' 등의 의료 행위에서도 저선량의 피폭이 이루어진다. 이와 같은 방사선 업무에 관련된 사람의 위험성에 대해서도 역학 조사가 이루어지고 있다. 하지만 원자력 시설에 관한 조사에서는, 백혈병에 대한 평가의 정도가 기관에 따라 크게 다르고, 위험성의 정도에 대해서도 논란이 있다.

3-3. 우주 피폭

우주 비행사가 우주에서 주의해야 할 점 가운데 하나가 '우주 방사선에 의한 피폭'이다. 방사선은 물질을 이루는 원자나 분자를 이온화시키는, 즉 '전자(Electron)'를 잃게 하는, '입자의 흐름' 또는 '전자기파'이다. 지상에서 약 400km 높이를 비행하는 '우주 왕복선(Space Shuttel)'이나 '국제 우주 정거장(ISS: International Space Station)'은 3종의 우주 방사선을 받고 있다. 첫번째는 태양으로부터 나오는 '태양풍(Solar Wind)'을 지구의 자기력선이 포착한 것이다. 두번째는 태양 표면에서 일어난 격렬한 폭발인 '플레어(Flare)'의 영향으로 날라온 것이다. 그리고 세번째는 태양계 밖에서 가속되어 날아온 것이다.

그러면 '우주 비행사가 받는 방사선 피폭'과 '지상에서 받는 방사선 피폭'은 무엇이 다를까? 가장 먼저 쬐는 방사선의 양이 다르다. 지상에서 자연적으로 쬐는 방사선의 양은 1년 세계 평균 약 2.4mSv이다. 하지만 우주에서는 연간 100~200mSv를 쬔다. 그리고 우주 방사선에는 '고에너지 입자선(HZE: Highly charged and Energetic particle)'이 들어 있다. HZE는 그것이 지나간 넓은 범위에 이온화를 일으키기 때문에, 지상의 방사선보다 한꺼번에 DNA를 손상시킨다. 그리고 우주 왕복선이나 '국제 우주 정거장(ISS)'의 생물 실험 결과, 우주의 미세한 중력 환경에서는 우주 방사선의 영향이 높다는 사실이 밝혀졌다. 그 이유에 대해서는, 낮은 중력 상태에서는 DNA를 복구하는 단백질의 작용이 낮아지기 때문일 것일지도 모른다.

그러면 우주 피폭으로부터 우주 비행사를 보호하려면 어떻게 해야 할까?

강한 방사선에 노출시키지 않기: 대책 중의 하나는 우주 비행사를 강한 방사선에 노출시키지 않는 것이다. 강한 우주 방사선은 우주 일기 예보로 예측할 수 있다. 위성이나 지상 등에서 관찰한 태양의 활동 상태나 지구 자기장의 변화 등을 관찰하여, 우주 방사선의 강도를 예측하는 것이다.
피폭의 제한량 넘지 않게 하기: 또 하나의 대책은 우주 비행사의 피폭 선량을 측정해, 제한량을 넘지 않게 하는 방법이다. 우주선 안의 우주 비행사는 총 피폭 선량을 기록하는 장치를 항상 몸에 지니고 있다. 예컨대, 우주 비행상의 피폭 선량을 기록하는 장치의 부품인 'CR-39 플라스틱 고체 비적 검출기'는 플라스틱 판에 HZE가 지나간 자취를 남긴다. 이 자취의 모양이나 개수를 측정하면 피폭 선량을 알 수 있다. 피폭 선량의 데이터를 모으는 일은, 우주 방사선을 막는 대기나 자기장이 없는 달고 화성의 유인 탐사를 하는 데 필요하다.

3-4. 음식물 피폭

사실 우리의 몸도 방사선을 내보내고 있다. 방사선의 일종인 감마선을 측정하는 기기로 온몸을 측정하면, 분명히 관측된다. 이는 주로 방사성 물질 '칼륨 40' 때문인데, 음식물에 흔히 '칼륨 40'이 포함되어 있으며, 그 밖에도 '탄소 14' 등의 방사성 물질이 미량 포함되어 있다. 몸무게가 약 60kg인 경우, 몸속에는 약 330Bq의 '칼륨 40'이 있는데, 이것은 1년당 약 0.17mSv의 방사선량에 해당한다. 음식물로부터 받는 방사선의 총량은 세계 평균 1년 동안 0.29mSv라고 한다. 예컨대 1kg의 시금치에는 일반적인 경우에 200Bq의 칼륨 40을 포함하고 있다

4. 위험성의 기준과 결정 방법

방사능의 부정적인 영향은 일반적으로 '위험성(risk)'라고 불린다. 그리고 그 위험성은 영향이 일어날 확률이나 영향의 크기의 수치로 표현된다.

4-1. 암이나 유전에 대한 영향은 어느 정도인가?

일단 현실적인 큰 문제는 건강에 대한 위험성이다. 후쿠시마 원전 사고 이후, 급성 증상 등의 건강에 대한 영향은 나타나지 않았다. 하지만 암이나 백혈병, 유전에 대한 위험성은 어느 정도인지는 불분명하다. 이처럼 '확정적 영향'이 없는 피폭에서, '확률적 영향'의 위험성은 다양한 암의 발병률·사망률이나 그로 인해 수명 등을 종합적으로 고려한 수치인 '손해 위험성 계수'로 나타낸다.

'국제방사선 방호 위원회(ICRP: International Commission on Radiological Protection)'의 2007년 권고에서는, 1Sv의 피폭으로 암의 위험성은 5.5%가 증가하고, 유전성 영향의 영향은 2% 증가한다고 제시되었다. 다만, 이것은 모든 집단의 평균적인 수치로, 실제로는 나이에 따라 달라진다.

4-2. 낮은 피폭량의 위험성에 대해서는 잘 알려져 있지 않다.

이들 수치를 사용하면, 아무리 낮은 피폭량이라고 해도, 계산을 통해 방사선의 위험성을 구할 수 있다. 예컨대 암의 위험성은 1mSv의 피폭이면 0.0055%, 20mSv의 피폭이면 0.11%라는 식으로 말이다. 하지만 '국제방사선 방호 위원회(ICRP)'는 이와 같은 방식으로 계산을 하면 안된다고 말한다. 그 이유는, 저선량의 영향에 대해 확실하게 알지 못하기 때문이다. 예컨대, 흡연 등의 다른 위험성이 지나치게 커서 구분되지 않을 가능성도 있다. LNT 가설은 어디까지나 1년 동안의 상한선을 구하기 위한 것이라고 한다.

'위험성(Risk)은 어떤 원인으로 1년에 사망하는 사람의 수를, '사망 위험성(인구나 집단의 사람 수로 나눈 수치)'로도 비교할 수 있다. 일본의 경우, 통계적으로 사망 위험성이 높은 세 가지는 흡연, 알코올, 자동차 사고라고 알려져 있다. 또 실제 사망자 수 등을 바탕으로 산출되는 '손실 여명 일수(어느 정도 수명이 줄어드는가)'라는 지표도 있다. 미국 피츠버그 대학의 코엔 박사는 일상적인 위험성을 이 '손실 여명 일수'라는 지표로 나타냈다. 이 지표에 의하면, 흡연이나 과음은, 1년 이상의 수명을 줄어들게 한다고 한다. 또 원자력 시설이나 일부 의료 행위로 피폭되는 '방사선 업무 종사자'가 잃는 수명은 23일 정도라고 한다.

하지만 이러한 결과는 위험성을 적게 보이기 위한 것이라는 비판을 받고 있기도 하다. 또 통일적으로 위험성을 나타내면, 사망하는 메커니즘이 전혀 다른 복수의 사항을 하나로 묶어버린다는 문제도 있다. 하지만 이 같은 수치가 이해에 도움이 되는 경우도 있는 것도 사실이다.

4-3. 피폭량과 행동·건강 관계

아래의 목록에서는 다양한 피폭량, 행동·영향의 관계를 나타냈다. 또 같은 Sv를 써도 '실효선량', '등가선량', '시간당 공간선량률' 등의 다른 단위가 있다. '실효선량'은 온몸으로 평균해 암의 위험성을 추정한 것이고, '등가선량'은 장기·조직마다 암의 위험성을 추정한 것이고, '공간선량률'은 Gy로 나타낸 공간의 방사선량을 환산한 것으로, 본래 핵종마다 다른 계수를 곱해 산출 'μ(마이크로)'는 100만 분의 1, 'm(밀리)'는 10분의 1을 나타낸다.

0.09μSv: 원자력 발전소 주위에 사는 주민 (연간)
0.1μSv: 바나나 하나 섭취
0.15μSv: 과거의 핵실험이나 원자력 시설에서의 피폭 (1개월)
0.3μSv: 석탄 화력 발전소 주위에 사는 주민
3.9μSv: 실외 활동의 제한의 기준 (1시간당)
5μSv: 치과 X-ray
5μSv: 후쿠시마 현 이에다테 촌에 1시간 체재 (2011년 5월 15일 시점
100μSv: 가슴 X선 사진 촬영
170μSv(0.000017Sv): 몸속의 칼륨 40에 의한 피폭 (체중 60의 남성, 연간)
0.02mSv: 매일 8시간 동안 옆 사람과 붙어서 잘 때.
0.07mSv: 대리석 바닥과 콘크리트 병으로 만들어진 건물에 살 때 피폭되는 양 (연간)
0.08mSv: 스리마일 섬 원자력 발전소 사고 당시 16km 떨어진 사람들이 입은 피폭량
0.15mSv: 인천~뉴욕 간 북극항로 항공기 왕복
0.24mSv: 해수면에서 우주선으로 피폭될 때 (연간)
0.28mSv: 땅에서 받는 방사선 (연간)
0.4mSv: 몸에서 나오는 방사선 때문에 피폭되는 양 (연간)
0.6mSv: 복부 '엑스레이(X-Ray)' 촬영
0.8mSv: 저선량 가슴부위 CT
0.8mSv~5mSv: 뇌 CT
0.85mSv: 미국 국회의사당 화강암 위에 서 있을 떄 피폭되는 양 (연간)
1mSv: 일상생활에서의 일반인의 연간 노출 한도 (ICRP 권고치)
1mSv: 법령상 일반적인 일본인의 상한
1mSv: 우주에서 하루를 보낼 떄 우주 비행사의 피폭량
2mSv: 유방 CT 촬영. (한쪽 찍으면 2mSv, 다 찍으면 4~5mSv)
2mSv: 라돈에 의한 대기중에서의 피폭 (연간)
2.156mSv: 직경 2.59cm짜리 피치블렌드를 1년동안 손에 쥔다고 할 때
2.2mSv: 항공기 객실 승무원의 연평균 피폭량(연간)
2.4mSv: 전세계 평균 자연 방사선량 (연간)
3.08mSv: 대한민국 평균 자연 방사선량. (연간) 이는 화강암이 많은 한반도의 지질학적 특성 때문이다. 식품의약품안전처 정보
6~18mSv: 가슴 부위 CT
9mSv: 뉴욕~도쿄간 비행기 승무원 (연간)
10mSv: 브라질의 가비바리 지역의 평균 자연 방사선량 (연간)
10.2mSv: 이란 람사르의 자연 방사선 (지표면, 연간)
13~60mSv: 하루 담배 1갑 반을 피우는 사람 (연간)
20mSv: 원전 근무자 등 방사선 작업종사자 및 방사선광계종사자의 최대 피폭치 제한. 단, 자연적 피폭과 방사선 검사 등으로 인해 받는 피폭은 제외 (연간)
50mSv: 이란, 인도, 유럽의 몇몇 지역에서의 자연 방사능 피폭 (연간)
75mSv: 일본 후쿠시마 현 오쿠마마치 평균 피폭량 (연간)
100mSv: 암의 위험성 0.5% 상승
175mSv: 브라질 '가라파리(Guarapari)'시의 해변의 최대 수치
200mSv: '국제우주정거장(ISS)'에서 근무 (연간)
200mSv 미만: 위험성 논란은 있지만, 즉각적인 증상은 없다. 다만, 매우 장기간이면 영향이 있을 수도 있다.
200~500mSv: 아프지 않고, 백혈구 양이 감소될 수 있지만 큰 영향은 없다.
250mSv: 후쿠시마 원자력 발전소 근로자의 최대 피폭치 (연간)
260mSv: 이란 람사르 최대 수치 (연간)
500mSv: 백혈구의 감소 (확정적 영향)
500mSv~1Sv: 급성적인 증상으로 두통 등 경미한 증상이 있지만 감당할 수 있는 정도이다. 신체적으로 큰 이상은 없지만, 주로 복통이 일어난다. 운이 없으면, 일시적으로 남성 불임증이 일어날 수도 있다.
1~2Sv: 1개월 안에 4~6%가 사망한다. 이정도까지는 고자가 되어도 회복 가능성이 높다. 증상으로는 메스꺼움, 식욕부진, 피로 등이 있다.
2Sv: 후쿠시마 원전 1호기의 건물 지하의 오염수 (1시간당)
2~3Sv: 1개월 이내에 사망할 가능성이 약 40%
3~4Sv: 1개월 이내에 절반이 사망한다.
4~6Sv: 1개월 이내에 사망할 가능성이 60% 정도이다. 사망 원인은 출혈이나 감염이다.
6Sv: '카라차이 호'에서의 산책
7~8Sv: 거의 사망
20Sv: 후쿠시마 원전 2호기의 격납 용기 안 (1시간당)
30Sv: 이 정도 피폭을 받으면 2일 이상 살 수 없다.
60Sv: 암 치료에 사용되는 방사선의 양
70~120Sv: 체르노빌 원자력 발전소 지붕 위에 서 있을 경우. 수습 작업 당시 인부들은 원칙적으로 이곳에서 40초만 작업할 수 있었다. (1시간)
155Sv: 차폐물이 없다는 가정 하에 '리틀 보이'의 폭발 순간. '리틀 보이(Litte Boy)'는 세계 최초의 실험용이 아닌 실전을 위해 제작된 핵무기이다. 공중의 폭발 지점에서 수직으로 바로 아래 지면의 위치에서의 피폭량. 리틀 보이의 기폭 고도는 약 600m였다.
262.56Sv: 10년 정도 식힌 가압 경수로에서 꺼낸 사용 후 연료봉(차폐없음) (1시간당)
10274Sv: 핵 융합로에서 나온 고준위 방사성 폐기물 (1시간당)

5. 방사성 물질 회수하기

5-1. 해바라기로 방사성 물질 흡수하기

일본의 후쿠시마 제1 원자력 발전소에서 유출된 방사성 물질로 토양이 오염되었다. 방사성 물질로 오염되 이 토양을 회복이 커다란 과제가 되다. 그리고 그 방법의 하나로 해바라기 등의 식물을, 오염 지역에서 재배해 흙 속의 방사성 물질을 흡수시킨다는 것이 있다. 이 방법은 '체르노빌 원자력 발전 사고' 때도 오염 지역에서 시도되었다고 한다.

후쿠시마 제1원자력 발전소에서 유출된 방사성 물질 가운데, 인체에 해가 될 것으로 우려되는 것은 주로 '요오드 131'과 '세슘 137'이다. 이 가운데 '요오드 131'은 반감기가 8일이기 때문에 거의 다 없어졌겠지만, '세슘 137'은 반감기가 약 30년이기 때문에 장기간에 걸쳐 방사선이 계속 방출된다. 그래서 오염된 토양을 회복시키려면 '세슘 137'을 제거해야만 한다. 가장 확실한 방법은 오염 지역의 토양 표층을 모조리 깎아내는 것이다. 하지만 오염이 광범위하게 일어났으므로, 이 방법을 모든 지역에서 실시하는 것은 비현실적이다. 또 깎아낸 막대한 토양을 안전하게 보관하고 폐기할 장소를 확보하는 것도 어려울 것이다.

그래서 기대되는 방법 중 하나가 식물에게 방사성 물질을 흡수시키는 방법이다. 식물은 영양소로 필요한 칼륨을 토양에서 흡수하는데, 세슘이 칼륨과 화학적 성질이 매우 비슷해 칼륨과 함게 세슘이 식물에 흡수된다. 이 성질을 이용해서 방사성 물질인 세슘 137을 식물에게 흡수시키자는 것이다. 그러고 식물 가운데 '세슘 137'을 흡수하기에 적절하다고 생각되는 식물이 해바라기이다. 수경재배의 조건에서는, 해바라기의 재배액 속의 세슘을 단기간 이내에 95%나 제거했다는 논문도 있다. 그리고 해바라기는 몸이 큰 편이라, 많은 양의 세슘 137'을 받아들일 수 있다고 생각된다. 또 영양분이 적은 토양에서도 잘 자란다. 1986년 체르노빌 원전 사고에도 토양 정화에 해바라기와 유채꽃이 사용되었다. 방사성 세슘은 비료인 칼륨과 성질이 비슷해, 칼륨 등의 비료를 주지 않으면 해바라기 등은 세슘을 흡수하기 쉬워진다.

5-3. 박테리아를 이용해 방사성 폐기물의 부피 줄이기

하지만 토양의 회복은 식물에 방사성 물질을 흡수시키기만 하면 끝나는 것이 아니라, 식물을 회수해서 처리해야 한다. 식물을 회수해서 처리하는 방안 중에는 회수한 식물을 '고온 호기 퇴비균'이라는 박테리아에게 분해시킨다는 구상이 있다. 이 박테리아에 의해 수소, 탄소, 산소가 대부분인 식물의 몸은 빠르게 분해되어 물과 이산화탄소가 되고, 식물의 몸속에 있던 미네랄 성분이 남아 부피는 약 1%까지 줄어든다. '세슘 137'은 이 미네랄 가운데 포함되어 있을 것이다. 이것을 시멘트 속에 굳혀 방사성 폐기물로 안전하게 처분하자는 것이다.

6. 방사성 측정기

'방사성 측정기(Survey Meter)'는 방사선 검출 방법에 따라 몇 가지 종류로 나누어진다. 흔히 사용되는 방식인 'GM식', '신틸레이션(Scintillation)식', '이온화 상자식', '반도체식' 등 네 가지 종류다. 각각의 방식으로 검출할 수 있는 방사선의 종류와 강도 등이 달라서, 표면 오염 측정용, 개인 피폭량 측정용 등 목적에 맞는 방식의 측정기가 이용된다. 이들 '방사선 측정기'는 방사선을 전기의 흐름으로 변환시켜 검출한다는 점에서는 모두 원리가 같다. 하지만 그 변환 방식에서 차이를 보인다.

아래에서 소개하는 측정기의 수치는 일본의 '히타치 알로카 메디컬(Hitachi Aloka Medical)' 주식회사의 측정기를 참고하였다.

방사성 측정 방식	측정 방사선	측정 범위
GM식	베타선, 감마선	0~999.999cpm (1분당 카운트 수)
신틸레이션식	베타선, 감마선	0~999.999cpm (1분당 카운트 수)
이온화 상자식	엑스선, 베타선, 감마선	1μSv/h~300mSv/h
반도체식	엑스선, 베타선, 감마선	1μSv~10Sv

6-1. GM식

측정 방사선: 베타선, 감마선
측정 범위: 0~999.999cpm (1분당 카운트 수)

GM식에서는 방사선에 의해 검출기 속의 기체를 이온화 시키고, 그 이온의 흐름을 전기로서 검출한다. GM식은 검출기의 이름 '가이거-뮐러 관(Geiger-Muller tuve)'에서 나온 것이다. 방사선이 측정기에 들어가면, 검출기 안에 가득한 '아르곤 가스(Argon Gas)'를 이온화해 양이온과 전자로 나눠진다. 검출기 안에는 높은 전압이 걸려있어서 전자는 양극으로, 양이온은 음극으로 가속적으로 끌려간다. 가속된 전자가 가스에 닿으면, 다시 새롭게 가스가 이온화 된다. 그러면 증폭된 전자와 이온이 전극에 모여 전류가 된다. 전류는 '펄스(순간적인 전류)'로 검출되고, 이 펄스의 수를 측정하면 어느 정도의 방사선이 들어왔는지를 측정할 수 있다.

방사선이 몇 회 들어갔는가라는 수치로 측정하는 것이므로, '시버트(Sv)'라는 인체에 대한 영향을 고려한 단위로 계측할 수는 없다. 검출하는 방사선은 '베타선(전자 등의 입자)'과 전자기파의 일종인 '감마선'이다. 또 'GM식 측정기'는 주로 물체 표면의 오염을 검출하는데 사용되며다. 또 방사성 물질을 다루는 연구소 등에서도 사용된다.

6-2. 신틸레이션식

측정 방사선: 베타선, 감마선
측정 범위: 0~999.999cpm (1분당 카운트 수)

반면, 신틸레이션식에서는 방사선을 쬐면 빛을 내는 성질이 있는 '신틸레이터(scintillator)'를 이용한다. 검출기에 들어온 방사선은 신틸레이터에서 빛으로 바뀌고, 이어 '광전 효과'에 의해 빛에서 전자로 바뀜으로서, 최종적으로 전류로서 검출된다. 방사선이 측정기에 들어오면, 신틸레이터 안의 물질을 양이온과 음이온으로 이온화되고, 그 이온이 원래대로 돌아갈 때 빛을 방출한다. 이처럼 방사선이 특수한 물질에 충돌할 때 발하는 빛을 '신틸레이션(scintillation)'이라고 한다.

이 빛을 거울로 내부에 모으고, 특수한 금속으로 이루어진 '광전면'을 통과시킨다. '광전면(photoemissive surface)'이란 광전 효과에 의해서 광전자 방출을 하는 표면을 말하며, 이 광전면에서 '광전 효과(phototoelectric effect)'에 의해 빛이 전자로 변환된다. 변환된 전자가 전자 증배관으로 들어가면, '다이노드(전자를 늘이기 위한 보조적인 전극)'에 부딪칠 때 갑절로 증폭된다. 그리고 증폭된 전자가 양극에 모이면 전류가 된다. 그 전류를 펄스로서 검출하고, 그 펄스의 수와 크기에서 방사선의 양과 크기를 측정할 수 있다.

신틸레이션식'은 방사선의 양과 에너지의 크기를 감도 높게 측정할 수 있다. 그리고 관측 결과를 계산식에 의해 Sv 단위로 변환할 수 있다. 검출하는 것은 주로 감마선이다. 신틸레이션식은 이곳에 있으면 어느 정도 피폭될지를 알아내기 위해, 즉 '공간 선량(space dose)'을 측정하기 위해 이용되는 경우가 많다. 주로 원자력 시설 등의 환경 측정에 이용된다.

6-3. 이온화 상자식

측정 방사선: 엑스선, 베타선, 감마선
측정 범위: 1μSv/h~300mSv/h

'이온화 상자식'에서는, 공기에 방사선이 방출되었을 때의 전류를 측정하기 때문에, 더욱 정확하게 그 장소의 방사선 양을 측정할 수 있다. 그리고 낮은 방사선량의 검출에는 어울리지 않지만, GM식과 신틸레이션식으로 측정할 수 없는 높은 방사선량을 측정할 수 있다.

상자 속에 채워진 공기에 방사선이 들어오면, 공기 속의 분자를 이온화시키고, 그 흐름을 전류로서 검출할 수 있다. 방사선량의 단위는 '방사선이 공기를 얼마만큼 이온화하는가'라는 양을 기준으로 정해져 있다. 그래서 '이온화 상자식'은 단위의 정의대로 측정할 수 있어서, 훨씬 정확한 값이 구해진다. 'GM식'과 '신틸레이션식'은 펄스의 수를 측정하는데, 방사선량이 늘어나면 펄스의 수가 계속 늘어나 측정할 수 없게 된다. 하지만 '이온화 상자식'은 전류 그 자체를 측정하는 것이기 때문에, 높은 방사선도 관측할 수 있다.

일반적으로 일본 원자력 발전소 등의 시설이나 각급 행정구역의 관측점인 '모니터링 포스트'에서는 신틸레이션식과 이온화 상자식의 두 측정기가 설치되어 있다. 후쿠시마 원전 사고에서는, 발전소 안의 방사선량이 일시적으로 높았을 때 신틸레이션식 측정기의 바늘이 눈금 밖으로 나갈 정도여서, 이온화 상자식으로 그 값을 측정했다고 한다.

6-4. 반도체식

측정 방사선: 엑스선, 베타선, 감마선
측정 범위: 1μSv~10Sv

'반도체식'은 방사선에 대한 감도는 낮지만, 소형화할 수 있어 개인이 가지고 다니기 좋은 선량계다. 개인 선량계에서는 개인의 누적 피폭량을 측정할 수 있다. 원자력 시설이나 방사성 물질을 다루는 병원·연구소 등에서 개인의 누적 피폭량 측정 등에 사용되고 있다.

7. 원자력 사고 사례

원자력 사고 사례	발생연도	위치	원자력 사고 등급
퍼츠스 초크 강 사고	1952년	캐나다	5등급
셀라필드 재처리 공장사고	1957년	영국	4등급
커시팀 사고	1957년 9월 29일	소련 첼랴빈스크 주 오조르스크 시 마야크 재처리 공장	6등급
루센스 원라로 사고	1969년	스위스	5등급
스리마일 섬 원자력 발전소 사고	1979년	미국	5등급
생로랑 원자력 발전소 사고	1980년 02월 13일 (UTC+1)	프랑스	4등급
고이아니아 방사능 유출 사고	1985년	브라질	5등급
체르노빌 원전 사고	1986년 4월 26일 (UTC+3)	소련	7등급
도카이 촌 방사능 누출 사고 (JCO 임계 사고)	1999년	일본	4등급
후쿠시마 원자력 발전 사고	2011년 3월12일 (UTC+9)	일본	7등급
플라망빌 원자력 발전 사고	2017년	프랑스	?
타이산 원전 방사능 누출	2021년 06월 14일	중국	?

7-1. 퍼스트 초크 강 사고

발생연도: 1952년
위치: 캐나다
원자력 사고 등급: 5등급

7-2. 셀라필드 재처리 공장사고

발생 연도: 1957년
위치: 영국
원자력 사고 등급: 4등급

7-3. 키시팀 사고

발생 연도: 1957년 9월 29일
위치: 소련 첼랴빈스크 주 오조르스크 시 마야크 재처리 공장
원자력 사고 등급: 6등급

7-4. 루센스 원자로 사고

발생 연도: 1969년
위치: 스위스
원자력 사고 등급: 5등급

7-5. 스리마일 섬 원자력 발전소 사고

발생 연도: 1979년
위치: 미국
원자력 사고 등급: 5등급

7-6. 생로랑 원자력 발전소 사고

발생 연도: 1980년 02월 13일 (UTC+1)
위치: 프랑스
원자력 사고 등급: 4등급

7-7. 고이아니아 방사능 유출 사고

발생 연도: 1985년
위치: 브라질
원자력 사고 등급: 5등급

7-8. 체르노빌 원전 사고

발생 연도: 1986년 4월 26일 (UTC+3)
위치: 소련
원자력 사고 등급: 7등급

1986년에는 소련의 '체르노빌 원전'에서 사고가 일어났다. '체르노빌 원전 사고(Chernobyl Disaster)' 직후, 소화 활동이나 방사성 물질의 폐쇄 작업을 하면서 내부에 있던 작업원 가운데 28명이 피폭에 의한 급성 증상으로 사망했다. 또 그 후에 청소 작업 등을 했던 사람들의 백혈병 발병률이 높아질 가능성을 지적하는 목소리도 나왔다. 하지만 근년에 여러 국제 기관의 보고서에 따르면, 사후 처리를 한 작업원의 사고 후 1년간의 피폭량은 평균 100mSv로, 백혈병을 포함한 건강에 대한 나쁜 영향은 인정되지 않았다고 한다. 다만, 체르노빌 원전 주변 지역 주민들에 대한 건강 검증은 계속 이루어진다.

7-9. 도카이 촌 방사능 누출 사고 (JCO 임계 사고)

발생 연도: 1999년
위치: 일본
원자력 사고 등급: 4등급

7-10. 후쿠시마 원자력 발전소 사고

발생 연도: 2011년 3월12일 (UTC+9)
위치: 일본
원자력 사고 등급: 7등급

'후쿠시마 원자력 발전소 사고(Fukushima Daiichi nuclear disaster)'에서도 방사성 물질이 누출되어, 토양 오염이 일어났다. 특히 학교 교정 등에서의 외부 피폭이나 내부 피폭이 우려된다.

7-11. 플라망빌 원자력 발전 사고

발생 연도: 2017년
위치: 프랑스
원자력 사고 등급: ?

7-12. 타이산 원전 방사능 누출 사고

발생 연도: 2021년 06월 14일
위치: 중국
원자력 사고 등급: ?

8. 핵실험 사고

8-1. 미국의 비키니 환초 폭탄 실험

발생 연도: 1954년
위치: 태평양 비키니 환초

일본의 '히로시마(Hiroshima)'와 나가사키(Nagasaki)'에 원자폭탄이 투하된 1945년 이후, 미국과 소련은 대기권이나 지하에서 핵실험을 계속했다. 대기권에서 이루어진 핵실험에서는, 핵분열로 생긴 방사성 물질이 상공 10km 이상의 대류에 실려 지구 규모로 확산되었다. UN 과학위원회의 2000년 보고서에 따르면, 이때 방사성 물질의 전체 방출량은 후쿠시마 원전 사고 때보다 각각 '요오드 131'은 약 4200배, '세슘 137'은 60배나 많았다고 한다.

핵실험이 직접적으로 건강에 영향이 끼쳤던 적도 있다. 1954년에 태평양의 '비키니 환초(Bikini Atoll)'에서 미국의 수소폭탄 실험이 있었다. 당시 실험 당일에 참치잡이를 하고 있던 일본 어선 '제5 후쿠류마루'의 선원 23명은 피폭되었다. 일본 방사선의학종합연구소의 조사에서는, 선원의 외부 피폭량은 1.7~6.9Gy로 추정되었다.

8-1-1. 방사성 물질의 영향

이 사건에서 주로 영향을 미친 '감마선(Gamma ray)'의 경우, 1Gy는 1Sv로 환산된다. 그러면 이는 급성 증상이 생기는 피폭량에 해당되는데, 실제로 구토나 두통, 피부 장애, 탈모, 백혈구 감소 등의 급성 증상이 있었다고 한다. 피폭된 23명 가운데 1명은 급성 증상 등의 영향에 의해 반년 후에 사망하였다.

8-1-2. 방사성 물질의 장기적인 영향

또 선원 중에는 나중에 간암이나 간경변으로 사망하는 사례가 많았다고 한다. 다만 이것은 방사선에 의한 발병이라기보다는, 골수의 '조혈(골수에서 적혈구·백혈구·혈소판 등 생체 내의 모든 혈구세포를 생성하는 과정)' 능력 저하에 대한 치료로 당시에 이루어진 수혈에 의한 바이러스의 감염의 영향이 큰 것으로 생각된다. 건강에 대한 방사선의 장기적인 영향은 통계학적으로 알려져 있지 않다.

또 '마셜 제도(Marshall Islands)'의 주민들은, 방사성 요오드 등에 의한 것으로 생각되는, 어린이의 갑상샘암이나 어른의 감상샘 기능 저하가 나타났다고 한다. 갑상샘의 피폭량은 어린이의 경우 3~5Gy, 성인의 경우 1.6~12Gy로 추정되었다. 하지만, 수백 명 단위의 조사로는, 증가했는지 아닌지를 통계적으로 확인하기에 충분하지 않다.

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