8. Radioactivity and Death 9. Radioactive Decay 물리현상의 원리 4조 (신소재공학부) 장태주, 김태룡, 이영빈, 임은섭 유용재, 노성민, 유가람, 최용혁

Radioactivity? 핵의 폭발 원자당 : TNT ×1,000,000 의 위력 Rem : 인체에 해를 입히는 단위 (클릭) ◆ 방사능이 위험한 이유 - 원자 한 개당 TNT폭탄의 백만 배의 에너지를 방출하기 때문이다.(클릭) ◆ 방사선 - 원자핵이 폭발할 때 튀어나오는 조각들. 일부는 광속에 버금가는 속도로 방출된다. 사람 몸에 닿으면 세포를 손상시킨다. 방사능 노출을 재는 단위는 'rem‘이다.(클릭-”그 정도가 어느 정도인지 보시겠습니다”) ◆ “100렘 이하 - 증상 없음. ◆ 200렘 이상 - ‘방사능 중독’증상(구토, 탈모, 무기력증)이 발생한다. ◆ 300렘 이상 - 치료받지 않으면 피해자의 50%는 사망한다. (LD50) ◆ 1000렘 이상 - 수 시간 내에 사망. (미래의 대통령들을 위해 : “수백 렘은 정말로 나쁘다”) ◆ 100렘을 전후로 한 ‘문지방threshold’이 존재한다. ‘dirty bomb’에 의해 테러 공격을 당했을 때 방사능이 희석되어 이 값 이하로 떨어지면, 당장의 인명 피해는 없다.” 부가설명 : 암 치료를 위한 방사능 요법을 피하는 것은 근거 없는 행동이다. 암 세포가 방사능에 더 취약하다.

담배가 더 위험 Radiation and Cancer 방사능에 의해 암에 걸리려면 2500rem 필요 - 죽음 우선 암세포의 생성 원리입니다. 기존 세포는 세포분열 후 노화되어 조절 유전자에 의해 분열이 중단되어야 하는데 암세포는 조절 유전자의 손상으로 인해 세포 분열의 중단이 없어 그 수가 지수적으로 증가하여 원치 않는 세포의 무한 증식이 곧 암을 초래하는 것입니다. 하지만 한번의 변이로 암세포화 되지 않고 수 차례 변이 필요한데 이는 몇, 또는 수십 년이 걸리는 과정입니다. 방사능 은 수차례의 변이 중 한번을 일으킬 확률을 높이는 것입니다. 그런 의미에서 사실상 흡연자가 더 위험합니다. 폐의 세포를 변이 시킬 확률이 높은 행위(곧 흡연)를 지속적이고 반복적으로 이행하기 때문이죠.

Linear Effect 그렇다면 방사능과 암은 어떤 관계를 맺고 있을까요? 이제 방사능의 조사량과 암 발병율의 관계를 나타낸 그래프를 보시겠습니다. 암 유발 조사량(cancer dose)은 약 2500렘입니다. 이것의 1%의 방사선에 노출되면 암 발생률이 1% 증가하고, 이 관계는 선형적(4%인 100렘에 노출되면 암 발생률 4% 증가)이입니다. 물론 2500렘을 한꺼번에 다 맞으면 몇시간내로 그 사람은 죽습니다. 그래프에서 가로축은 방사선 노출량, 세로축은 암 발생률 증가량, 점들은 실제로 각 노출량에서 암 발생률 증가량, 세로선들은 오차막대입니다. 오차 막대는 방사선에 노출되지 않아도 암이 발생할 수 있기 때문이며, 그 불확실성을 나타낸다. (클릭) 하지만 방사능 이외의 원인에 의한 모든 암 발생률, 즉 자연 발암율은 기본적으로 20%를 산정합니다. 이를 포함한 관계를 보인 그래프가 이 그래프입니다. 노출량-발병률의 관계는 선형적이며, 이 대각선은 공공정책 결정에도 쓰입니다.

히로시마와 나가사키 원폭의 예 큰 방사선을 받은 사람은 다른 이유로 죽는다 생존자들이 각자 받은 방사능 = 20 rem 이제 Nagasaki와 Hiroshima의 폭발로 암 죽음을 평가하기 위해 선형효과를 사용해 봅시다. 약 100,000의 생존자들이 상당한 방사선에 노출되었다. 이것은 그들이 어떻게 갖게 되었는지 알기 힘들고 많은 일은 양을 평가해왔다. 가장 좋은 평가는 이 생존자들은 20rem의 평균 양을 받은 것이다. 그림 8.1로부터 너는 20rem의 노출로부터 부가적인 암에 걸릴 확률이 0.8%라고 결정할 수 있다. 100,000명의 생존자 중 우리는 800명의 사람들이 초과 암에 걸리거나 죽었을 것이라고 기대한다. 50,000에서 150,000명으로 평가된 다른 효과(돌풍, 불, 방사선 병)로 죽은 사람들의 수와 비교해라. 이 숫자는 암을 유도한 방사선은 오직 Nagasaki와 Hiroshima의 전체 죽음에서 0.5%에서 1.5%로 설명된다는 것을 암시한다. 그것은 이 장에 시작에 목록화 된 놀라운 사실 중에 하나이다. 이 진짜 이유는 폭발로부터 저 방사선의 폭발이 아닌 암으로 죽은 소수의 사람은 안전하기 때문이다. 오히려 큰 방사선을 받은 거의 모든 사람들이 다른 이유로 죽었다. 생존자들이 각자 받은 방사능 = 20 rem 선형효과로 약 0.8% 100,000명(생존자) × 0.008 = 800명 (암) 큰 방사선을 받은 사람은 다른 이유로 죽는다

체르노빌 핵 발전소 재앙 Q1. 체르노빌 근처 인근 주민의 전원 대피는 당연? 1.8 % 의 인구를 위해 다른 이득 모두 포기? 한 사람의 목숨도 소중하다! VS (설명 할지 안 할지 결정해주세요) 1986년에 우크라이나의 Chernobyl의 도시 근처의 원자력 발전소는 과격한 사고를 당했다. 반응기에서 깊은 연쇄 반응은 제어할 수 없게 되었고, 많은 에너지는 방출되었다. 그리고 반응기의 중심은 폭발했다. 이것은 작은 폭발이었다; 핵 힘 반응기은 원자 폭발 같이 날려버릴 수 없었고, 이 이유를 우리는 토론 할 것이다. 그럼에도 불이 시작하고 폭발은 반응기에 손해를 주고, 불을 시작하게 할 만큼 충분히 컸다. 방사능의 많은 양은 대기로 방출되었고 아마도 반응기 속의 방사능 전체의 30%이상이었을 것이다. 화재를 끄기 위한 소방관의 수십 명은 방사선 병으로 죽었다. 이것은 1980년대의 가장 큰 뉴스 중에 하나였다; 그때 어른이었던 모두는 그것을 기억한다. 공장으로부터의 방사능은 사람이 있는 지역으로 바람에 의해 보내졌다. 몇몇은 미국에 도착했다. 나는 이 사고에 대해 많은 상세한 것을 줄 것이다. 왜냐하면 정치에 영향을 주길 희망하는 사람들에 의해 자주 언급되어지기 때문이다. 그 사실은 쉽게 과장되고 경시될 수 있다. 그래서 그것들을 아는 것이 유용하다. 사고로부터의 위험요소의 대부분은 첫 주에 행해진다. 각 핵들은 혼자서 폭발할 수 있고, 그래서 방사능은 생성된다. 15분 후에는 방사능은 최초 값의 1/4로 떨어진다. 하루 후, 1/15로 떨어진다. 3달 후, 1%미만으로 된다. 그러나 몇몇은 오늘날 까지도 여전히 남아있다. 많은 방사선은 정말로 연기 속에 간다. 그리고 오직 땅 근처의 방사선만 인간에게 노출된다. 반응기 근처의 약 30,000명 사람들은 각각 45rem을 받았을 것이라 생각되어졌고, 평균적으로 Hiroshima의 생존자들이 받은 평균과 비슷하다. 평균 등급이 너무 작아서 방사선 병을 야기할 수 없음에 주목하라. 그러나 노출된 사람의 부가적인 암 기회는 45/2500 = 1.8%이다. 그 위험은 6000명의 자연적으로 발생하는 보통 암 사망자에 더해서 약 500명의 암 사망자를 더 이끌어야 한다. 정부는 삶에 35rem이상을 받은 사람들이 있는 모든 지역을 비울 것을 결심했다. 대부분의 지역에서 지금(2008년)은 방사능은 매년 1rem이하로 줄었고, 이러한 원리에 의해 사람들은 지금 돌아올 수 있었다. 만약 네가 대통령이라면 사람들을 강제로 비우고 잘했다고 느낄 것인가? 또는 그들에게 결정을 시킬 것인가? 위험은 작은 것처럼 보이지만 30,000명의 사람들 중에 부가적인 1.8%가 500명의 초과 암환자를 생산했다. 나는 이 수수께끼에 대답을 주지 않았다. 왜냐하면 나는 가지고 있지 않기 때문이다. 이것은 물리학 질문이 아니다. 물리학은 선택의 결과를 표현할 수 있다. 그러나 현명한 지도자는 어려운 결정을 해야만 한다. 사람들이 쫓는 가치를 고려한 위험을 피하기 위해 사람들에게 강요한 것은 옳은 일인가? 네가 피할 수 있는 500명의 죽음을 허락하는 것은 옳은 일인가? 어떻게 너는 이 갈등 문제를 조정할 것인가? 소량의 방사선을 받은 세계의 먼 지역들까지 고려하면 기대된 죽음의 수는 상당히 높았다. 만약 25,000명의 사람이 0.1rem씩을 받는다고 하면, 더 많은 암 사망자가 나올 것이고, 훨씬 더 나쁜 숫자일 것이다. 그림 8.2의 지도는 다양한 유럽 지역에 사는 사람들에 의해 받은 양을 평가한 것을 보여준다. 1명당 45 rem의 영향력 (1.8% 발암율 증가 효과)

Radioactive Decay 반감기가 큰 물질이 위험? 작은 물질이 위험? Atom Time Strontium-90 30 years Polonium-210 100일 Carbon-14 5730 years Plutonium-239 24,000 years Uranium-235 710 million years Uranium-238 4.5 billion years Tritium(hydrogen3) 12 years 반감기란 방사능이 반으로 줄어드는데 일정한 시간이 필요한데, 이때 걸리는 시간을 반감기라 합니다. (클릭) 다음표는 여러 방사성 물질들의 반감기를 나타낸 간단한 표입니다. 그렇다면 반감기가 큰 물질이 위험할까요? 아니면 작은 물질이 위험할까요? 플루토늄입니다. 플루토늄의 반감기는 24,000년입니다. 이렇게 반감기가 긴 물질은 30년의 반감기를 가지는 스트로늄90 보다 덜 위험하지만 문제는 이 물질이 부패하는데 걸리는 시간이 매우 길어서 핵 폐기 처리, 저장에 문제가 생깁니다. polonium-210은 알렉산더 리트비넨코 를 암살하는데 쓰인 물질인데 반감기 100일을 가지는 물질입니다. 만약 물질의 반감기가 길었다면 이 희생자를 빨리 죽일 수 없었을 것 입니다. 그래서 이 100일의 반감기를 가진 이물질은 암살하기에 최적의 조건을 가진 물질입니다.

우리의 몸 C14 (방사성 탄소)의 반감기 = 5730년 120,000 핵분열/min 죽으면 C14 충원 X → 방사성 동위원소 측정법 원유는 3억년 전 생물의 죽음으로 생성, C14 희박 아까 표에서 방사성 탄소는 반감기가 5730년이라고 했는데, 우리 몸도 방사능의 공격을 쉴세 없이 받고 있는 상태입니다. (클릭) 이런 방사성 탄소는 먹는 음식을 통해 충원되는데 죽은 생물은 영양 섭취가 없기 때문에 자연스럽게 방사성 탄소가 분해됩니다. 이 분해되는 양을 이용하여 언제 죽었는지를 대략적으로 알 수 있는 방사성 동위원소 측정접이 개발되었습니다.

Environmental Radioactivity 우주선 : 0.2 rem Denver 市의 경우 1000명을 구하기 위해 전부 피신?! “숫자”? “확률”? 테러와 환경의 차이는 무엇인가? Q2.미래의 지도자라면 어떤 판단을 내려야 할까?! 주변의 자연에서도 이런 방사능의 공격은 끝이 없습니다. 다음 수치와 같이 지속적으로 방사능의 오염을 받으면 선형효과에 의해 덴버 시의 경우 1000명 가량이 암에 걸리게 됩니다. 이는 dirty bomb에 의한 공격과 큰 차이를 나타내지 않습니다. 여기서 우리는 중요한 질문에 봉착하게 됩니다. (클릭) 방사능의 노출로 인한 발암율은 확률인데, 테러와 환경의 차이는 무엇인가? 여러분이 미래의 지도자라면 핵공격에 대비해 암에 걸릴 소수를 위해 그 지역을 격리시켜야 할까요? 그 양은 미미하지만 여러분을 정치적인 갈림길에 서게 할 것입니다.

Horrific Mutation 그렇다면 영화 ‘제7광구’ 또는 ‘괴물’ 에서 보듯이 생물들이 방사능에 의한 무시무시한 변이는 정말 일어날까요? 일반적으로 고등 동물에게 변형 없다고 합니다. 다만, 태아는 방사능의 효과가 성인보다 75배에 이른다고 합니다. But 체르노빌 재앙 vs 히로시마 나가사키 원폭의 경우를 비교할 때 변이에 의한 차이가 심하게 다릅니다. 체르노빌의 기형아 출생률이 매우 높게 조사되었는데, 방사능 때문이라는 주장은 과장된 것입니다. 체르노빌 지방의 기형아 출생률이 히로시마나 나가사키에 비해 과도하게 높았던 이유는 음주와 흡연의 만연으로 인한 문제 때문이라는 지적이 더 큽니다. 태아에게는 아주 작은 변수도 크게 작용하게 되기 때문입니다.

X-ray & Microwaves X-ray : 빛보다 25,000배 강한 에너지! But 무거운 원소에 의해 쉽게 저지 Microwave : 상대적으로 매우 낮은 에너지 but 물을 통해 많은 열을 발생 가능 X-ray 와 microwave 모두 위험할까요? (클릭) X-Ray는 그다지 위험한 존재가 아닙니다. 사실 허용치만 지킨다면 대단히 안전하게 더 큰 위험(예를 들면 질병들..)을 제거할 수 있는 효과적인 수단이다. 특히 X-Ray는 납과 같이 무거운 원소로 된 재료를 통과하지 못합니다. 따라서 태아에게는 많은 영향을 끼치는 X-Ray이지만, 납을 사용해 차단한다면 안전하다. Microwave는 방사선의 일부라는 언어적 유사성 때문에 사람들이 공포를 느낀다. 하지만 그러한 공포는 잘못 되었고, 오히려 열에너지 외에는 별로 위험일 될만한 요인이 없다.

No! Contagious (전염성)? 그렇다면 방사능에 노출된 사람은 주변에 반사능을 전염시킬까요? (클릭)그렇지 않습니다. 방사능에 노출되면 방사능을 뿜고 전염시키는 것이 아니라 그냥 더러워지는 것일 뿐입니다. 전염성을 가질 방법은 중성자에 노출되면 되는데 충분한 방사성의 인간의 되려면 치사량의 중성자에 노출되어야 합니다. 음식에 방사능을 쪼이게 되면 박테리아나 미생물이 죽지만 음식이 방사능 덩어리가 되진 않습니다. 다만 맛이 조금 변질 될 수는 있죠.

Fact VS + Misconcept Conclusion 방사능에 대한 사실 뿐만 아니라 오해와도 싸워야 한다. 결론입니다. 앞에서 언급했던 내용들은 일부는 여러분이 아시는 내용일 것이고, 나머지는 새롭거나 오해하고 있던 사실일 것입니다. 미래의 지도자가 되실 여러분들이 방사능에 대한 정책을 결정하고 논쟁하려면, 방사능에 대한 사실 뿐만 아니라 방사능에 관련된 오해와도 싸워야 한다는 사실을 잊지 마시길 바랍니다.

The End 나도 잘 모르거든..