방사능과 피폭선량의 인체에 미치는 영향 제 11 조 200102947 권혜진 200103173 정상미

목 차 Ⅰ원자핵의 붕괴 Ⅲ방사선 피폭 Ⅱ방사선량 -동위원소 -방사선 피폭 -원자핵의 붕괴 -피폭의 영향 -방사선의 형태 목 차 Ⅰ원자핵의 붕괴 -동위원소 -원자핵의 붕괴 -방사선의 형태 Ⅲ방사선 피폭 -방사선 피폭 -피폭의 영향 -방사선 누출 사례 Ⅱ방사선량 -흡수선량 -선량당량 -실효선량 -위탁선량 -집단선량

원자구조 -원자핵, 전자 -전기적으로 중성 -원자핵의 질량은 전자의 질량에 비해 아주 큼 그림 1. 원자의 구조

동위원소 (isotope) -같은 수의 양성자를 가지며, 중성자의 수가 다른 원자핵으로 이루어지는 원소 -수소의 동위원소

원자핵의 붕괴 -원자핵 안에 구속되어 있던 양성자들이 방출 되는 것 -방출되는 양성자는 알파 입자 -질량 감소

방사선의 형태 ■ 알파(α)입자 -무거운 동위원소의 핵으로부터 헬륨핵이 방출 되는 것 ■ 베타(β)입자 -핵으로부터 전자가 방출되는 것 → ＋ → ＋

■ 감마(γ)선 -고에너지 형태의 광의 방출 γ → ＋ ＊ m (metastable) : 준안정 상태 동위원소가 고에너지 상태에 존재함을 의미

<표 1> 방사선의 형태 방사선 질량수 하전 본질 알파(α) 4 +2 헬륨핵 베타(β) -1 전자 감마(γ) 광

방사성 동위원소의 특성 ■ 반감기(half-life) -주어진 시료의 절반이 붕괴되는 데 소요되는 시간 그림 2. 방사선의 수명

<표 2> 반감기 동위원소 4.5 × 109년 24.1일 1620년 5760년 8.0일 1.3초

방사선의 효과 ■ 이온화 작용 ■ 형광 작용 ■ 사진작용 ■ 투과 작용 그림 3. 방사선 효과

A. 알파(α) 방사선 -이온화력이 세고 가장 파괴적 -투과력 약함 (종이 한 장에 의해서도 정지) -알파 방출체(우라늄, 플루토늄) 위험 ·몸에 들어가면 뼈 속에 축적 ·골수의 혈액제조 세포와 가까이 접촉시 세포에 손상을 줌 (백혈병)

B. 베타(β) 방사선 -이온화력은 중간이나 투과력은 약함 -금속판으로 대부분의 베타 방사선 막음 -조직의 표면이나 눈에 영향을 줌 C. 감마(γ) 방사선 -이온화력이 약하나 투과력은 매우 강함 -감마 방사선은 멀리서도 손상을 줌 -감마 방사선을 막기 위해 수ft의 콘크리트나 벽돌 두께의 납이 필요

방사능의 단위 ■ Ci (Curie) -방사능의 강도 및 방사성물질의 양을 나타내는 단위 내는 방사성 물질의 양 ■ Bq (Bequerel) -1Bq은 초당 1개의 원자핵이 붕괴하는 속도 -1Ci = 3.7 × 1010Bq

방사선량 ■ 흡수선량, D (absorbed dose) -어떤 특정 지점에서의 피조사물질의 단위질량당 입사한 방사선이 그 물질에 주는 에너지의 양 -단위 rad, Gy 1rad = 100erg/g = 0.01J/Kg 1Gy = 1J/Kg = 100rad * rad(radiation absorbed dose), Gy(Gray)

■ 선량당량, H (dose equivalent) -방사선의 생물학적 효과를 나타내는 양 -단위 rem, Sv 1rem = 100erg/g = 10-2 J/Kg 1Sv = 1J/Kg =100rem -선량당량= 흡수선량 × 선질계수 × 보정계수 -선질계수는 흡수선량이 같더라도 생체에 미치는 영향은 방사선의 종류에 따라 다르기 때문에 이것을 보정해 주는 계수 · X선, γ선, β선 = 1 · α입자 = 20 · 중성자, 양성자 = 5~20 ＊ rem(roentgen equivalent man), Sv(Sievert)

<표 3>방사선과 관계있는 단위 구 분 새로운 단위 종래 단위 환산 방사능 단위 베크렐(㏃) 큐리(Ci) 구    분 새로운 단위 종래 단위 환산 방사능 단위 베크렐(㏃) 큐리(Ci) 1Ci=3.7×1010㏃ 1㏃=2.7×10-11Ci  방사선량에 관한단위 조사단위 쿨롱/킬로그램 (C/㎏) 렌트겐(R)  1R=2.58×10-4㏆ 1㏆=3.88×103R 흡수선량 그레이(㏉) 라드(rad) 1㎭=0.01㏉ 1㏉=100㎭ 선량당량 시버트(㏜) 렘(rem)  1rem=0.01㏜ 1㏜=100rem

외부선량 평가 ■ 공기중 1R 조사시 에너지 흡수 R (Roentgen) -표준상태의 공기(1cm3) 0.001293g에 X선, γ선 조사에 의해 발생한 이온쌍의 + 또는 – 어느 한쪽의 총전하량이 1esu가 되는 조사선량 -단위 1R = 1esu/cm3

＊esu(electrostatic unit, 정전단위) ＊1e = 4.803 × 10-10 esu 전자 1개가 가진 전기량이나 양자 1개가 가진 전기량은 전기로서 존재할 수 있는 가장 적은 양 ＊e = 34eV 전자가 공기중에서 1개의 이온쌍을 만드는데 소비되는 평균에너지 ＊ 1ev = 1.602 × 10-12 erg eV(electron volt) =1.60217646 × 10-19 J 1J = 10-7 erg

■조사선량과 선량당량과의 관계 -1R 조사시 조직이 피폭받는 흡수선량(D) ＊ : 방사선과 물질과의 상호작용을 일으킬 수 있는 확률을 나타내는 계수로 방사선 차폐계산에 이용됨

-선량당량(rem) = 흡수선량(D) × 선질계수(QF) 것이 효과적 → γ선에 의한 조사선량 ≒ 선량당량 ∴ 1R = 1esu/cm3 = 87.7erg/g = 0.87rad= 1rem

-같은 종류, 같은 양의 방사선량일지라도 그것을 흡수하는 신체내의 장기, 조직에 따라 신체에 ■ 실효선량 -방사선의 영향을 나타내게 되는 방사선의 양 -같은 종류, 같은 양의 방사선량일지라도 그것을 흡수하는 신체내의 장기, 조직에 따라 신체에 미치는 영향에 대한 기여가 다름을 고려 -실효선량 = 흡수선량 × 조직가중계수 · 골수, 대장, 폐, 위 = 0.12 · 생식선 =0.2 · 담낭, 유방, 임파선, 간, 식도 = 0.05 · 피부, 뼈 = 0.01 · 기타 = 0.05

■ 위탁선량 -방사성 원자핵이 음식물이나 호흡으로 체내로 취입 되어 각 부위에 침착하면 그것이 체외로 배출되지 않는 한 반감기가 긴 원자핵은 오랫동안 계속해서 방사선 방출. 이때 그 부위는 피폭되며 받는 방사선량 ■ 집단선량 -한 집단의 개개인이 받는 평균선량 × 인구수 -단위 명-Sv

방사선 피폭 -인체내의 기관이나 조직의 방사선에 대한 감도가 각각 다르기 때문에 방사선장의 위치와 방향이 흡수선량과 크게 관계가 있음

가장 예민한 조직 임파선, 조혈기관, 생식기관, 작은창자 두 번째 예민한 조직 피부, 눈동자, 위 세 번째 예민한 조직 <표 4> 신체 각 부위의 예민한 정도 가장 예민한 조직 임파선, 조혈기관, 생식기관, 작은창자 두 번째 예민한 조직 피부, 눈동자, 위 세 번째 예민한 조직 실핏줄, 성장 중인 뼈, 연골 가장 둔감한 조직 신경조직, 뼈, 근육, 혈관, 지방조직

■ 전신피폭 -신체 전체가 균일한 장 안에서 일정한 평균선량에 조사되는 경우 -같은 정도의 선량이 단일기관에 조사되었을 때 보다 그 위험도는 더 심각

■ 만성적 피폭 -장기간에 걸친 계속적인 피폭으로 어떤 총선량에 도달하는 경우 -낮은 수준의 방사선에 장기간 노출되어도 누적되어 조직을 약화 시키고 수년 후 악성 종양 유발 ■ 급성적 피폭 -방사선 사고나 핵폭발로 인한 대량의 방사선에 피폭되는 경우 -대량 노출 시 짧은 시간에 사망 가능

24시간동안 전신피폭량 증상 0~25 rem 증세 없음 25~50 rem 미세한 일시적인 혈액변화 100 rem 구토, 피로 <표 5> 피폭선량과 급성영향과의 관계 24시간동안 전신피폭량 증상 0~25 rem 증세 없음 25~50 rem 미세한 일시적인 혈액변화 100 rem 구토, 피로 200~250 rem 최초의 사망 500 rem 50% 사망

그림 4. 방사선을 일시에 많이 받았을 때의 영향

방사선 피폭의 영향 ■ 신체적 영향 -피폭자 개인에게 직접 나타나는 영향 -암, 불임, 백내장, 방사선 화상 등 ■ 유전적 영향 -피폭자의 후손에게서 나타날 수 있음 -생식선 또는 생식세포의 방사선 피폭 시 문제 됨 -방사선 피폭 없이 자연적으로 발생 -유전적 질환의 발생 빈도 증가

방사선 누출 사례 ■ 일본 -1999년 9월 30일 오전 10시 35분경 이바라키현 도카이무라 이시가미도주쿠 지역에 위치 한 일본 핵연료 컨버전사에서 발생 -핵연쇄분열(임계) 사고 -방사능 노출 피해자 40명 -설사, 발열, 의식장해 등 신체적 영향 나타남

■ 구소련 -1986년 4월 26일 구소련 체르노빌 원자력 발전소 에서 원자로 폭발, 10일간 방사능물질 유출 -초기 사망자 31명, 2000명 부상, 20여만 명 평생 방사능장애 질병 검진 필요 -복구작업 참여 후 사망자 8000여명, 방사능 피폭자 1만2천여 명, 방사능장애 치료자 330만 명 -갑상선질환, 암, 백혈병 발생률 50% 이상 증가, 유산, 사산, 유전적 기형아 발생률 크게 증가

그림 5. 체르노빌원자력 발전소 그림 6. 방사선 피폭의 피해 -유전적 기형아

국제 원자력 사고, 고장 등급 ■ 국제 원자력 사고, 고장 등급 (INES) -원자력 관계시설에서 발생한 사고 및 고장의 규모를 일반 국민이나 언론이 일관성 있고 쉽게 이해할 수 있도록 IAEA 및 OECD/NEA에서 도입한 국제적인 공용의 등급 ＊ INES (International Nuclear Event Scale) ＊ NEA (Nuclear Energy Agency) ＊ IAEA (International Atomic Energy Agency) ＊ OECD (Organisation for Economic Co-operation and Development)

그림 7. 국제 원자력 사고.고장 등급(INES)

<표 6> 등급사례표 계속 등급 기준1. 소외의 영향 기준2. 소내의 영향 심층방어의 약화 사례 사고 7 대형사고 방사성물질의 대량 외부방출 (수만 TBq 이상) 구소련 체르노빌 원전사고(1986) 6 심각한 사고 방사성물질의 상당량 외부방출(수천 TBq 이상) 5 소외 위험사고 방사성물질의 한정적인 외부방출(수백 TBq 이상) 원자로 노심의 중대손상 영국 윈드스케일 원자로 사고(1957) 미국 드리마일 아일랜드 원전노심 용융사고(1979) 4 소내 위험사고 방사성물질의 소량 외부방출 (1mSv 이상 피폭) 원자로 노심의 상당수준손상 종사자 치사량 피폭(약 5Gy) 프랑스 생로랑 원전사고(1980) 계속

등급 기준1. 소외의 영향 기준2. 소내의 영향 심층방어의 약화 사례 고장 3 심각한 고장 방사성물질의 극소량 외부방출(0.1mSv 피폭) 방사성물질에 의한 소내 중대 오염 급성 방사선 장해 발생이 종사자 피폭(약 1Gy) 심층방어 손상 스페인 반델로스 원전 화재사고 (1989) 일본 JCO 핵임계 사고(1999) 2 소내 상당량 오염 종사자의 법정 년간 선량 한도초과 피폭(50mSv) 심층방어의 상당수준 열화 1 단순고장 운전제한 범위를 벗어남 이하 경미한 고장 안전상 중요하지 않은 고장 외 Out of scale 안전과 무관한 고장

연습문제 원자력 관계시설에서 발생한 사고 및 고장의 규모를 일반 국민이나 언론이 일관성 있고 쉽게 이해할 수 있도록 IAEA 및 OECD/NEA에서 국제적인 공용의 등급을 도입하였다. 이것은 무엇인가? INES 어떤 특정 지점에서의 피조사물질의 단위질량당 입사한 방사선이 그 물질에 주는 에너지의 양을 의미하는 방사선량은? 흡수선량 선량당량은 방사선의 생물학적 효과를 나타내는 양으로 선량당량을 나타내는 단위로 초기에는 (rem)을 사용하였으나 현재에는 SI unit인 (Sv)를 사용하고 있다.

4. 이온화력이 가장 세고 파괴적이지만 투과력이 약하여 종이 한 장에 의해서도 정지되는 방사선은? α선 5. 변하지 않는 원자의 특성으로 원자핵이 붕괴해서 양성자가 방출되어 질량이 감소 할 때, 질량이 처음 질량의 반이 될 때까지 걸리는 시간은? 반감기