방사선과 생활 제주대학교 물리학과 김용주. 원자핵과 방사선 물질 - 분자 원자 - 원자핵 핵의 구조 몇 가지 핵의 구조.

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1 방사선과 생활 제주대학교 물리학과 김용주

2 원자핵과 방사선

3 물질 - 분자

4 원자 - 원자핵 핵의 구조 몇 가지 핵의 구조

5 원자핵의 발견과 이용

6 방사선 관련 용어 ▶방사능 : 불안정한 원소의 원자 핵이 스스로 붕괴하면서 방사 선을 방출하는 현상 ▶ 방사성 물질 : 방사선을 낼 수 있는 능력 ( 방사능 ) 을 가진 물 질 ▶ 방사선 : 방사능 물질에서 나 오는 일종의 에너지, 즉, 방사 성 붕괴에 의하여 방출되는 입자 ( 광자 포함 ) 가 만드는 빔

7 방사선의 종류와 본체 방사선의 종류 방사선의 본체 종류본체전하량 -선-선헬륨 원자핵 +2e -선-선전자 -e -선-선전자기파 0 전리방사선전리방사선 비전리방사선 : 자외선, 가 시광선, 적외선 등 입자 : 알파선, 베타선, 양성자선 전자파 : 엑스선, 감마 선 방사선방사선

8 방사선의 유해성 방사선이 위험한 이유 : 방사선의 전리 ( 電離 ) 작용 때문 전리작용은 방사선이 물질을 구성하고 있는 원자로부터 전자를 튕겨내 양이온 (+) 과 전자 (-) 한 쌍으로 분리하는 것을 말함 방사선은 인체를 통과하면서 전리작용을 통해 세포의 증식과 생 존에 필수적인 DNA 에 화학적 변성을 가져올 수 있음. 예를 들면, 세슘 -137 은 강력한 감마선으로 - 암세포를 죽이기 때문에 병원에서 암의 치료에 사용되지만, - 정상세포가 이에 노출되면 반대로 암 등이 방사선 장애를 유발

9 방사선과 방사능 단위 렌트겐 (R): 방사선이 어느 정도 나오는가 ? 라드 (rad): 방사선이 어느 정도 흡수되고 있는가 ? 렘 (rem) : 방사선이 동식물 및 인체에 어느 정도 영향을 주는가 구분국제단위 (SI) 종래단위 조사선량쿨롱 / 킬로그램 ( C/kg ) 렌트겐 (R) 흡수선량그레이 (Gy) 라드 (rad): 선량당량시버트 (Sv) 렘 (rem): 방사능 단위베크렐 (Bq) 퀴리 (Ci):

10 방사선 종류와 투과력

11 방사성 물질  자연방사성 물질 : 자연계에서 존재하는 방사성 물질 공기중의 먼지 우주 방사선 대지로부터 나오는 방사선 땅 속의 우라늄, 토륨 등 음식물 속에도 방사성물질이 포함되어 있음  인공방사성 물질 : 인공적으로 만들어진 방사성 물질 TV, 전자렌지, 포장된 도로 담배 공항에서의 검색대 흉부 x- 선, CT 촬영, 암치료 원자력발전소 자연방사선과 인공방사선은 그 성질이나 인체에 미치는 영향 등 모든 특성이 똑 같음

12 자연방사선, 인공방사선

13 방사선이 인체에 미치는 영향  일상에서 우리주위의 방사선 양 특별히 인체에 영향을 주지 않 은 적은 양 연간 받는 방사선량 : 2.4 mSv  전문가의 견해 : 한꺼번에 많이 받으면 신체적 장애 연간 받는 자연방사선량의 100 배를 한꺼번에 받더라도 아무 런 신체 변화가 일어나지 않음 적어도 1 천 배 이상 받아야 신 체적 이상이 나타남 → 일반인이 연간 상한선 : 5mSv, → 방사선 종사자 상한선 : 50mSv

14 방사선이 인체에 미치는 영향

15 방사성동위원소 첨단기술개발 농업 의료 공업 연구 조사 및 분석 우주개발, 해양개발, R 전지 식품보존, 품종개량 등 병 진단 및 치료, 의료기구멸균 공업용 측정, 비파괴 검사 등 동식물생리연구, 고고학 연구 등 유해물질 분해, 미술품 검사 등 방사성과 방사성 동위원소의 이용

16 기후변화와 원자력

17 기후변화 기후변화는 왜 일어날까 ? 기후변화 예상보고서 화석연료의 과다한 사용 온실가스 배출 지구 온난화 기후변화  2020 년 - 지구온도 : 1 – 1.5 도 상승 - 기후질병으로 매년 30 만 명 사망 - 약 10 억 명 물 부족 - 지구생물 약 10% 멸종  2050 년 - 지구온도 : 2 – 3 도 상승 - 유럽에 심각한 가뭄 - 약 20 억 – 30 억 명 물 부족 - 해수면 30 – 40 cm 상승

18 지구 온난화 대책 세계에너지기구 (IEA) 가 발표한 “2009 년 세계에너지 전망 ” 보고서에서 다음을 제시 ① 이산화탄소가 없는 신재생에너지 개발 신재생 에너지 : 태양광, 풍력, 지열, 바이오 가스 에너지 등 단점 : 기술개발이 어렵고, 설비에 장기적 투자가 요구, 많은 면적필요 ② 에너지 효율 개선 및 에너지 절약 IEA 에서는 이를 잘 이행한다면 지구 온실가스를 1/3 줄일 수 있다고 보고 서를 냄 ③ 원자력 에너지 확대 사용 - 원료수급, 가격파동이 없는 안정한 에너지 - 이산화탄소 배출이 없는 청정 에너지 - 타 에너지에 비해 생산원가가 저렴한 경제적 에너지

19 원자력발전이 필요한 이유  우리나라에 원자력 발전이 필요한 이유 ① 에너지 문제 ← 경제발전, 생활수준 향상, 건강과 복지 ② 자원보다 기술 의존성이 강한 에너지 : 우리나라에 적합 ③ 방사능 누출사고를 제외하면 환경적으로 깨끗 ← 산성비, 온실효과 없음 ④ 값싼 전기를 공급 ← 우라늄 1g : 석탄 3 톤, 석유 9 드럼에 해당  원자력 발전으로부터 ① 핵분열로 나오는 막대한 에너지 이용 ② 방사성 동위원소에서 나오는 방사선을 이용  미래 인류의 문제 ① 에너지 문제 ② 온난화에 따른 기후변화 문제 에너지 수요와 기후변화에 대한 대안 : 원자력

20 에너지의 비교 탄소 1g 이 완전연소 시 발생 에너지 : U-235 1g 이 핵분열 시 발생 에너지 : 수소 1g 이 핵융합 시 발생에너지 : 구분석탄 기준핵분열 기준 석탄 1 1/240 만 핵분열 240 만 1 핵융합약 2,000 만 7.8 ( 약 8 배 )

21 주요국의 원자력발전소 현황 주요국가동중인 원전수주요국가동중인 원전수 미국 104 기영국 19 기 프랑스 58 기캐나다 18 기 일본 55 기독일 17 기 러시아 32 기우크라이나 15 기 대한민국 21 기중국 13 기 인도 20 기전 세계총 443 기 현재 가동중인 원자력 발전소 수 ( 자료 : 세계원자력협회 2011 년 03 월 기준 ) 원자력 발전은 전세계 전력생산량의 약 14 % 를 담당

22 원자력 발전소 - 한국, 일본 2009 년 기준으로 전체전력 중 원자력발전이 차지하는 비율 한국 : 34.8 %, 일본 : 28.9 %

23 일본 대지진과 쓰나미

24 (Tsu: 진 津 )+(nami: 파 波 ) → “ 항구의 파도 ” → “ 선착장에 파도가 밀려온다 ” 는 의미 해저의 격렬한 지각변동에 의해 생기는 지진성 해일 해저지진은 해양지각 아래 50km 이내 깊이에서 발생 강도는 리히터 6.5 이상 쓰나미 ( 津波 : Tsunami) 해일은 해안가로 다가올수록 수 심이 얕아지면서 파의 속도가 줄 고 해일의 파고는 높아짐

25 인도네시아 지진 (04. 12. 26) 반다아체 지역에서 40 km 떨 어진 지역에서 리히터 규모 9.2 강진 발생 쓰나미 속도 : 600 km/h 파고 4m 의 거대한 파도로 돌 변하여 육지를 덮침 지진해일로 약 20 만명 사망 → 최악의 인명피해를 낸 쓰나미 로 기록.

26 인도네시아 지진

27 반다아체 지역 지진 전 지진 후

28 일본 동부지진 - 진앙지

29 아시아 주변 지각판 구조 ► 태평양판과 유라시아판이 만나는 경계지역 : 지진이 발생하기 쉬운 곳 ► 지각판들이 맞물려 있다가 마찰력만으로 지탱하지 못할 경우 미끄러지 면서 지표면이 갈라지는 지진이 발생

30 일본 동부지진 (11. 3. 11.)- 쓰나미

31 일본 동부지진 - 페허현장

32 일본 동부지진 - 쓰나미 ( 시설 ) 야구경기장센다이 공항

33 후쿠시마 원전사고와 방사선

34 후쿠시마 원자력 발전소 전경 - 사고 전

35 후쿠시마 원전 ( 쓰나미 ) 원전을 덮치는 쓰나미후쿠시마 원전 (2011. 3. 14.)

36 인공위성이 촬영한 후쿠시마 원전 (11. 3. 16.) 1 호기 : 수소폭발이 일어나면서 외벽 윗부분 없어짐 2 호기 : 폭발로 외벽에 생겨난 구멍 통해 흰 수증기가 피어 오름 ( 수증기는 뜨거운 사용 후 핵연료가 담긴 냉각수가 증발하면서 생긴 것으로 추정 ) 3 호기 : 건물 윗부분이 거의 사라진 상태에서 더 많은 수증기가 솟아오르고 있다. 4 호기 : 화재로 외벽 대부분이 사라지고 뼈대만 남아있다.

37 후쿠시마 원자력 발전소 사고 전과 후

38 후쿠시마 원전 - 방사선 (3.15.-16.)

39 후쿠시마 원전 사고일지

40 방사능 측정소

41  물리적 특성 원자로 내에서 우라늄의 핵분열 과정에서 얻어지는 방사성물질 세슘 -137 은 대표적 인공방사성 핵종으로서  - 선과  - 선을 방출 이 원소의 농도는 방사능 낙진의 영향을 가늠하는 척도가 됨 세슘 -137 반감기 : 약 30.2 년  인체에 미치는 영향 세슘이 인체에 흡수되는 경우 ① 대기중에 분포하는 세슘을 통 해 체내로 유입 ② 세슘에 오염된 물이나 음식물 을 섭취해 체내에 유입 세슘이 체내에 오염될 경우 ① 체내 근육에 고르게 분포하게 되고, ② 다량이 체내에 유입될 경우에 는 암 등의 방사선장애를 유발 세슘 (Cs : Cesium)

42  물리적 특성 우라늄의 핵분열에 의해 생성 되며, 반감기가 8.04 일 베타붕괴를 해서 크세톤 (Xe)- 131 로 됨 원전사고 직후에 양이 많고, 가스나 에어로졸의 형태로 방 출되어 환경을 오염시킴  인체에 미치는 영향 방사성 요오드가 인체에 들어오면 ① 일단 갑상선에 모여 감마선이나 베타선을 방출 ② 이 방사선이 호르몬 작용을 교란 시키고, 갑상선암 등 각종 질환을 유발 ( 갑상선에는 24 시간 내 20% 흡수 ) 반감기가 8 일 정도에 불과해, 노 출되더라도 체내에서 자연스럽게 배출되는 경우가 많음 요오드 (I : Iodine)-131

43  물리적 특성 - 자연계에 거의 존재하지 않는 인공방사성 핵종 - 철보다 2.5 배 무겁고, 물보다 약 20 배 무거운 금속 - 기화열 : 3,300 도 : 기화도 어 렵고, 물에 잘 녹지 않음 - 원자로 안에서 U-238 이 n 를 흡수하여 Pu-239 로 변함 - 원자력발전 및 핵무기 원료  인체에 미치는 영향 - 알파선을 방출하기 때문에 인 류 역사상 가장 위험한 물질 * 알파선은 감마선보다 세포파 괴력이 20 배 강함 - 반감기가 워낙 길어서 잘 살 아지지 않음 Pu-239 반감기 : 24,000 년 Pu-238 반감기 : 87.7 년 플루토늄 (Plutonium)

44 우라늄과 플루토늄의 핵 개발 과정  핵 폭탄을 만드는 재료 ① 천연 우라늄에서 U-235 를 분 리하여 농축해 원료로 사용하 는 경우 90 % 이상 농축된 U-235 가 10 – 15 kg 있으면 하나의 핵 폭탄 제조 ② 플루토늄을 사용하는 경우 Pu-239 는 고순도 1 kg 이면 핵폭탄 제조 가능 파괴력이 월등

45 제논 (Xenon) : Xe 핵분열과정에서 생성되는 2 천개 물질 중 하나  Xe 생성 ① U-235 의 핵분열 과정에서 직접 생성 ② I-133 이 베타선을 방출하면서 변하는 물질 Xe-133 의 반감기 : 5.27 일 자연에서는 존재하지 않기 때 문에 핵폭발 여부를 확인하는 지표물질  생체에 미치는 영향 비활성 기체로 다른 물질과 잘 결합하지 못함 → 인체에 별다른 반응이 없고, 쉽게 배출 I-131, Cs-137 과 비교해 상대적 으로 인체위험성이 낮음 외부 피폭량이 1 Sv 이상 높으면 다른 방사선 물질처럼 즉각적인 인체위해 반응이 나타날 수 있음

46 제주 방사선 비 - 요오드, 세슘 검출 11. 4. 6. 자정 – 7. 오전 3 시 까지 체취한 빗물에서 - 요오드 -131 : 2.02 Bq/L, - 세슘 -137 : 0.538 Bq/L - 세슘 -134 : 0.333 Bq/L 농도 2.02 Bq/L 의 빗물을 하루 2L 씩 1 년 동안 마신다면 - 0.0307 mSv 정도 방사선 피복 - 연간 방사성 허용치인 1 mSv 의 3 % 수준

47 신문 광고 기사 ( 중앙일보 :2011. 4.5.)