방사성 동위원소 알아보기

동위원소에 대해 배워본 적이 있습니다. 이 중에는 불안정한 상태로 방사선을 방출하는 방사성 동위원소가 있습니다. 방사성 동위원소는 매우 무섭게 느껴지지만, 실제로는 우리 삶에 큰 도움을 주고 있습니다. 원자력 발전소에서도 사용되며, 암을 치료하거나, 산업에서도 활용됩니다. 방사성 동위원소와 원자핵의 구조, 방사성 동위원소의 활용에 대해 알아보도록 하겠습니다. 

 

방사성 동위원소란

원소란, 원자핵과 전자로 이루어져 있습니다. 전기적으로 중성을 띄고 있습니다. 동위원소는 원자번호 (전자 수)는 같지만, 중성자 수나 질량수가 서로 다른 원소를 말합니다. 예를 들어, 수소는 원자번호는 1이지만, 중성자의 수에 따라, 중수소, 삼중수소가 있습니다. 우라늄은 원자번호는 92이지만, 우라늄 234, 우라늄 235, 우라늄 238 이 동위원소로 있습니다.  이 중 방사성 동위원소란, 원자번호는 같지만 중성자 수가 달라 질량수가 다른 동위원소 중 방사능을 가진 것을 말합니다. 에너지 상태가 안정되어 있는 일반적인 동위원소와 달리, 에너지 상태가 불안정해서 방사능을 방출하는 방사성 원소도 있습니다. 동위원소는 화학적 특성은 동일하지만, 물리적 특성은 다를 수 있습니다. 

 

원자핵이란 

원자핵은 원자의 핵심 부분입니다. 전기적으로 양성인 양성자(proton)와 전기를 띄지 않는 중성자(neutron)로 이루어져 있습니다. 원자핵은 원자의 대부분의 질량을 차지하고 있습니다. 동위원소라 함은 원자핵의 핵자인 중성자수가 서로 다르고, 양자수는 같다는 것을 의미합니다. 원자번호는 양성자의 수를 나타내며, 양성자와 중성자의 총 수를 나타내는 원자 질량(A)은 원자의 특성을 나타냅니다. 원자핵은 핵력을 가지고 있습니다. 양성자 간의 전자력이 아닌 강력 상호작용에 의해 원자핵이 안정되어 있습니다. 핵력은 매우 짧은 거리에서 강하게 작용하며, 핵을 안정적으로 유지합니다.

 

방사성 원소

방사선은 에너지를 가진 입자 혹은 전자기파입니다. 방사성 원소는 핵 안정성이 부족하거나, 에너지 상태가 불안정한 원소입니다. 중성자 수가 과다하거나 하여 에너지 상태가 불안정할 수 있습니다. 그러면 에너지가 안정해지는 방향으로 변하면서 방사선이 방출됩니다. 이러한 현상을 방사성붕괴라고 합니다.  방사성 원소는 알파 입자(원자핵 붕괴),  베타 입자 (전자 붕괴), 감마선 (전자미파) 등과 같은 방사선을 방출합니다.  각각의 방사선은 원자의 상태에 따라 발생합니다. 감마선의 경우, 원자핵은 변화가 없고, 단순히 에너지 상태만 변화합니다. 방사성 원소의 불안정성은 시간이 지남에 따라 해소되며, 이를 반감기라고 합니다.

 

• 알파 입자 (α 입자): 헬륨 원자핵으로 구성된 알파 입자는 대부분 안정된 상태로 간주되지만, 방사선을 방출합니다.
• 베타 입자 (β 입자): 양성자가 전자로 변환하거나 전자가 양성자로 변환하는 과정에서 발생하는 입자입니다. 
• 감마 선 (γ 선): 높은 에너지를 가진 전자기 파동입니다. 감마 선은 핵분열 반응에서 생성되며, 물질을 통과하면서 에너지를 전달할 수 있습니다.
• 중성자: 핵분열 반응에서 가장 흔하게 생성되는 입자 중 하나로, 중성자는 다른 핵에 충돌하면서 추가적인 핵분열을 유발할 수 있습니다.

대표적인 방사성 원소로는 우라늄, 토륨, 라듐, 방사성 탄소, 요오드 등이 있습니다.

 

방사성 동위원소

동위원소는 자연적으로 존재하기도 하고, 인공적으로 만들 수도 있습니다. 수소와 중수소는 자연적으로 존재하는 동위원소지만, 삼중수소의 경우 인공적으로 만든 동위원소입니다. 우라늄 234, 235, 238은 모두 자연적으로 존재하는 동위원소입니다. 인공적으로 만든 동위원소의 경우, 모두 불안정한 상태로 방사성 동위원소입니다. 자연적으로 존재하는 동위원소의 경우, 수소와 중수소는 안정된 동위원소이며, 우라늄은 모두 방사성 동위원소입니다. 

 

방사능의 활용 

방사능은 원자력 과학, 의학, 산업 등에서 다양한 분야에서 응용되고 있습니다. 방사성 원소는 의학 분야에서 방사선 치료나 방사선 진단에 사용됩니다. 방사성 동위원소의 방사선은 종양을 치료하거나 의학적 진단에 사용됩니다. 산업 분야에서는 비파괴 검사를 하거나, 품종 개발을 하는데도 사용됩니다. 

 

원자력 발전소에서의 활용

현존하는 원자력발전소는 모두 핵분열을 사용하여 발전하는 방식입니다. 이중 핵분열이란 하나의 원자핵이 두 개의 원자핵으로 분열되는 현상을 말합니다. 분열이 발생될 때, 중성자를 방출하며, 질량차이가 발생하므로 에너지가 발생합니다. 핵분열은 무거운 원소에서 주로 일어납니다. 중성자를 핵에 쏘는 방식으로 인공적으로 일어나지만, 스스로 일어나는 경우도 있습니다.  

 

 

이상으로 방사성 동위원소에 대해 알아보았습니다. 자주 쓰이는 표현이지만 정확한 뜻을 알기 어려웠는데, 그 의미를 정확히 알면 더욱더 유용하게 사용할 수 있습니다.