이온화 방사선

Ionizing radiation

핵 방사선을 포함한 이온화 방사선(또는 이온화 방사선)은 원자 또는 분자로부터 전자를 떼어내어 이온화할 수 있는 충분한 에너지를 갖는 아원자 입자 또는 전자기파로 구성됩니다.[1] 일부 입자는 빛의 속도의 99%까지 이동할 수 있으며, 전자기파는 전자기 스펙트럼의 고에너지 부분에 있습니다.

전자기 스펙트럼 중 감마선, X선, 고에너지 자외선 부분은 이온화 방사선이고, 저에너지 자외선, 가시광선, 거의 모든 종류의 레이저광, 적외선, 마이크로파, 전파는 비이온화 방사선입니다. 자외선 영역의 이온화 방사선과 비이온화 방사선의 경계는 다른 분자와 원자가 다른 에너지로 이온화되기 때문에 명확하게 정의할 수 없습니다. 이온화 방사선의 에너지는 10전자볼트(eV)에서 33eV 사이에서 시작됩니다.

대표적인 이온화 아원자 입자로는 알파 입자, 베타 입자, 중성자 등이 있습니다. 이들은 일반적으로 방사성 붕괴에 의해 생성되며, 거의 모든 것이 이온화될 수 있을 정도로 에너지가 높습니다. 뮤온, 중간자, 양전자 등 우주 광선이 지구 대기와 상호작용한 후 생성되는 2차 우주 입자도 있습니다.[2][3] 우주 광선은 또한 지구에서 방사성 동위원소(예: 탄소-14)를 생성할 수 있으며, 이 동위원소는 붕괴되어 이온화 방사선을 방출합니다. 우주 광선과 방사성 동위원소의 붕괴는 지구에서 자연적인 이온화 방사선의 주요 공급원이며, 배경 방사선의 원인이 됩니다. 이온화 방사선은 X선 튜브, 입자 가속기, 핵분열 등에 의해서도 인공적으로 생성됩니다.

이온화 방사선은 사람의 감각으로는 즉시 감지할 수 없기 때문에 가이거 계수기와 같은 장비를 사용하여 감지하고 측정합니다. 그러나 매우 높은 에너지 입자는 유기 및 무기 물질(예: 체렌코프 방사선의 물 조명) 또는 인간(예: 급성 방사선 증후군) 모두에 가시적인 영향을 미칠 수 있습니다.[4]

이온화 방사선은 의학, 원자력, 연구, 산업 제조 등 매우 다양한 분야에서 사용되고 있지만, 과도한 노출에 대한 적절한 조치가 취해지지 않으면 건강상의 위험을 초래합니다. 이온화 방사선에 노출되면 세포가 살아있는 조직에 손상을 입히고 장기가 손상됩니다. 높은 급성 선량에서는 방사선 화상과 방사선 질환을 유발하며, 장기간에 걸쳐 낮은 수준의 선량은 암을 유발할 수 있습니다.[5][6] 국제 방사선 보호 위원회(ICRP)는 이온화 방사선 보호 및 선량 섭취가 인체 건강에 미치는 영향에 대한 지침을 발표합니다.

직접 이온화 방사선

본문: 입자 방사선
알파(α) 방사선은 빠르게 움직이는 헬륨-4(4
He
) 핵으로 구성되어 있으며 종이 한 장에 의해 정지됩니다. 전자로 구성된 베타(β) 방사선은 알루미늄 판에 의해 정지됩니다. 에너지 광자로 구성된 감마선(γ) 방사선은 밀도가 높은 물질을 투과하면서 결국 흡수됩니다. 중성자(n) 방사선은 수소와 같은 가벼운 원소에 의해 차단된 자유 중성자로 구성되어 있으며, 이들은 속도를 늦추거나 포획합니다. 표시되지 않음: 양성자, 헬륨 핵과 같은 에너지를 띤 핵과 HZE 이온이라고 불리는 고전하를 띤 핵으로 구성된 은하 우주선.
구름 챔버는 이온화 방사선을 시각화하는 데 사용됩니다. 이 이미지는 포화 공기를 이온화하고 수증기 흔적을 남기는 입자의 흔적을 보여줍니다.

이온화 방사선은 직접 이온화 또는 간접 이온화로 분류될 수 있습니다.

질량을 가진 하전 입자는 충분한 운동 에너지를 가지고 있다면 쿨롱 힘을 통해 기본적인 상호작용에 의해 원자를 직접 이온화할 수 있습니다. 이러한 입자에는 원자핵, 전자, 뮤온, 전하를 띤 파이온, 양성자, 그리고 전자가 제거된 에너지를 띤 전하를 띤 핵이 포함됩니다. 상대론적인 속도로 움직일 때 (광속에 가까운) 이 입자들은 이온화할 수 있는 충분한 운동 에너지를 가지고 있지만, 상당한 속도 변화가 있습니다. 예를 들어, 일반적인 알파 입자는 c의 약 5%로 움직이지만, 33eV의 전자는 c의 약 1%로 움직입니다.

최초로 발견된 직접 이온화 방사선의 종류로는 방사성 붕괴 시 원자핵에서 분출되는 헬륨핵인 알파입자와 베타입자로 불리는 에너지 전자가 있습니다.

자연 우주 광선은 주로 상대론적 양성자로 구성되어 있지만 헬륨 이온과 HZE 이온과 같은 더 무거운 원자핵도 포함합니다. 대기 중에서 이러한 입자는 종종 공기 분자에 의해 정지되며, 이것은 짧은 수명의 대전된 파이온을 생성하고, 이 파이온은 곧 지구 표면에 도달하는 우주선 방사선의 주요 유형인 뮤온으로 붕괴됩니다. 입자 가속기에서도 파이온을 대량으로 생산할 수 있습니다.

알파입자

주요 기사: 알파입자

알파 입자는 두 개의 양성자와 두 개의 중성자가 헬륨 핵과 같은 입자로 결합되어 있습니다. 알파 입자 방출은 일반적으로 알파 붕괴 과정에서 생성됩니다.

알파 입자는 강한 이온화 형태의 방사선이지만, 방사성 붕괴에 의해 방출되면 투과력이 낮고 몇 센티미터의 공기나 사람의 피부 상층에서 흡수될 수 있습니다. 3원 핵분열에서 나오는 더 강력한 알파 입자는 에너지가 3배나 높고 공기 중에서 비례적으로 더 멀리 침투합니다. 우주선의 10~12%를 형성하는 헬륨 핵은 또한 일반적으로 방사성 붕괴에 의해 생성된 핵보다 훨씬 높은 에너지를 가지며 우주에서 차폐 문제를 일으킵니다. 하지만 이런 종류의 방사선은 지구 대기에서 상당히 흡수되는데, 지구 대기는 약 10미터의 물에 해당하는 방사선 차폐물입니다.[7]

이 알파 입자는 어니스트 러더퍼드가 1899년에 알려진 방사성 방출량을 이온화 효과의 내림차순으로 순위를 매겼을 때 그리스 알파벳 α의 첫 글자를 따서 명명되었습니다. 기호는 α 또는 α입니다2+. 헬륨 원자핵과 동일하기 때문에 +2 전하를 가진 헬륨 이온을 나타내는 He2+
 또는 He로2+
표기하기도 합니다(전자 2개가 누락됨). 이온이 주변으로부터 전자를 얻는다면 알파 입자는 일반적인 (전기적으로 중성인) 헬륨 원자 He로 기록될 수 있습니다.

베타 입자

주요 기사: 베타 입자

베타 입자는 칼륨-40과 같은 특정 유형의 방사성 핵에서 방출되는 고에너지, 고속 전자 또는 양전자입니다. 베타 입자의 생성을 베타 붕괴라고 합니다. 그것들은 그리스 문자 베타(β)로 지정됩니다. 베타붕괴에는 두− 가지 형태가 있는데, 베타붕괴는+ 각각 전자와 양전자를 발생시킵니다.[8] 베타 입자는 감마선보다는 침투력이 떨어지지만 알파 입자보다는 침투력이 높습니다.

고에너지 베타 입자는 물질을 통과할 때 브렘스트랄룽("브렘스트랄룽") 또는 2차 전자(델타레이)로 알려진 X선을 생성할 수 있습니다. 이 두 가지 모두 간접 이온화 효과를 일으킬 수 있습니다. Bremsstrahlung은 베타 입자와 일부 차폐 물질의 상호 작용으로 Bremsstrahlung이 생성되기 때문에 베타 방출체를 차폐할 때 우려됩니다. 원자번호가 높은 물질일수록 효과가 크므로 원자번호가 낮은 물질을 베타 소스 차폐에 사용합니다.

양전자 및 기타 유형의 반물질

주요 기사: 양전자와 반물질

양전자 또는 반전자는 전자의 반입자 또는 반물질 대응물입니다. 저에너지 양전자가 저에너지 전자와 충돌하면 소멸이 일어나 둘 이상의 감마선 광자의 에너지로 변환됩니다(전자-양전자 소멸 참조). 양전자는 양전하를 띤 입자이므로 쿨롱 상호작용을 통해 원자를 직접 이온화할 수 있습니다.

양전자는 양전자 방출 핵 붕괴(약한 상호작용을 통해) 또는 충분히 에너지가 있는 광자로부터의 쌍 생성에 의해 생성될 수 있습니다. 양전자는 의료용 양전자 방출 단층 촬영(PET) 스캔에 사용되는 이온화 방사선의 일반적인 인공 소스입니다.

하전핵

하전 핵은 은하 우주선과 태양 입자 사건의 특징이며 알파 입자(하전 헬륨 핵)를 제외하고는 지구상에 천연 소스가 없습니다. 그러나 우주에서는 매우 높은 에너지의 양성자, 헬륨 핵, HZE 이온이 차폐물, 옷, 또는 피부의 비교적 얇은 층에 의해 초기에 정지될 수 있습니다. 그러나 결과적인 상호 작용은 2차 방사선을 생성하고 계단식 생물학적 효과를 유발합니다. 예를 들어, 단 하나의 조직 원자가 에너지가 있는 양성자에 의해 변위된다면, 충돌은 신체에서 더 많은 상호 작용을 일으킬 것입니다. 이를 "선형 에너지 전달"(LET)이라고 하며, 탄성 산란을 활용합니다.

LET는 첫 번째 공의 에너지를 둘 사이에 불균등하게 나누면서 운동량을 보존하는 방식으로 다른 공을 치는 당구공으로 시각화할 수 있습니다. 하전된 핵이 우주에서 상대적으로 느리게 움직이는 물체의 핵에 부딪히면 LET가 발생하고 충돌에 의해 중성자, 알파 입자, 저에너지 양성자 및 기타 핵이 방출되어 조직의 총 흡수량에 기여합니다.[9]

간접 전리 방사선

간접 이온화 방사선은 전기적으로 중성이며 물질과 강하게 상호 작용하지 않기 때문에 이온화 효과의 대부분은 2차 이온화로 인한 것입니다.

광자 복사

참고 항목: 감마선 및 X선
다양한 유형의 전자기 방사선
감마선에 대한 납의 총 흡수 계수(원자 번호 82), 감마 에너지 대비 플롯 및 세 효과에 의한 기여도. 광전 효과는 낮은 에너지에서 지배적이지만 5 MeV 이상에서는 쌍 생성이 지배적이기 시작합니다.

광자는 전기적으로 중성이지만 광전 효과와 콤프턴 효과를 통해 간접적으로 원자를 이온화할 수 있습니다. 이러한 상호작용 중 하나는 상대론적 속도로 원자에서 전자를 방출하여 그 전자를 다른 원자를 이온화하는 베타 입자(2차 베타 입자)로 만듭니다. 이온화된 원자의 대부분이 2차 베타 입자에 의한 것이기 때문에 광자는 간접적으로 이온화된 방사선입니다.[10]

방사광자는 핵반응, 아원자 입자 붕괴, 핵 내의 방사성 붕괴에 의해 생성되는 경우 감마선이라고 합니다. 그것들은 핵 밖에서 생성되는 경우 X선이라고 불립니다. 일반적인 용어 "광자"는 두 가지를 모두 설명하는 데 사용됩니다.[11][12][13]

일반적으로 X선은 감마선보다 낮은 에너지를 가지고 있으며, 더 오래된 관례는 경계를 10−11 m 파장(또는 100 keV의 광자 에너지)으로 정의하는 것이었습니다.[14] 이 임계값은 오래된 X선 튜브의 역사적 한계와 이성질체 전이에 대한 낮은 인식에 의해 주도되었습니다. 현대 기술과 발견은 X선과 감마 에너지 사이에 중복되는 것을 보여주었습니다. 많은 분야에서 기능적으로 동일하며, 방사선의 기원에 대해서만 지상 연구에 따라 다릅니다. 그러나 방사선의 기원을 종종 확실하게 결정할 수 없는 천문학에서는 오래된 에너지 분할이 보존되어 왔으며, X선은 소스에 관계없이 약 120 eV에서 120 keV 사이의 에너지로, 감마선은 100 ~ 120 keV 이상의 에너지로 정의되었습니다. 대부분의 천문학적 "감마선 천문학"은 핵 방사능 과정에서 비롯된 것이 아니라 훨씬 더 에너지가 강한 전자에 의해 구동되는 것을 제외하고는 천문학적 X선을 생성하는 과정과 같은 과정에서 비롯된 것으로 알려져 있습니다.

광전 흡수는 100keV 미만의 광자 에너지에 대한 유기 물질의 지배적인 메커니즘으로, 전형적인 X선 튜브 기원 X선의 전형입니다. 100keV를 초과하는 에너지에서 광자는 콤프턴 효과를 통해 물질을 점점 더 이온화한 다음 5 MeV를 초과하는 에너지에서 쌍 생성을 통해 간접적으로 물질을 이온화합니다. 첨부된 상호작용 다이어그램은 두 개의 콤프턴 산란이 순차적으로 발생하는 것을 보여줍니다. 모든 산란 사건에서 감마선은 전자에 에너지를 전달하고, 다른 방향과 감소된 에너지로 경로를 계속합니다.

저에너지 광자의 정의 경계

참고 항목: 자외선

세슘의 경우 모든 원소의 가장 낮은 이온화 에너지는 3.89eV입니다. 그러나 미국 연방통신위원회 자료는 이온화 방사선을 광자 에너지가 10eV(124나노미터의 원자외선 파장에 해당) 이상인 것으로 정의하고 있습니다.[15] 대략적으로 이것은 산소의 첫 번째 이온화 에너지와 수소의 이온화 에너지 모두에 해당하며, 둘 다 약 14 eV입니다.[16] 일부 환경보호국 참고문헌에서는 33eV의 에너지에서 전형적인 물 분자의 이온화를 이온화 방사선의 적절한 생물학적 임계값으로 언급하고[17] 있습니다. 이 값은 형성된 이온당 가스 쌍에 소비되는 ICRU의 평균 에너지에 대한 구어체 이름인 소위 W-값을 나타냅니다.[18] 이온화 에너지와 여기와 같은 다른 프로세스에 손실된 에너지를 결합합니다.[19] 전자기 복사의 경우 38나노미터 파장에서 33eV는 약 125eV에서 발생하는 극자외선과 X선 복사 사이의 기존 10nm 파장 전이에서의 에너지에 가깝습니다. 따라서 X선 방사선은 항상 이온화되지만 모든 정의에서 극자외선 방사선만 이온화된 것으로 간주할 수 있습니다.

방사선 상호작용: 감마선은 물결선으로, 하전 입자는 직선으로, 중성자는 직선으로 표시됩니다. 작은 원들은 이온화가 일어나는 곳을 보여줍니다.

중성자

주요 기사: 중성자 및 중성자 복사

중성자는 중성 전하를 가지고 있기 때문에 종종 0 전하로 오해되어 단 한 번의 단계나 물질과의 상호 작용에서 직접적으로 이온화를 일으키지 않습니다. 그러나 빠른 중성자는 입자가 이동하는 물질로 이동하는 에너지인 선형 에너지 전달을 통해 수소의 양성자와 상호 작용할 것입니다. 이 메커니즘은 표적 영역에 있는 물질의 핵을 산란시켜 수소 원자의 방향 이온화를 일으킵니다. 중성자가 수소 핵에 부딪히면 양성자 복사(빠른 양성자)가 발생합니다. 이 양성자들은 높은 에너지를 가지고 있고, 전하를 띠고 있으며, 물질의 전자와 상호 작용하기 때문에 스스로 이온화하고 있습니다.

만약 선형 에너지 전달이 일어난다면, 수소 외에 다른 핵을 타격하는 중성자는 상대 입자에 더 적은 에너지를 전달할 것입니다. 그러나 중성자에 의해 타격된 많은 핵들에 대해 비탄성 산란이 발생합니다. 탄성 산란이 발생하는지 비탄성 산란이 발생하는지 여부는 중성자의 속도에 따라 빠르든 열 산란이든 그 사이 어딘가에 달려 있습니다. 또한 타격하는 핵과 중성자 단면에 따라 다릅니다.

비탄성 산란에서 중성자는 중성자 포획이라는 핵반응의 한 종류에 쉽게 흡수되고 핵의 중성자 활성화에 기인합니다. 이런 식으로 대부분의 물질과 중성자 상호작용을 하면 보통 방사성 핵이 생성됩니다. 예를 들어, 풍부한 산소-16 핵은 중성자 활성화를 거치며, 질소-16을 형성하는 양성자 방출에 의해 빠르게 붕괴되어 산소-16으로 붕괴됩니다. 수명이 짧은 질소-16 붕괴는 강력한 베타선을 방출합니다. 이 프로세스는 다음과 같이 작성할 수 있습니다.

16O (n,p) N (11 MeV 이상의 중성자로 빠른 중성자 포획 가능)

16N → 16O + β− (Decay t1/2 = 7.13 s)

이 고에너지 β는 브렘스트랄룽을 통해 고에너지 γ을 방출하면서 다른 핵과 빠르게 상호작용합니다.

호의적인 반응은 아니지만, O(n,p)N 반응은 가압수형 원자로의 냉각수에서 방출되는 X선의 주요 공급원이며, 수냉식 원자로가 작동하는 동안 발생하는 방사선에 막대한 기여를 합니다.

중성자를 가장 잘 차폐하기 위해 수소가 풍부한 탄화수소를 사용합니다.

핵분열성 물질에서 2차 중성자는 핵 연쇄 반응을 일으켜 핵분열의 딸 생성물로부터 더 많은 양의 이온화를 일으킬 수 있습니다.

핵 밖에서는 자유 중성자가 불안정하며 평균 수명은 14분 42초입니다. 자유 중성자는 전자와 전자 반중성미자가 방출되어 양성자가 되는데, 이 과정을 베타 붕괴라고 합니다.[20]

인접한 도표에서 중성자는 표적 물질의 양성자와 충돌한 다음 차례로 이온화되는 빠른 반동 양성자가 됩니다. 경로가 끝날 때 중성자는 (n, γ) 반응으로 핵에 포획되어 중성자 포획 광자가 방출됩니다. 이러한 광자는 항상 이온화 방사선의 자격을 얻기에 충분한 에너지를 가지고 있습니다.

물리적 효과

본문: 방사선 피해
이온화된 공기는 사이클로트론에서 나오는 입자 이온화 방사선 빔 주위에서 파란색으로 빛납니다.

핵효과

중성자 방사선, 알파 방사선 및 극도로 에너지가 높은 감마선(> ~20 MeV)은 핵 변환 및 유도 방사능을 유발할 수 있습니다. 관련 메커니즘은 중성자 활성화, 알파 흡수 및 광분해입니다. 충분히 많은 수의 변환은 원래 소스가 제거된 후에도 거시적 특성을 변경하고 표적 자체가 방사성을 띠게 할 수 있습니다.

화학적 효과

본문: 방사선화학

분자의 이온화는 방사성 분해(화학 결합 파괴)와 반응성이 높은 활성 라디칼의 형성으로 이어질 수 있습니다. 이 활성산소는 원래의 방사선이 멈춘 후에도 이웃 물질과 화학적으로 반응할 수 있습니다. (예: 공기의 이온화에 의해 형성된 오존에 의한 중합체의 오존 분해). 이온화 방사선은 또한 반응에 필요한 활성화 에너지에 기여함으로써 중합 및 부식과 같은 기존의 화학 반응을 가속화할 수 있습니다. 광학 재료는 이온화 방사선의 영향으로 열화됩니다.

공기 중의 높은 강도의 이온화 방사선은 선명한 블루-퍼플 색상의 가시적인 이온화된 공기 광채를 생성할 수 있습니다. 예를 들어, 원자력 폭발 직후 버섯 구름 주변이나 체르노빌 참사 때처럼 손상된 원자로 내부에서 빛이 나는 것을 관찰할 수 있습니다.

단원자 유체, 예를 들어 용융 나트륨은 끊어질 화학적 결합이 없고 방해할 결정 격자가 없기 때문에 이온화 방사선의 화학적 영향에 면역이 있습니다. 플루오르화수소와 같이 엔탈피 형성이 매우 음인 단순 이원자 화합물은 이온화 후 빠르고 자발적으로 변형됩니다.

전기적 효과

물질의 이온화는 일시적으로 전도도를 증가시켜 잠재적으로 손상된 전류 수준을 허용합니다. 이는 전자 장비에 사용되는 반도체 마이크로 일렉트로닉스에서 특히 위험하며, 후속 전류는 작동 오류를 유발하거나 장치를 영구적으로 손상시킵니다. 원자력 산업 및 대기 외(공간) 응용과 같은 높은 방사선 환경을 위한 장치는 설계, 재료 선택 및 제조 방법을 통해 방사선이 그러한 영향에 저항하기 어렵게 만들 수 있습니다.

우주에서 발견되는 양성자 방사선은 또한 디지털 회로에서 단일 사건의 반전을 일으킬 수 있습니다. 이온화 방사선의 전기적 효과는 가스로 채워진 방사선 검출기, 예를 들어 가이거-뮬러 카운터 또는 이온 챔버에서 활용됩니다.

건강에 미치는 영향

본문: 방사선생물학

이온화 방사선 노출로 인한 대부분의 건강 악영향은 다음과 같은 두 가지 일반 범주로 분류할 수 있습니다.

  • 방사선 화상으로 인한 고선량 후 세포의 사멸 또는 오작동으로 인한 결정론적 효과(harmful 조직 반응).
  • 확률적 효과, 즉 체세포의 돌연변이로 인한 노출된 개인의 암 발생 또는 생식(생식)[21] 세포의 돌연변이로 인한 자손의 유전성 질병을 포함하는 암 및 유전성 효과.

가장 일반적인 영향은 노출 후 수년 또는 수십 년의 잠재 기간을 가진 확률적 암 유발입니다. 예를 들어, CML을 가진 대부분의 사람들은 방사선에 노출되지 않았지만,[22][23][24] 이온화 방사선은 만성 골수성 백혈병의 한 원인입니다.[23][24] 이것이 일어나는 메커니즘은 잘 알려져 있지만 위험 수준을 예측하는 정량적 모델은 여전히 논란의 여지가 있습니다.[citation needed]

가장 널리 받아들여지고 있는 모델인 LNT(Linear no-threshold model)는 이온화 방사선으로 인한 암 발생률이 시버트당 5.5%의 비율로 유효 방사선량에 따라 선형적으로 증가한다고 주장합니다.[25] 이것이 맞다면 자연 배경 방사선은 일반 공중 보건에 가장 위험한 방사선원이며 의료 영상이 그 뒤를 이습니다. 이온화 방사선의 다른 확률적 효과는 기형 발생, 인지 기능 저하, 심장 질환입니다.[citation needed]

DNA는 항상 전리 방사선에 의해 손상되기 쉽지만, DNA 분자는 또한 피리미딘 이량체를 형성하기 위해 특정 분자 결합을 자극할 수 있는 충분한 에너지를 가진 방사선에 의해 손상될 수 있습니다. 이 에너지는 이온화보다 적을 수 있지만, 그 근처에 있을 수 있습니다. 좋은 예는 동일한 에너지 레벨에서 약 3.1 eV(400 nm)에서 시작되는 자외선 스펙트럼 에너지로, 콜라겐의 광반응과 DNA(예: 피리미딘 이량체)의 손상으로 인해 보호되지 않은 피부에 일광 화상을 입힐 수 있습니다. 따라서 중저자외선 전자기 스펙트럼은 이온화에는 미치지 못하지만 유사한 비열적 영향을 미치는 분자의 전자 자극으로 인해 생체 조직에 손상을 입힙니다. 가시광선과 가시에너지에 가장 가까운 자외선 A(UVA)는 피부에서 활성산소종을 형성하는 것으로 어느 정도 입증되었는데, 이는 전자적으로 흥분된 분자이기 때문에 간접적인 손상을 유발할 수 있으며, 이는 일광화상(홍반)을 유발하지는 않지만 반응성 손상을 일으킬 수 있습니다.[26] 이온화 손상과 마찬가지로 피부의 이러한 모든 효과는 단순한 열 영향으로 인해 발생하는 효과를 뛰어 넘습니다.[citation needed]

방사선 측정

아래 표는 SI 및 비SI 단위의 방사선량 및 선량량을 보여줍니다.

검출된 이온화 방사선과 방사능의 관계 주요 요소는 방사능 소스의 강도, 전송 효과 및 계측기 감도입니다.
방사선 측정 방법
양 디텍터 CGS 단위 SI 단위 기타단위
붕괴율 큐리 겁이 많은
입자 플럭스 가이거 계수기, 비례 계수기, 섬광기 수를 세어 보다/cm2 · 초 수를 세어 보다/미터2 · 초 분당 카운트, 초당 cm당2 입자 수
에너지 영향력 열발광 선량계, 필름 배지 선량계 MeV/cm2 줄/미터2
빔 에너지 비례 계수기 전자볼트 줄
선형 에너지 전달 파생 수량 MeV/cm 줄/미터 keV/μm
케르마 이온화 챔버, 반도체 검출기, 석영 섬유 선량계, 키어니 낙진계 에수/cm3 그레이(줄/kg) 뢴트겐
흡수선량 열량계 래드 회색의 대리인
당량 파생 수량 렘 시버트(줄/kg×WR)
유효용량 파생 수량 렘 시버트(줄/kg × WT × WR) 브렛
용량확약 파생 수량 렘 체로 치다 바나나 당량

방사선의 이용

주요 기사: 원자력기술과 전파생물학

이온화 방사선은 산업적, 군사적, 의료적 용도가 많습니다. 그 유용성은 시간이 지남에 따라 변화하는 절충안인 위험과 균형을 이루어야 합니다. 예를 들어, 한때 미국의 신발 가게 조수들이 아이의 신발 크기를 확인하기 위해 X선을 사용했지만, 이온화 방사선의 위험성이 더 잘 이해되면서 이 관행은 중단되었습니다.[27]

중성자 방사선은 원자로와 핵무기의 작동에 필수적입니다. X선, 감마선, 베타선 및 양전자 방사선의 투과력은 의료 영상, 비파괴 검사 및 다양한 산업용 게이지에 사용됩니다. 방사성 추적기는 생물학 및 방사선 화학뿐만 아니라 의료 및 산업 응용 분야에 사용됩니다. 알파 방사선은 정적 제거기 및 연기 감지기에 사용됩니다. 이온화 방사선의 살균 효과는 의료 기구 세척, 식품 조사 및 멸균 곤충 기술에 유용합니다. 탄소-14의 측정은 오래 죽은 생물(수천 년 된 나무와 같은)의 유해의 연대를 측정하는 데 사용될 수 있습니다.

방사선원

이온화 방사선은 핵 반응, 핵 붕괴, 매우 높은 온도 또는 전자기장에서 하전 입자의 가속을 통해 생성됩니다. 자연적인 원천으로는 태양, 번개, 초신성 폭발이 있습니다. 인공 소스에는 원자로, 입자 가속기 및 X선 튜브가 포함됩니다.

유엔 원자력 방사선 영향 과학 위원회(UNSCEAR)는 인체 노출 유형을 항목별로 분류했습니다.

방사선 피폭의 종류
공개 노출
내츄럴 소스 정상적인 발생 우주복사
지상방사선
향상된 소스 금속 채굴 및 제련
인산염 산업
석탄광산 및 전력생산
석유 및 가스 시추
희토류 및 이산화티타늄 산업
지르코늄 및 세라믹 산업
라듐과 토륨의 응용
기타 노출 상황
인간이 만든 소스 평화적 목적 원자력 발전
핵 및 방사성 물질의 수송
원자력 이외의 용도
군사적 목적 핵실험
환경에 남아있는 잔재물. 핵낙진
역사적 상황
사고로 인한 노출
직업적 방사선 피폭
내츄럴 소스 항공승무원과 우주승무원의 우주선 피폭
추출 및 가공 산업에서의 노출
가스 및 석유 추출 산업
광산 이외의 사업장에서의 라돈 노출
인간이 만든 소스 평화적 목적 원자력 산업
방사선의 의학적 이용
방사선의 산업적 용도
기타용도
군사적 목적 기타 노출근로자
출처 UNSCEAR 2008 부속서 B 검색 2011-7-4

국제 방사선 보호 위원회는 선량 흡수에 대한 권장 한도를 설정하는 국제 방사선 보호 시스템을 관리합니다.

배경 복사

주요 기사: 배경 방사선

배경 방사선은 자연 및 인간이 만든 소스 모두에서 나옵니다.

전리방사선에 대한 인간의 전 세계 평균 피폭량은 연간 약 3mSv(0.3rem)이며, 이 중 80%가 자연에서 발생합니다. 나머지 20%는 주로 의료 영상에서 인간이 만든 방사선원에 노출된 결과입니다. 인간이 만든 평균 노출은 선진국에서 훨씬 더 높으며, 대부분 CT 스캔과 핵의학 때문입니다.

자연배경복사는 우주복사, 태양복사, 외부지상복사, 인체복사, 라돈 등 5가지 주요 발생원에서 발생합니다.

자연 방사선의 배경 비율은 위치에 따라 상당히 다르며, 일부 지역에서는 1.5mSv/a(연간 1.5mSv) 정도로 낮고 다른 지역에서는 100mSv/a 이상입니다. 모나자이트로 구성된 브라질 검은 해변에서 지구 표면에 기록된 순수한 자연 방사선의 최고 수준은 90 µ Gy/h (0.8 Gy/a)입니다. 사람이 사는 지역에서 가장 높은 배경 방사선은 람사르에서 발견되는데, 주로 건축 재료로 사용되는 자연 방사능 석회암 때문입니다. 가장 많이 노출된 거주자 중 약 2000명은 연간 평균 10 mGy의 방사선량을 받고 있는데, 이는 인공적인 공급원으로부터의 일반인 노출에 대한 ICRP 권장 한도의 10배에 해당합니다.[29] 외부 방사선으로 인한 유효 방사선량이 135 mSv/a(13.5 rem/yr), 라돈으로 인한 허용 선량이 640 mSv/a(64.0 rem/yr)인 주택에서 기록 수준이 발견되었습니다.[30] 이 독특한 경우는 세계 평균 배경 방사선보다 200배 이상 높습니다. 람사르의 주민들이 받는 높은 수준의 배경 방사선에도 불구하고, 그들이 더 큰 건강 위험을 경험한다는 확실한 증거는 없습니다. ICRP 권장 사항은 보수적인 한계이며 실제 건강 위험을 과도하게 나타낼 수 있습니다. 일반적으로 방사선 안전 조직은 주의 측면에서 오류를 범하는 것이 최선이라는 가정하에 가장 보수적인 한계를 권장합니다. 이 정도의 주의는 적절하지만 배경 방사선 위험에 대한 두려움을 조성하는 데 사용되어서는 안 됩니다. 배경 방사선으로 인한 방사선 위험은 심각한 위협이 될 수 있지만 환경의 다른 모든 요인에 비해 전반적으로 작은 위험일 가능성이 더 높습니다.

우주복사

참고 항목: 우주선

지구와 그 위에 있는 모든 생명체들은 태양계 밖에서 끊임없이 방사능의 폭격을 받습니다. 이 우주 방사선은 상대론적 입자로 구성되어 있습니다. 1개의 양성자(약 85%)에서 26개의 철 원자핵까지 양전하를 띤 원자핵(이온)이 있습니다. (고원자수 입자를 HZE 이온이라고 합니다.) 이 방사선의 에너지는 가장 큰 입자가속기(초고에너지 우주선 참조)에서도 인간이 만들 수 있는 에너지를 훨씬 초과할 수 있습니다. 이 방사선은 대기 중에서 상호작용하여 X선, 뮤온, 양성자, 반양성자, 알파입자, 파이온, 전자, 양전자, 중성자 등을 포함한 비가 내리는 2차 방사선을 생성합니다.

우주 방사선의 선량은 주로 뮤온, 중성자, 전자에서 나오며, 선량률은 세계 여러 지역에서 다르고 주로 지자기장, 고도, 태양 주기에 따라 다릅니다. 유엔 UNSCEAR 2000 보고서(아래 링크 참조)에 따르면, 항공사 승무원들은 원자력 발전소의 승무원들을 포함하여 다른 어떤 근로자들보다 평균적으로 더 많은 선량을 받고 있습니다. 항공사 승무원들이 이런 종류의 방사선이 최대인 높은 고도에서 북극이나 남극에 가깝게 접근하는 비행 경로를 일상적으로 작업한다면 더 많은 우주선을 받을 수 있습니다.

우주선에는 태양이나 인간이 생산하는 에너지를 훨씬 뛰어넘는 고에너지 감마선도 포함됩니다.

외부지상파출처

지구상의 대부분의 물질은 비록 적은 양일지라도 일부 방사성 원자를 포함하고 있습니다. 이러한 공급원에서 받는 선량의 대부분은 건축 자재의 감마선 방출기 또는 외부의 경우 암석 및 토양에서 발생합니다. 지상 방사선의 주요 방사성 핵종은 칼륨, 우라늄, 토륨의 동위 원소입니다. 이들 각각의 원천은 지구가 형성된 이후 활동이 감소하고 있습니다.

내부방사선원

참고 항목: 용량확약

생명체의 구성 요소인 모든 지상 물질에는 방사성 성분이 포함되어 있습니다. 인간, 식물 및 동물이 음식, 공기 및 물을 섭취함에 따라 유기체 내에 방사성 동위원소 재고가 축적됩니다(바나나 등가 용량 참조). 칼륨-40과 같은 일부 방사성 핵종은 민감한 전자 방사선 측정 시스템으로 측정할 수 있는 고에너지 감마선을 방출합니다. 이러한 내부 방사선원은 자연 배경 방사선으로부터 개인의 총 방사선량에 기여합니다.

라돈

참고 항목: 라돈이 건강에 미치는 영향

자연 방사선의 중요한 공급원은 라돈 가스인데, 라돈 가스는 암반에서 지속적으로 누출되지만 밀도가 높기 때문에 환기가 잘 되지 않는 주택에 축적될 수 있습니다.

라돈-222는 라듐-226의 α-붕괴에 의해 생성되는 기체입니다. 둘 다 천연 우라늄 붕괴 사슬의 일부입니다. 우라늄은 전 세계의 토양에서 다양한 농도로 발견됩니다. 라돈은 비흡연자 중 폐암의 가장 큰 원인이며 전체적으로 두 번째로 높은 원인입니다.[31]

방사선 피폭

정상 활동부터 체르노빌 원자로 사고까지 다양한 상황에서의 방사선 수준. 스케일을 한 단계 높일 때마다 방사선 수치가 10배 증가한다는 것을 나타냅니다.
사소한 것부터 치명적인 것까지 시버트로 다양한 선량의 방사선.
일상생활 활동에 의한 방사선 피폭의 시각적 비교.
본문: 방사선 방호

노출을 제한하는 세 가지 표준 방법이 있습니다.

  1. 시간: 자연적인 배경 방사선 외에 방사선에 노출된 사람의 경우 노출 시간을 제한하거나 최소화하면 방사선원의 선량이 감소합니다.
  2. 거리: 거리에 따라 복사 강도는 (절대 진공 상태에서) 역제곱 법칙에 따라 급격히 감소합니다.[32]
  3. 차폐: 공기나 피부는 알파 및 베타 방사선을 상당히 약화시키기에 충분할 수 있습니다. 납, 콘크리트 또는 물의 장벽은 감마선 및 중성자와 같은 더 침투하는 입자로부터 효과적인 보호를 제공하기 위해 종종 사용됩니다. 일부 방사성 물질은 두꺼운 콘크리트로 구성되거나 납으로 된 방에서 수중 또는 원격 제어에 의해 저장 또는 취급됩니다. 베타 입자를 막는 특수 플라스틱 방패가 있으며 공기는 대부분의 알파 입자를 막을 것입니다. 방사선을 차폐하는 재료의 효과는 방사선을 절반으로 줄이는 재료의 두께인 반값 두께에 의해 결정됩니다. 이 값은 물질 자체와 이온화 방사선의 종류와 에너지의 함수입니다. 일반적으로 허용되는 감쇠 물질의 두께는 대부분의 베타 입자의 경우 알루미늄 5mm, 감마선의 경우 납 3인치입니다.

이 모든 것은 자연 및 인간이 만든 소스에 적용할 수 있습니다. 인간이 만든 소스의 경우 Containment를 사용하는 것은 선량 흡수를 줄이는 주요 도구이며 개방 환경으로부터 차단과 격리를 효과적으로 결합한 것입니다. 방사성 물질은 가능한 한 가장 작은 공간에 갇혀 있으며 핫셀(방사선용) 또는 글로브박스(오염용)와 같은 환경에 노출되지 않습니다. 예를 들어, 의료용 방사성 동위원소는 폐쇄된 취급 시설, 일반적으로 글로브박스에 분배되는 반면, 원자로는 방사성 물질을 포함하는 다수의 장벽이 있는 폐쇄된 시스템 내에서 작동합니다. 작업실, 핫셀 및 글로브박스는 공기 중 물질이 개방 환경으로 빠져나가는 것을 방지하기 위해 공기압을 약간 낮췄습니다.

원자력 분쟁이나 민간 핵 방출 시 민방위 조치는 동위원소의 섭취와 직업적 노출을 줄임으로써 인구의 노출을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. 하나는 방사성 요오드(핵분열의 주요 방사성 동위원소 생성물 중 하나)가 인간의 갑상선으로 흡수되는 것을 차단하는 요오드화칼륨(KI) 정제 문제입니다.

직업적 노출

직업적으로 노출된 개인은 그들이 일하는 국가의 규제 체계 내에서 그리고 모든 현지 원자력 면허 제약에 따라 통제됩니다. 이는 일반적으로 국제 방사선 보호 위원회의 권장 사항을 기반으로 합니다. ICRP에서는 인공 방사선 조사를 제한할 것을 권장합니다. 직업적 노출의 경우, 제한은 1년에 50mSv, 연속 5년 기간에 최대 100mSv입니다.[25]

방사선량계 및 방사선 방호 장비를 사용하여 방사선 입자 농도, 면적 감마선량 측정 및 방사선 오염을 측정하여 이러한 개인의 방사선 피폭을 주의 깊게 모니터링합니다. 합법적인 용량 기록을 유지합니다.

직업적 노출이 우려되는 활동의 예는 다음과 같습니다.

인간이 만든 방사선원 중에는 유효 선량(방사선)으로 알려진 직접 방사선을 통해 신체에 영향을 미치는 것도 있고, 방사능 오염의 형태를 띠고 내부에서 신체를 조사하는 것도 있습니다. 후자는 약속된 용량으로 알려져 있습니다.

공개 노출

진단 엑스레이, 핵의학, 방사선 치료와 같은 의료 절차는 인간이 일반인에게 방사선을 노출시키는 가장 중요한 원천입니다. 사용된 주요 방사성 핵종으로는 I-131, Tc-99m, Co-60, Ir-192 및 Cs-137이 있습니다. 대중은 또한 담배(폴로늄-210), 가연성 연료(가스, 석탄 등), 텔레비전, 야광 시계 및 다이얼(트리튬), 공항 엑스레이 시스템, 연기 감지기(아메리카늄), 전자 튜브 및 가스 랜턴 맨틀(토륨)과 같은 소비자 제품에서 나오는 방사선에 노출됩니다.

규모가 작은 일반인들은 우라늄 처리부터 사용후 연료의 처리까지 모든 과정을 포함하는 핵연료 주기의 방사선에 노출됩니다. 그러한 노출의 영향은 극도로 낮은 선량으로 인해 안정적으로 측정되지 않았습니다. 반대자들은 선량당 암 모델을 사용하여 이러한 활동이 연간 수백 건의 암을 유발한다고 주장하며, 이는 널리 받아들여지고 있는 선형 비임계 모델(LNT)의 적용입니다.

국제 방사선 보호 위원회는 의료 및 직업적 노출을 포함하지 않고 연간 평균 1mSv(0.001Sv)의 유효 선량으로 대중에 대한 인공 방사선 조사를 제한할 것을 권장합니다.[25]

핵전쟁에서는 초기 무기 폭발과 낙진으로 인한 감마선이 방사선 피폭의 원인이 될 것입니다.

우주비행

거대 입자는 태양 양성자 사건(SPE)에서 태양 입자를, 우주 소스에서 은하 우주선을 받는 지구 자기장 밖의 우주 비행사들의 관심사입니다. 이 고에너지 하전 핵들은 지구의 자기장에 의해 막혀 있지만, 달과 지구 궤도 너머의 먼 곳으로 여행하는 우주 비행사들에게 큰 건강 문제를 제기합니다. 특히 은하계 우주선의 대부분은 양성자이지만, 전하가 높은 HZE 이온은 매우 손상되는 것으로 알려져 있습니다. 과거 SPE 방사선 수치는 보호받지 못한 우주비행사들에게 치명적이었을 것임을 보여주는 증거입니다.[35]

항공여행

항공 여행은 항공기에 탑승한 사람들을 우주선과 태양 플레어 사건을 포함한 해수면에 비해 우주에서 발생하는 방사선에 노출시킵니다.[36][37] Epcard, CARI, SIEVER, PCAIRE와 같은 소프트웨어 프로그램은 항공 승무원과 승객에 의한 노출을 시뮬레이션하기 위한 시도입니다.[37] 측정된 선량(시뮬레이션된 선량이 아님)의 예로는 런던 히드로에서 동경 나리타까지 시간당 6μSv가 있습니다.[37] 그러나 선량은 태양 활동이 많은 기간과 같이 다양할 수 있습니다.[37] 미국 FAA는 항공사가 우주 방사선에 대한 정보를 승무원에게 제공하도록 요구하고 있으며, 일반 대중을 위한 국제 방사선 보호 위원회 권고는 연간 1mSv 이하입니다.[37] 또한, 많은 항공사들은 임신한 승무원들이 유럽 지침을 준수하는 것을 허용하지 않습니다.[37] FAA는 임신 시 총 1mSv, 월 0.5mSv 이하의 권장 한도를 가지고 있습니다.[37] 원래 2008년에 출판된 항공우주 의학의 기초에 기초한 정보입니다.[37]

방사선 위험 경고 표지

위험한 수준의 이온화 방사선은 노란색 바탕의 트레포일 표지판으로 표시됩니다. 이것들은 일반적으로 방사선 통제 구역의 경계 또는 인간의 개입으로 방사선 수준이 배경보다 상당히 높은 곳에 게시됩니다.

재이온화 방사선 경고 기호(ISO 21482)는 2007년에 출시되었으며, 식품 조사기, 암 치료용 원격 치료기 및 산업 방사선 촬영 장치를 포함하여 사망 또는 중상을 입을 수 있는 위험원으로 정의된 IAEA 카테고리 1, 2 및 3 소스를 대상으로 합니다. 기호는 장치를 해체하거나 더 이상 접근하지 말라는 경고로 소스를 수용하는 장치에 배치해야 합니다. 누군가 장치를 분해하려고 시도하는 경우에만 정상적인 사용 하에서는 표시되지 않습니다. 이 기호는 건물 출입문, 운송 패키지 또는 컨테이너에 위치하지 않습니다.[38]

  • Ionizing radiation hazard symbol
    이온화 방사선 위험 기호
  • 2007 ISO radioactivity danger symbol intended for IAEA Category 1, 2 and 3 sources defined as dangerous sources capable of death or serious injury.[38]
    IAEA 카테고리 1, 2, 3의 위험원을 대상으로 한 2007년 ISO 방사능 위험 기호는 사망 또는 심각한 부상을 초래할 수 있는 위험원으로 정의됩니다.[38]

참고 항목

참고문헌

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문학.

외부 링크