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방사성 붕괴와 반감기

불안정한 원자핵의 치열한 몸부림

방사성 붕괴와 반감기

불안정한 원자핵은 외부의 자극 없이도 원자핵 안에 있는 입자와 에너지를 방출하면서 크기를 줄여 나가는, 즉 붕괴 되는 과정을 거치면서 안정화되려는 경향이 있습니다.
이런 현상을 '방사성 붕괴'라고 합니다.
그렇다면 불안정한 원자핵은 왜 생겨나게 됐을까요? 보통 원자핵은 양성자와 중성자가 '핵력'이라고 부르는 아주 강한 힘으로 단단히 결합되어 있습니다.
이런 원자핵은 '안정된 상태'를 유지한다고 말할 수 있습니다.

하지만 라듐, 토륨처럼 양성자 수가 매우 많은 원자핵의 경우, 상태가 불안정해지기 쉽습니다.
같은 전기를 띤 양성자끼리 서로 밀어내는 힘이 강하게 작용하기 때문입니다.
다시 말해 원자핵이 불안정하게 되는 것은 양성자와 중성자가 서로 결합하는 힘보다 양성자가 서로 밀어내는 힘이 강하기 때문입니다.
이로 인해 방사성 붕괴가 발생하고, 붕괴가 거듭되면 원자핵이 처음에 갖고 있었던 방사능의 양은 점점 줄어 들게 됩니다.
이 기간을 '반감기'라고 합니다. '반으로 줄어들 때까지 걸리는 기간'이란 뜻입니다. 반감기는 방사성 물질이 미치는 영향이나 위험성을 알아볼 수 있는 요소 중 하나입니다.
반감기가 짧다는 것은 안정된 핵종(원소)로 빨리 변화한다는 것을 뜻합니다.

하지만 방사성 핵종마다 내보내는 방사선의 종류와 양이 다르므로 방사선의 위험성은 반감기 외에도 방사선의 특성 및 세기 등 여러 가지 요소를 함께 살펴야 합니다.
반감기는 크게 물리적 반감기와 생물학적 반감기로 구분됩니다.
물리적 반감기는 자연 상태에서 방사성 붕괴를 통해 방사능이 절반으로 감소하는 기간입니다.
일반적으로 '반감기'라고 하면 물리적 반감기를 가리키는 경우가 많습니다.

주요 방사성 핵종과 반감기
  • 구분 물리적 반감기 생물학적 반감기 유효 반감기
  • 방사성 요오드(I-131) 8.04일 138일 7.6일
  • 방사성 세슘(Cs-137) 30년 109일 108일
  • 방사성 스트론튬(Sr-90) 30년 35년 16년
  • 플루토늄(Pu-239) 24,300년 200년 198년

생물학적 반감기는 몸 안으로 들어온 방사성 물질이 소화, 배설 등의 작용으로 몸 밖으로 빠져나가면서 방사능이 절반으로 줄어들기까지 걸리는 시간입니다.
방사성 세슘의 경우 물리적 반감기가 약 30년이지만 생물학적 반감기는 109일입니다.

이처럼 물리적 반감기와 생물학적 반감기는 다르게 나타 나기 때문에, 두 가지를 모두 고려하여 우리 몸에 실제로 미치는 영향을 나타내는 수치로 '유효 반감기'를 사용합니다.
유효 반감기는 물리적 반감기와 생물학적 반감기보다 짧은 경우가 많습니다.