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방사선은 우주가 생겨날
때부터 존재하였으며 환경의 일부분으로 방사선을 방출하는 물질은
지각, 토양, 해양, 건축물, 음식물 그리고 우리가 호흡하는 공기
중에도 존재할 뿐만아니라 인체내에도 존재한다. 따라서 사람들은
생활하는 동안 항상 환경중의 방사선에 노출되어 있으며 이는
미래에도 마찬가지이다. 다양한 자연 또는 인공방사선으로 인간이
받는 연간평균 유효선량은 지역에 따라 차이가 있으며 미국의 경우
약 3.6mSv로 평가되고 있다(NCRP Report 93).
방사성원소는 방사성동위원소, 방사성핵종 또는 간단히 핵종으로
부르기도 하며 1500종 이상의 방사성원소가 존재한다. 이들 원소는
들뜬상태에서 안정한 상태로 붕괴함에 따라 에너지가 큰 입자 또는
전자파, 즉 "방사선"을 방출하는 원소로 구성된다. 그리고
자연방사성원소 또는 인공방사성원소로부터 방출되는 방사선이
인체에 미치는 효과에는 아무런 차이가 없다.
우주선(Cosmic rays)
우주선은 태양 또는 외계에서 발생하는 아주 큰 에너지의 입자, 주로 양성자이다. 우주선 입자가 부분적인 차폐체 역할을 하는 지구의 대기권과 반응을 하면 보다 낮은 에너지의 입자를 다량 생성하지만 이들 저에너지 입자의 대부분은 대기권을 통과하는 동안 대기권에서 흡수되고 결국 해수면(sea level)에 도달하는 우주선은 뮤온(muon), 감마선, 중성자 그리고 전자로 구성된다. 모든 방사선에 의한 피폭 중에서 우주선에 의한 피폭기여분은 약 10% 정도이고 해수면으로부터 고도가 높은 곳에 위치할수록 피폭량은 증가한다.
지각방사선(Radiation from soil and Rocks)
40억년 전 지구가
생성되었을때 지각은 많은 종류의 방사성핵종을 함유하고 있었다.
이중 단반감기의 핵종은 모두 붕괴하였고 현재 남아있는 핵종은
반감기가 1억년 이상인 핵종과 이들의 붕괴생성물들 중 장반감기를
지닌 핵종이다.
지각을 구성하는 주요한 세가지 방사성핵종은 U-238, U-353와 Th-232로
이들이 붕괴할 때 방사선을 방출할 뿐만아니라 생성된 단반감기의
딸핵종들이 연쇄적으로 붕괴하면서 방사선을 방출한다.
지각으로부터 채취한 건축물 자재도 이들 방사성핵종을 포함하고
있으므로 주요한 피폭원이 된다.
라돈과 라돈자손(Radon and its progeny)
지각 및 건축자재에 포함된
U-238의 연쇄붕괴과정에서 생성되는 라돈(Rn-222, T=3.82일)은 다른 물질과 화학적으로 결합 또는 부착하지 않는
불활성기체이고 상대적으로 긴 반감기를 갖고 있기 때문에 충분한
시간동안 공기 중에 머물러 있으므로 다른 자연방사선원에 비하여
라돈과 라돈자손에 의한 년간유효선량에 기여도가 50%
이상으로 가장 높다. 폐암의 한 원인으로
지목받는 라돈과 라돈자손에 의한 건강상의 위해는 토양 중의
우라늄의 함량이 높은 지역과 광산의 갱내, 동굴
또는 주택과 같이 밀폐된 공간에서 특히 높아진다.
호흡을 통해 라돈가스를 흡입하면 라돈은
불활성기체이기 때문에 붕괴를 하기 전에 다시 폐 밖으로 배출된다. 더구나 반감기가 3.8일이므로
폐에 머무르는 동안 붕괴의 정도는 극히 적을 것이다. 따라서 라돈에 의한 폐암의 위해를 언급할 때
라돈 그 자체로 인한 피폭이라기 보다는 라돈자손에 의한 피폭으로
보는 것이 타당하다. 라돈의 붕괴과정에서
생성되는 Po-218, Pb-214, Bi-214 그리고 Po-214과 같은 라돈자손은 생성당시부터
정전기적으로 전하를 띤 입자이므로 공기 중에 존재하는 먼지, 담배연기 그리고 수증기와 즉시 부착하여
에어로졸을 형성(attached fraction으로 표현된다)하거나 벽 또는 물체의 표면에 흡착(plate-out)한다. 단반감기의
라돈자손이 호흡을 통해 직접(unattached fraction으로
표현된다) 또는 에어로졸 형태로 흡입되면
폐에 흡착하여 붕괴하면서 방출되는 알파에너지를 주변 조직에
부여함으로써 장기적으로 폐암을 유발할 수 있는 생물학적 손상을
야기한다.
인체내부의 자연방사선
사람의 인체에는 소량의 방사성핵종이 존재하며 이것은 주로 인간이 섭취하는 음식물에 함유된 소량의 방사성핵종에 기인한다. 이들 중에서 인체의 주요한 피폭원은 K-40이며 표준인(70kg)을 근거로할 때 약 17mg의 K-40을 주로 근육부분에 포함하고 있는 것으로 알려지고 있다.
자연방사선의 준위가 높은 지역
자연방사선 준위는
지각방사선(K-40, Th-232, Ra-226 등)과 우주선(광자, 뮤온 등)에 의해
결정되고 대개 0.08~0.15uGy/hr의 범위에 있지만 브라질, 중국, 인도
그리고 미국의 어떤 지역에서는 높은 자연방사선 준위를
나타내기도 한다.
이들 지역에서 높은 준위의 자연방사선이 나타나는 이유는 토양
속에 함유된 방사성 광물의 농도가 높기 때문이다. 그러한 광물
중에서도 주로 모래에서 발견되는 모나자이트(monazite)는 주로 Th-232로
구성되어 있고 부분적으로 U-238을 함유하고 있다.
브라질의 어느 해안에는 모나자이트 모래가 풍부하여 외부방사선
준위가 다른 지역의 일반적인 자연방사선 준위보다 400배나 높은
50uGy/hr에 이른다. 한편 지대가 높은 브라질의 고원지역은 우주선에
의해 10~20uGy/hr의 방사선준위를 나타내기도 한다.
브라질보다 많은 모나자이트를 함유하고 있는 인도의
남서해안지역은 5~6mGy/yr에 이르는 방사선준위를 나타낸다.
중국의 광동성일대의 방사선준위는 3~4mGy/yr에 이른다.
이와 관련하여 저준위 전리방사선의 인체영향에 관한 NCRP(National Council on Radiation Protection and Measurement)의 보고서인 BEIR V에서는 다음과 같이 언급하고 있다.
자연방사선의 준위가 높은 지역에 거주하는 사람들의 경우 보다 높은 준위로 피폭하는 사람들이나 방사선작업자에게서 나타나는 것처럼 염색체 돌연변이의 빈도는 증가하였지만 이들 거주자의 암 발생빈도의 증가에 관한 뚜렷한 증가는 없었다.
