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건강이야기

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자연방사선과 인공방사선의 차이 저자 : 권성옥 방사선사


우리 인간이 받고 있는 방사선은 자연방사선과 인공방사선으로 나눌 수 있는데 자연방사선은 우주에서 뿐만 아니라 땅, 건물 및 쌀, 야채 등 음식물에서도 나오며 인공방사선은 X-ray 촬영 및 암치료 등 인위적으로 받게되는 방사선을 말한다.

 

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 1,500종 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.

 

자연방사선

 

• 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-235와 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 일부 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.

 

자연방사선

인공방사선


인공방사선

 

• 의료목적 방사선
방사선의 의료상의 이용이 확대됨에 따라 많은 사람들이 의료행위의 결과로써 상당량의 방사선피폭을 받게 되었다. 이러한 피폭의 대부분은 진단용 X-선 촬영에 기인한다. 예를 들어 X-선 촬영절차, 장비, 필름 그리고 X-선 운전원의 숙련도에 따라 차이가 있지만 2~3번의 흉곽 X-선을 촬영할 경우 약 1mSv의 피폭을 받게 된다. 이외에도 적은 경우이긴 하지만 암 또는 기타의 질병치료를 위한 방사선조사 그리고 진단과 치료목적으로 방사성동위원소의 투여를 통해 환자는 피폭을 받는다.

 

• 방사성낙진(Fallout)
1950년대와 1960년대에 서방국가들의 핵무기 경쟁으로 많은 핵무기시험이 대기권에서 수행되었고 그 결과 다량의 방사성핵종이 생태계로 방출되었다. 방사성낙진(fallout)이란 핵무기로 인해 대기권에서 방출된 방사성핵종이 생태계로 유입되는 것을 의미한다. 이러한 방사성낙진은 지표에서의 방사선량률을 증가시키며 호흡과 음식물을 통해 체내로 섭취될 수 있다.

 

• 산업체 발생 방사선
그밖의 인공방사선에 의한 피폭으로써 원자력관련시설로부터 일상적으로 방출되는 미량의 유출물에 의한 피폭과 원자력시설, 의료시설, 실험실 그리고 일반산업체에서 방사선을 취급하는 작업자의 직업적 피폭 또는 연기감지기, 형광시계등과 같은 소비재에 포함된 소량의 방사성물질에 의한 피폭등이 있다.

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