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화학 원소의 핵이 항상 고정되어 있지는 않다는 사실을
알게 된 것은 겨우 백여년 정도이죠.
원소는 한 원소에서 다른 원소로 자연스럽게 변환할 수 있습니다.
이런 과정을 방사성 붕괴라고 하죠.
아마 여러분들은 이미 원자핵이란 것에 대해서 많이 알고 계실거에요.
원자핵은 원자보다 훨씬 작아요.
원자핵은 양성자와 중성자라는 입자로 되어 있는데
그 주위를 전자가 궤도를 따라 돌고 있죠.
원자는 서로 결합해 있을 때, 전자를 공유하거나 뒤바꿀 수 있지만
핵 자체는 절대로 변하지 않아요.
그런가요?
음, 아니죠.
어떤 핵은 그렇게 안정적이지 않거든요
이것이 뜻하는 바는 원자핵이 순간적으로 변화할 수 있다는 것이에요.
아주 자연스럽게 바뀝니다.
방사성 핵은 작은 입자를 방출하면서
다른 원소로 변환하죠, 저렇게 말이에요.
예를 들어,
탄소의 핵은 빠르게 움직이는 전자를 내놓으면서
나트륨 핵으로 바뀝니다.
방사성 핵으로부터 방출될 수 있는 입자에는 두 가지가 있어요.
하지만 그 두개가 동시에 방출되는 일은 없어요.
매우 빠른 전자는 베타 입자라고 부릅니다.
전자기학을 조금 아신다면, 여러분은 이렇게 생각하겠죠.
"그런데 도대체 전자가 원자핵에서 뭘하고 있는걸까?"
그 답은 원자핵에 있는 중성자가
양성자로 바뀌어 존재하는 겁니다.
중성자는 뒤에 남는데
전자는 베타 입자가 되어 날아가는 거죠.
이런 현상은 우리가 화학에서 배우는 것과는 다르죠.
원자핵은 안정적이라고 했거든요.
중성자는 양성자로 바뀌지 않구요.
예외적으로, 그렇게 되기도 합니다.
불안정한 원자핵에서 방출되는 또 다른 입자는
알파 입자라고 합니다.
알파 입자는 베타 입자보다 8천 배나 더 무거워요.
그리고 약간 느리기도 하죠.
알파 입자는 두개의 양자와 두개의 중성자를 가지고 있어요.
그 알파 입자들을 모두 붙잡아 두면
헬륨 가스가 됩니다.
알파 입자는 헬륨의 원자핵이에요.
베타 입자와 마찬가지로, 우리의 예상으로는
더 무거운 원자핵이 헬륨을 방출 하리라고 생각하지 못했죠.
그런데, 그런 일이 일어납니다.
그리고 그 원자핵은 새로운 원소가 됩니다.
그러면 방사성 붕괴는 유용할까요? 아니면 위험할까요?
우리가 어디에 있건
우리 주변에는 알파 입자를 만들어 낼
물질이 들어 있는 기기가 있을 겁니다:
화재 감지기 같은거죠.
알파 입자의 재료가 되는 것은 방사성 아메리슘이에요.
이런 알파 입자들은 완전히 안전합니다.
이런 것들은 공기 중에서 몇 센티미터 이상을 가지 못하거든요.
베타 입자는 알파보다
물질을 통과하는 능력이 탁월합니다.
방사성 원소는 의료기기에서 자취를 찾는데 사용합니다.
환자의 몸 속에서 이동하는 화학 물질을 볼 수 있게 해주죠.
방출된 베타 입자는 신체에서 튀어나와
감지할 수 있을 정도의 에너지를 가지고 있어요.
세 번째 종류의 방사성 원자핵이 있습니다:
감마파 인데요. 이건 전혀 입자가 아닙니다.
이것은 전자기파에요.
전자레인지의 파(波)나 빛 같은 것이죠.
그런데 이것은 가시 광선보다도 1천배나 더 많은 에너지를 가지고 있어요.
감마파는 여러분의 몸을 통과할 수도 있습니다.
감마파는 과일을 오래 보존하기 위해 박테리아를 괴사시키는데 사용합니다.
혹은 암 세포를 박멸하는 방사선 치료에도 쓰이죠.
방사성 물질은 뜨거워지기 때문에
이 열을 이용하여 전기를 생산하기도 합니다.
이런 열은 우주 탐사를 시작한 이래 여러분들에게도 전단되었구요,
과거에는 심장의 제세기로 사용되기도 했어요,
원자 방사의 속도가 빠르게 줄어들수록
방사능이 원자를 때리는 힘은 더 커지게 됩니다.
이런 것을 전리(이온화) 현상이라고 하죠.
알파 입자는 다른 원자에 부딪칠 때, 가장 많은 전리 현상을 일으킵니다.
감마선이 가장 적게 일으키구요.
인간에게 가장 심각한 방사능 효과는
그것이 우리의 DNA에 손상을 입힐 수 있다는 점입니다.
알파 입자가 피부를 통과할 수는 없지만
방사능 원자를 들여마시게 되면
건강에 미치는 결과는 치명적일 수 있습니다.
방사능은 유용하기도 하고 동시에 생명에 위협이 되기도 합니다.
하지만 그건 우리 주변 자연의 세계 어디엔가 항상 있는 물질입니다.