6장 방사선
 1. 방사선의 발생
  (1) 방사선의 기원
   - 방사선이란
이화학적으로는 물리/화학 인자가 일반적으로 높은 농도로 존재할 경우 위험한 물질이지만 소량 또는 저 준위로 노출되었을 때 자극효과로서 생리 메커니즘을 활발하게 하는 현상으로 호메시스(Hormesis)라는 것이 있다. 소량의 방사선이 생체활성화를 돕는다는 연구보고는 그 동안 많이 나와 있는데, 미량의 방사선에 의한 자극효과로서 동식물의 수명연장, 가염에 대한 저항력증가 등의 현상이 방사선이 있을 때 더 활성화된다는 것이다. 그러나 이러한 방사선호메시스 현상은 실험이 가능한 동식물을 대상으로 한 것이지 인체를 대상으로 확인할 수 없기 때문에 저준위 방사선이 유익하다는 가능성을 인체에 대해 입증할 수는 없는 것이 아쉽다.
1900년 Ｘ선 피부암으로 첫 사망자가 발생하였고 방사선의 위해성이 인식되기 시작하여 방사선 방호에 관한 국제적인 조직설립의 필요성이 제기된 지 70년이 경과하였지만 낮은 선량 피폭에 대한 선량·위험도 관계는 아직도 불확실성을 갖고있다. 의학적으로 임파구가 감소하는 등 급성변화를 관찰할 수 있는 선량은 0.25㏉(=25㎭)이상으로 알려져 있지만 그 이하의 방사선에 피폭된 경우 생체에 대한 방사선영향을 확인하는 것은 곤란하다.ＩＣＲＰ가 도 일찍이 1965년 권고에서 “어떠한 피폭도 어느 정도의 위험을 수반할지 모르기 때문에 여하한 불필요한 피폭도 피하여야 하며 경제적 그리고 사회적 요인을 고려하여 모든 피폭선량을 달성 가능한 한 낮게 유지하여야 한다. ”고 권고하였다. 아직 체계적인 연구보고는 나와 있지 않지만 방사선에 피폭되기 전에 술을 마시면 좋다고 한다. 그 이유는 방사선 피폭 시에 조직내의 용존산소량이 늘어나게 되는데, 술을 마시면 알코올은 체내조직이 산소량을 줄여주는 상쇄 효과가 있기 때문이다.
우리몸의 80%를 구성하고 있는 물을 방사선이 통과하면 수산화라디칼(Hydroxil radical)과 과산화수소수와 같은 유해산소를 생성한다. 인체는 이러한 유해산소에 의한 독작용으로 나쁜 영향을 받을 수가 있는데 방사선피폭과 알코올효과에 대해서 어느 정도의 메카니즘은 쥐 실험 등을 통해서 규명될 수 있으리라고 보여지나, 이는 어디까지나 방사선 화학적인 관점에서의 이론적인 고찰일 뿐이지 방사선작업 종사자가 작업전에 술을 마셔야 된다는 얘기는 아니다

- 방사선이란?
방사선(radiation)은 운동에너지가 매우 큰입자선(이온, 전자, 중성자, 뮤온 등)과 고에너지의 전자기파, 즉 파 장이 극 히 짧은 전자기파(γ선, X-선 등)를 총칭하여 방사선이라 부른다. 일반적으로 우리가 흔히 표현하는 방사선이란 용어는 엄밀히 말하면 전리방사선(ionizing radiation)이라는 용어로 정의되며, 전리방사선이라고 하면 물질을 통과할 때 직접 또는 간 접적으 로 그 물질의 원자를 전리시키는 능력을 지니고 있음을 의미한다.
α입자, β입자, 양성자 등은 전하(Charge)를 띠고 있으므로 물질을 통과할 때 그 물질을 직접전리시킬 수 있다고 하여 직접전 리방사선이라 한다. 한편 전하를 갖지않는 중성자와 전자기파인 X-선, γ선은 그 자체적으로는 전리능력이 없고 물질과의 상호작 용결과 2차적으로 생성된 고속전자에 의해서 전리능력을 지니게 되므로 이를 간접전리방사선이라 한다.
방사선과 방사능은 어떻게 다른가?
방사선(radiation)은앞에서 설명한 바와 같이 물질의 기본구성요소인 원자 또는 원자핵으로부터 방출되는 고에너지의 입 자(particles) 또는 광자(photon)로서 원자 또는 원자핵이 불안정하게 되면 안정된 상태로 변화하는 과정에서 일종의 눈에 보 이 지 않는 광선이 방출되는데 이를 방사선이라 일컫는다.
방사능(radioactivity)은1896년 A. H. Becquerel이 우라늄염을 햇빛에 쬐지 않아도 방사선을 내며 이러한 현상이 장시 간 지속되는 것을 발견하였다. 이 현상을 M. Curie가 방사능이라는 이름을 붙여 사용했으며, 오늘날 3가지 의미로 통용되고 있다 .
즉, ① 핵종이 방사성붕괴(radioactive decay)를 하는 성질,
② 핵종이 방사성붕괴를 할 때 붕괴의 정도를 나타내는 붕괴율,
③ 자발적으로 입자 또는 γ선을 방출한다든지, 궤도전자 포획에 수반하여 X-선 방출한다든지, 자발적으로 핵분열을 일으키는 핵종의 성질을 말하며, 예를 들어 원자핵이 불안정하여 α입자, β입자, γ-선과 같은 방사선을 방출하므로서 안정된 핵으로 변 환되는 능력을 의미하기도 한다.
방사선과 방사능의 단위는?
방사선(radiation)의 양은 일반적으로 그 방사선에 의해서 물질의 단위질량에 주어지는 에너지의 양으로 정의하며, 이를 방사선량(radiation dose)이라 하는데 흡수선량(absorbed dose)과 조사선량(exposure dose)으로 구분되지만 1962년 국제 방사선단위위원회에서 선량(dose)이라는 용어는 흡수선량에만 한정하여 사용하기로 하였다. 방사선을 감시하고 또한 그 량을 측정하는 이유중의 하나는 방사선이 우리 인체에 미치는 영향정도를 파악하고자 하는 것으로 이와 같이 방사선이 인체에 어느정도 의 영향을 미치는지를 나타내는 단위로서 렘(rem) 또는 시버트(Sv)가 사용되며 시버트가 국제표준단위(SI Unit)이다.
방사능(radioactivity)의 단위는 앞서 설명한 바와 같이 큐리(Curie, Ci)와 베크렐(Becquerel, Bq)이 있으며 고전적 단 위로서 Ci가 이용되었으나 오늘날 국제표준단위(SI Unit)로서 Bq를 사용하고 있으며 1Bq은 매초당 1개가 붕괴하는 것을 말한다 .
자연방사성핵종과 인공방사성핵종의 구분은?
자연방사성핵종(natural radioactive nuclide)이라 함은 인공적인 핵변환에 의해서 만들어진 것이 아닌 천연으로 존재하 는 방사성핵종을 말하며, 지구의 생성때부터 존재한 원초핵종과 우주선에 의해서 주로 대기중에서 생성된 우주선핵종이 있다.
인공방사성핵종(artificial radioactive nuclide)이라 함은 인공적인 핵변환에 의해서 만들어진 것을 말하며, 대표적으 로 과거 지상핵실험 기인한 Cs-137, Sr-90등과 같은 것들이다.

- 환경방사선이란?
환경방사선(environmental radiation)이란 인간을 포함한 모든 생물의 생활환경내에 존재하는 방사선을 말하며 그 기원 에는 자연 및 인공의 2가지가 있다. 즉 자연방사선원(natural radiation source)에는
① 대기권외부로부터
입사되는 1차우주선 및 2차우주선, ② 지각(토양)으로부터의 방사선, ③대기중에 부유하는 라돈과 그 딸핵종들에 의한 방사선, ④ 우리자신의 체내에 있는 자연방사성핵종인 K-40, Rb-87, C-14, H-3, Na-22 등에 의한 체내방사선 등이 해당된다.
인공방사선원(artificial radiation source)에는
① 산업, 군사, 의료, 연구시설에서 유래하는 것. 다시말해서 원자로, 원자력 발전소, 원자력선, 원자력잠수함, RI의 생산 및 처리, 핵연료의 생산, 사용후 핵연료의 재처리 등에 관련하는 방사성폐기물, 방 사성물질 취급시설에 있어서의 방사선원, 공업용 방사선 발생장치 및 RI 등에 기인된 것.
② 핵실험에 기인한 것,
③ 가전제품과 같은 공산품에 기인한 것 등이 해당된다
이상과 같이 인간과 환경방사선은 공존해 왔다. 자연방사선원에 의한 피폭선량은 각 개인에게 방사선장해가 명료하게 나타나 는 선량보다 훨씬 낮은 선량이므로 우리 인간은 태고적부터 살아왔으며, 이러한 자연방사선원에 의한 인체영향은 추정과 외삽적 인 방법에 의존할 수 밖에 없다.

- 방사능의 종류
 · 자연 방사능: 빛, 태양열, 우주선, 공기, 건물이나 땅, 식품 등
 · 인공 방사능: 진찰 및 치료, 핵무기의 낙진, 원자로, 야광시계, TV등.
- 동위 원소 : 원자번호는 같고 질량수가 다른 원소
  원자번호가 큰 원소의 동위원소는 불안정하여 방사선을 방출
- 방사선의 분류
        * 이온화 방사선   :  입자 방사선 : α선, β선, 양성자, 활성화된 중성자
                             전자파 방사선  : 자외선, Ⅹ선, γ선
        * 비이온화 방사선  : 적외선, 가시광선, 전파

 (2) 전자파 방사선
  1) 자외선
   - 자외선에는 UV-A, b, C의 3가지가 있으며, 파장의 길이로 분류된다.
     이중 UV-A, b가 피부에 영향을 준다.
      ㆍUV-A(장파장 자외선)
        파장이 길고 진피까지 침투한다. 작용은 약하지만 멜라닌 증식, 흑화 현상을 일으키며,
        진피의 콜라겐 등에 영향을 주어 피부의 노화를 촉진
      ㆍUV-B(장파장 자외선)
        표피에 악영향을 주는 자외선이며, 피부를 붉게하여 물집 등의 염증을 일으키게 한다.
        멜라노사이토를 강하게 자극하여 멜라닌을 증식, 피부의 건조, 각질비대를 일으킨다.
      ㆍUV-C(장파장 자외선)
        가장 파괴력이 강하며 발암성도 강하지만 대부분 오존층에서 흡수 된다.
      ㆍUV-A, UV-B 가 멜라닌 생성을 촉진시켜, 피부의 노화를 촉진시킨다.
      ㆍ자외선의 강도
        자외선의 양과 기온은 무관하며, 3월쯤부터 급증한다. 4월의 자외선과 8월의 자외선은
        강도와 양이 거의 같다. 특히 봄철에는 피부가 자외선에 대한 저항력을 충분히 갖지
        못하기 때문에 특히 자외선에 영향
      ㆍ자외선의 차단법
        일반적으로 자외선 차단제(썬크림)는 여름철에만 바르는 것으로 알고 있는데 사실은 일년내내
        발라 주어야 한다. 피부는 10분만 햇빛에 노출되어도 자외선으로 인해 손상되기 쉬우므로 햇빛에
        직접 노출되지 않는 것이 최선의 방법
   [기미]
      기미는 일반적으로 자외선, 호로몬들이 원인이 되는 흑갈색의 색소침착이며 간반이라고도 한다.
      멜라닌의 메카니즘은 생체의 방어반응이며, 심리적인 면에도 크게 영향
      ⊙색소침착의 종류
       ㆍ기미 - 갈색, 흑갈색의 색소 침착
       ㆍ주근깨 - 눈아래, 볼주위에 보이는 갈색의 색소 간반
       ㆍ오오타시모반 - 눈주위, 이마에 나타나는 청자색의 간반. 주로 사춘기때 발생
       ㆍ혈관종(붉은몽) - 피부혈관의 증식, 확장에 의해 생기는 붉은 몽
       ㆍ여자안면흑피 증- 화장품트러블의 염증이 반복되어 일어나는 색소침착
      ⊙주원인
       ㆍ멜라닌 색소는 피부의 방어반응이기 때문에 멜라닌 대사를 정상적으로
         돌려주어야한다. ( 싲진대사가 정상일 경우 표피층의 멜라닌은 침착되지 않음)
       ㆍ자외선으로부터 피부를 보호.
       ㆍ수면부족, 과로를 피한다.
       ㆍ영양의 바란스, 비타민B, 비타민C, 칼슘, 단백질을 충분히 섭취.
       ㆍ유분이 많거나 합성물질의 화장품은 피한다.
       ㆍ내장질환이 있을시 전문의에게 상담.
       ㆍ기미에 효과가 있다는 비전문가의 말만 듣고 약을 먹는다든지 크림을 바르면 기미가 더욱 악화
         될 가능성이 많다. 피부전문가와 상세한 상담을 거친 뒤 꾸준한 관리를 해주어야 바람직한 효과
  2) X선
   - 1895년 뢴트겐이 발견, 파장 1∼10-5ㅜnm(평균 0.1nm)
   - 파장 짧아 투과력 크다, 인체 내부 구조 조사 등 병원 진단. 치료 목적 사용
  3) γ선
   - 파장 0.1nm이하, x선과 유사
   - 고에너지, 투과력 강함, 두꺼운 납. 콘크리트로 보호 가능
   - 방사선 원소의 원자핵 붕괴시 방출
(3) 입자 방사선
  1) α입자
   - 투과력 약함, 피부 투과 안되나 에너지 높다(종이 한 장으로 보호 가능)
   - 자연 존재 방사선 원소로부터 방출
   - 우라늄, 라듐같은 자연원소에서 방출
   - 플로토늄과 같은 인공방사선 원소에서 방출
   2) β입자
    - x선, γ선보다 투과력 약하고 에너지 적으나 조직에 손상
    - 투과력은 β입자 보다 강하나, 얇은 알루미늄 종이로 차단 가능
   3) 양성자
    - α입자와 영향 비슷
    - 질량수 1과 원자번호 1인 수소의 원자핵
   4) 활성화된 중성자
    - 0의 전하, 질량 1인 중성자는 중성자 빔. 방사선 동위원소 붕괴시 얻어짐
    - 투과력 강한 입자
    - 중성자 방사선 차단 위해 물. 콘크리트벽 이용
    - x선보다 4-5배 치명적
 2. 방사선의 영향
  (1) 방사능과 방사선량
    1) 방사능
     방사성동위원소가 다른 원소로 핵변환하는 과정에서 이온화 방사선을 방출하는 물리적인 능력.
     (불안정한 핵이 방사선을 방출하고 안정한 핵으로 변하는 성질)
     단위 : Bq(베크렐), 큐리(Ci)
    2) 조사선량
     엑스선 또는 감마방사선에 의하여 공기단위질량당 생성된 전하량을 말함.
     단위 : C/kg. Roentgen
    3) 흡수선량
     방사선에 피폭되는 물질의 단위질량당 흡수된 방사선의 에너지를 말함.
     단위 : 그레이(Gray,Gy)
    4) 등가선량
     인체의 피폭선량을 나타낼 때 흡수선량에 당해 방사선의 방사선 가중치를 곱한 양을 말함.
     단위 : 시버트(Sievert,Sv)
    5) 유효선량
     인체 내 조직간 선량분포에 따른 위험정도를 하나의 양으로 나타내기 위하여 각 조직간의 등가선량
     에 해당조직의 조직가중치를 곱하여 피폭한 모든 조직에 대해 합산한양을 말함.
     단위 : 시버트(Sievert,Sv)
    6) 방사선 단위의 비교 및 도식적 표현
     ※ 단위 사용 일반 원칙
      - 단위기호는 일반적으로 로마체 소문자를 쓰며 단위의 명칭이 고유명사에서 유래하였을 경우 기호
        와 첫글자는 대문자로함.
        (예) 소문자 : rem, rad
             대문자 : Bq, Gy, Sv, R, Ci
      - 단위의 기호는 복수의 경우에도 변하지 않고, 단위기호 뒤에는 마침표를 찍지 않음.
      - 2개의 접두어를 계속해서 사용하지 않음. (예) mμ는 n으로 사용.
      - 양이 1/10 이상 100미만이 되도록 SI 접두어를 사용. (예) 100,000 Bq의 경우 0.1MBq EH는
         100KBq로 표기.       
      - 어떤 양을 수치와 단위기호를 나타낼 때 그사이를 한 칸 띄움. (예) 100 Bq이며 100Bq가 아님.
  (2) 인체에 미치는 영향
   
   1) 선량범위(Gy)               임상학적 증상                                비               고
      0 ∼ 0.25                증상없음.
      0.25 ∼1.0              대체로 증상없으나 일부 오심,

                              구토같은 가벼운 피폭의조증상이 있을수 있음.     골수손상. 적혈구,
                              백혈구, 혈소판 량 감소.
      1.0 ∼ 3.0           심한구토, 빈혈, 무력감.                            심각한 혈액학적 장해
      3.0 ∼ 6.0           심한구토, 빈혈, 무력감 외에
                         출혈, 설사, 영구불임.                                 4.5 Gy : 반치사량
       > 6.0             위의 증세 외에 중추신경계 및
                             손상 및 장해                                      6.0 Gy : 전치사량
    
    - 방사선량에 다른 인체의 급성 장애 효과
     ♥ 반치사량[ LD50(30)] : 피폭후 30일내에 50%가 사망하는 선량.(450rad)
     ♥ 전치사량[ LD100(30)] : 피폭후 30일네에 100%가 사망하는 선량.(600rad)
    - 급성효과 : 단시간내에 비교적 다량의 방사선을 피폭받음으로써 피폭 후 수주일 이내에 관찰하는
                 영향.
    - 만성효과 : 방사선 피폭수 상당한 시간이 경과된 후에 나타나는 효과로 방사선 피폭과 증상이
                 나타난 시점은 오랜 세월이 경과된 후이고 방사선 이외의 다른 원인에 의해서도 방사선
                 에 의한 것과 간은 증상이 일어나기 때문에 인과관계를 명확히 하기는 어려움.
             (예) 암발생 확률 증가, 백혈병, 수명단축, 돌연변이, 변역기능 저하 등.
     - 신체적 영향 : 방사선 피해가 방사선에 직접 피폭된 자신에게만 일어나며 그 후손에게는 나타나지
                     않는 경우를 말함.
     - 유전적 영향 : 방사선 피해가 자기 자신에게는 물론 그 자손에까지 영향을 미치는 경우를 말함.
    2) 생활속에서 받는 방사선의 량
     - 자연 방사선양 : 우주선 35밀리램.식품35밀리램.대지(토양)45밀리램. 공기중에서 흡입 130밀리램
     - 인공 방사선양 : X선1회 찰영시 30-100밀리램, 자연 방사선의 양은 연간 평균 240밀리램 500밀리
       램은 보통 사람이 받아도 아무련 영향이 없다고 정한 한계선이다.
     - 1만미리램의 방사선은 한꺼번에 받아도 생물학적으로 이상이 없다.
    3) 일반인이 받는 선량
     = 우주선
       해수면 : 26 mrem/년(30m 상승할 경우 0.5 mrem 정도 상승)
       미국 애틀란타 : 31 mrem/년
       미국 유타주 솔트레이크시 46 mrem/년
     = 지각방사선
       미국평균 : 26 mrem/년
       이집트 나일 삼각주 : 350 mrem/년
       프랑스 파리 : 350 mrem/년
       브라질 맥아이페 : 2558 mrem/년
       브라질 파코스드칼다스 : 7000 mrem/년
     = 빌딩
       자유의 여신상 : 325 mrem/년
       바티칸의 교황청 : 800 mrem/
     = 공산품
       담배- 2갑/일 (polonium-210) : 8000 mrem/년
       칼라텔레비젼 < 1 mrem/년
       천연가스 난방 및 요리 : 2 mrem/년
       인산비료 : 4 mrem/년
       형광시계 (promethium-147) < 1mrem/년
       화재경보기 (americium-241) 0.01 mrem/년
       12000m 상공에서의 비행기 여행 : 0.5 mrem/시간
     = 의료방사선
       흉부 X-Ray : 10 mrem/회
       구강 X-Ray : 100 mrem/회
       방사선치료 : 6000 mrem/회
     = 식료품
       맥주 : 390 pCi/리터
       수도물 : 20 pCi/리터
       우유 : 1400 pCi/리터
       위스키 : 1200 pCi/리터
       바나나 : 3 pCi/리터
       밀가루 : 0.14 pCi/리터
    5) 생활환경중의 방사선
     - 자연방사선(82%)

  
     - 인공방사선


  3.원자력
   (1) 원자력 발전의 원리
     1) 원자력 발전:
      원자력의 평화적 이용 중 대표적인 발전방식이다. 1942년 12월 E.페르미가 핵분열 연쇄반응을 발견
      한 이후,1954년 6월 소련에서 세계 최초의 원자력발전소인 OBNINSK(흑연감속형원자로:5MW)가 가동
      되기 시작했다.그 후 1956년 10월 영국에서는 CALDER HALL-1(기체냉각형원자로, GCR:60MW) 원자력
      발전소가 가동되었고,미국에서는 1957년 12월 SHIPPINGPORT(가압경수형원자로, PWR:100MW)가 상업
      운전을 개시하였다.
      한국은 1962년 3월 TRIGA MARK-2 연구용 원자로(열출력 100KW)가 가동된 이후 1978년 4월 고리
      (古里)1호기(가압경수형원자로:587MW)가 최초로 상업운전을 개시하면서 본격적인 원자력시대를
      열었다.
 

    - 발전 원리도


      - 원자력발전의 기본원리
       물을 끓여서 증기를 만들고 이 증기로서 터빈을 돌려 발전을 한다는 점에서는 일반 화력발전방식
       과 다를 바 없지만, 물을 끓이기 위한 에너지원 공급방식을 화력발전에서는 보일러 내에서의 연소
       반응에 의존하지만 원자력발전에서는 원자로 내에서의 핵분열반응에 의존한다는 점에서는 차이
     - 원자로의 구성
       * 핵연료, 중성자 소고 조정하는 감속재
       * 열 이동 시키는 냉각재
       * 핵 분열 조정하는 제어봉
       * 핵 분열 나오는 방사선 막아주는 차페제
     - 원자로종류                                
       원자력발전은 원자로의 특성에 따라 여러 가지 형태로분류할 수 있다.
       우선 핵분열반응에 의한 핵분열로와 핵융합반응에 의한 핵융합로로 크게 대별할 수 있는데, 일반
       적으로 상용화되고 통념화된 원자력발전 방식은 핵분열로를 가리키고, 핵융합로는 꿈의 원자로라
       고 불릴 만큼 아직은 기초 연구개발 단계이다.
       핵분열로는 핵분열반응에 사용되는 중성자의 에너지에 따라 고속증식로 또는 열중성자로로 나눌
       수 있다. 열중성자로 중성자의 에너지 감속을 위한 감속재 종류에 따라 경수로·중수로·흑연로로
       나눌 수 있으며,핵분열반응 결과 방출되는 에너지를 냉각시키기 위한 냉각재의 비등 여부에 따라
       가압형원자로 혹 비등형원자로등 구분
      - 감속재
       원자로 안에서 핵분열의 연쇄반응을 지속시키기 위하여 연료체로부터 방출되는 중성자를감속시키
       는 물질.
       모더레이터 또는 감속체라고도 한다. 원자로의 노심을 구성하는 요소의 하나이다. 연료체의 핵분
       열에 따라 방출되는 중성자는 평균 2MeV의 높은 에너지를 지닌다. 이와 같은 고속 중성자와 핵분
       열물질인 우라늄 235를 분열시키는 확률이 높은 열중성자(에너지 0.1eV 이하) 사이에는 연료체 속
       분열의 연쇄반응을 일으키게 하기 위해서는 중성자가 연료체와 충돌로 감속되어 우라늄 238에 vh
       함되기 전에 한꺼번에 열중성자의 단계까지 감속시켜야 한다. 감속재는 이를 위해 사용되는 물질
       이다. 질량수가 작아 탄성충돌로 중성자를 감속시키 쉽고, 중성자를 흡수하기 어려운 경수(輕水)
       ·중수(重水) ·탄소(흑연) 등이 사용된다.
     - 원자력 발전방법;
원자로형이나 제작회사에 따라 원자로 운전특성이 약간씩 차이가 있기 때문에 주변계통이나 기기가 다소 간 상이한 점이 있지만 어느 것이나 발전의 기본 원리는 동일하다. 원자로에는 우선 중심부에 핵연료가 있는데,핵연료는 천연우라늄(235U가 0.7%)이 235U의 함유율을 3% 정도로 높인 농축우라늄을 가공한 연료소자(Pellet)를 피복관 속에 차곡차곡 채운 후 양단을 용접하여 밀폐한 연료봉을 모아 다발로 만들어 사용하고 있다. 핵연료 내에 존재하는 235U는 적절히 제어된 중성자와 충돌시 핵분열반응을 일으키며 이 때 많은 에너지와 2~3개의 새로운 중성자를 방출하게 된다. 이들 새로운 중성자가 또 다른 235U와 충돌하여 원자로 내에서는 지속적인 핵분열 연쇄반응이 가능해지게 된다. 핵연료다발의 덩어리를 노심(爐心)이라고 하는데 노심 주위에는 중성자 누출을 방지하기 위한 반사체가 있고 핵연료집합체 사이사이에는 중성자를 잘 흡수하여 핵분열반응을 조절하는 제어봉이 설치되어 있다. 한편 핵연료봉 사이에 채워진 감속재는 핵분열반응이 용이하도록 중성자 속도를 떨어뜨리게 한다. 동시에 감속재는 핵분열반응시 방출된 에너지를 흡수하는 냉각재 역할도 겸하게 되는데 현재 원자력발전소에서 주로 사용하고 있는 경수로나 중수로의 경우 감속재 및 냉각재로서 물(輕水)이나 중수(重水)를 사용하고 있다. 핵연료로부터 많은 에너지를 빼앗은 냉각재는 증기발생기로 보내져 물을 가열하게 되고 그 결과 발생된 증기가 터빈을 돌리게 되며 이 때 터빈에 같이 연결된 발전기에 전기가 만들어진다
     - 원자력발전의 장단점
       건설비용이 높은 편이나, 연료비가 월등히 싸기 때문에 발전소의 긴 수명기간을 통해 볼 때 발전비용이 가장 적게 든다. 특히 부존(賦存)에너지자원이 부족한 국가의 입장에서는 핵연료시장이 비교적 안정되어 있을 뿐 아니라 소량의 연료만으로도 장기간(약3년간)에 걸쳐 발전할 수 있고 수송 및 저장이 용이하여 에너지 비축효과가 크기 때문에 에너지 안보 측면에서도 매우 유리하다. 향후 고속증식로와 핵융합로가 실용화되면 우라늄자원의 고갈문제도 염려할 필요가 없을 것이다.
원자력발전은 화석연료를 태울 때 나오는 이산화탄소·아황산가스·질소산화물 등 유해물질이 방출되지 않기 때문에 온실효과나 산성비로 인한 생태계 위협 요인들을 제거할 수 있어서 지구환경보존 측면에서도 효과적이며, 기술의 특성상 최첨단 기술이 종합되어야 하는 기술집약형 발전방식이므로 과학 관련산업의 발달을 크게 촉진시킬 수 있는 장점이 있다. 그러나 발전과정에서 불가피하게 발생되는 방사선 및 방사성 폐기물을 안전하게 관리하고 처리·처분해야 하기 때문에 필수 안전장치 설치에 따르는 추가비용이  발생하며,독성이 강하고 수명이 긴 고준위방사성폐기물(사용 후 핵연료)을 장기간 안전하게 관리해야 하는 점 등을 단점으로 들 수 있다. 물론 방사선 및 폐기물의 관리가 엄격한 규제기준 아래 이루어지고 있어 우려할 바는 아니지만 지속적인 원자력발전 증대에 상응하는 관련기술의 개발이 원자력발전의 경제성 및 안전성을 더 높이기 위해 꾸준히 이루어져야 할 것이다
      - 경제성
발전원별(發電源別) 경제성 평가의 한 방법으로 발전원가(原價)를 비교하는데, 발전원가는 건설비를 포함한 고정비, 연료비 및 운전유지비를 고려하여 계산한다. 원자력 발전원가에는 수명 후 발전소 처리비용, 사용후 연료처리비용 및 방사성 폐기물 처분비용 등도 함께 고려하고 있다. 국내발전소의 1991~1993년까지 3년간운용에 따르는 발전원별 발전원가 분석 실적에 따르면, 원자력 24.17원/kWH, 유연탄 29.47원/kWH, 석유35.53원/kWH, LNG 35.93원/kWH 수준으로 나타났다. 원자력발전의 경우 건설비는 상대적으로 많이 들지만 연료비가 적게 들어서 기저부하 운용시 발전원가가 다른 발전원에 비해 월등히 유리한 편이다
      - 안전성
 원자력발전소 설계의 기본개념은 첫째 어떤 경우에도 원자로에 중대한 이상이 발생하지 않도록 하는  
 것이고,둘째 만약 이상이 발생할 때 이를 사고로 파급되지 않게 억제할 수 있도록 하는 것이고, 셋째
  이상상태를 억제하지 못하여 사고로 진전될 경우 그 영향을 최소화하는 것이다. 이를 위해 모든 재료와
 부품용량을 여유있게 설계하고, 중요설비는 예비설비와 이중계통을 갖추어 한 기기가 고장나면 즉시  다
 른 기기가 그 기능을 맡을 뿐 아니라 동력원도 다중화하여 외부전원이 모두 끊겨도 자동적으로 작동되
 는 비상 디젤발전설비까지 갖추고 있다. 또 중요설비나 계통을 한 군데로 모아 놓지 않고 서로 독립적으
 로 분리시켜 두어서 어느 한 쪽에 이상이 있어도 다른 한 쪽은 건전한 상태를 유지할 수 있도록 설계되
 어 있다. 발전소 부지는 자연재해에 견딜 수 있도록 각종 정밀조사를 거치며 구조물 및 설비에  대한 내
 진설계를 수행하고,원자로는 비정상적인 요인으로 핵분열 연쇄반응이 급격히 증가할 때 스스로 핵분열을
 억제하여 사고를 저지하는 고유안전성을 보유하도록 설계한다. 그럼에도 불구하고 뜻밖의 사고가 발생할
 경우에 대비한 다섯 겹으로 된 다양한 차폐시설이 되어 있어 방사성물질의 누출을 철저히 차단하여 환경
 피해를 입히지 않도록 하고 있다.
  2) 기압수형 원자로
     동력용의 증기를 발생시키기 위하여 사용된다. 1953년 미국 아이다호주(州)에 있는 군용원자로 S1W(열출력300MW)가 최초로 개발되었는데, 핵분열을 이용한 동력기관으로는 가장 빨리 실용화된 것이다. 이것은 원자로 전체를 압력용기에 넣고, 원자로 속의 압력을 고압으로 하여 물의 포화온도를 올려서 발생하는 증기의 온도를 높임으로써 플랜트 전체의 열효율을 좋게 했다. 보통 100~150atm으로 가압되며, 노심(爐心)에서 발생한 열을 빼내는 1차 냉각계와 터빈으로 보내기 위해 증기를 발생하는 2차 냉각계로  나눈다. 발전용으로는 효율에 한계가 있지만, 흔들려도 안전성에는 지장이 없으므로 미국 원자력 상선 사반나호(號), 러시아 원자력 쇄빙선 레닌호 등에 추진용 동력으로 이용된다. 잠수함 노틸러스호에 장착되어 많은 항해기록을 수립한 후 미국 해군에서 원자력 함정의 정식기관으로 정하고 항공모함 엔터프라이즈호를 비롯한 모든 원자력 함정에 사용된다. 가압수형 원자로는 PWR라고 약칭하며, 미국에 있는 시핑포트 발전소의 가압수형 원자로를 가리키는 고유명사이기도 하다.
  3) 가압중수로형 원자로
     1970년대 캐나다에서 개발되어 보급된 원자로이다.
     핵분열의 속도를 줄이는 감속재로 15기압 정도로 가압된 중수(重水)를 사용한다. 값싼 천연우라늄을
     연료로 사용하고 운전 중에도 연료를 교체할 수 있어 원자로를 쉬지 않고 가동할 수 있다.
     그러나 농축우라늄을 연료로 사용하는 경수형 원자로에 비해 핵폐기물이 훨씬 많이 나오며, 사용되
     는 중수는 물에 비해 감속능력은 뛰어나나 값이 비싸고 핵분열과정을 통해 방사능 물질인 삼중수소
     를 방출하므로 안전성이 떨어지는 단점이 있다.한국에서 운전 중인 원전은 총 16기이고 이중 월성
     1, 2, 3, 4호기가 가압중수형 원자로를 사용하고 있다.
   4)경수형 원자로
     경수로(輕水爐)라고도 한다.
     비등수형(沸騰水型:BWR)과 가압수형(加壓水型:PWR)이 있는데, 둘 다 동력용으로 이용된다. 처음에는
     원자력 잠수함용으로 개발되었으나, 그후에 원자력발전소·원자력선 등을 위한 상용 원자로로 발전
     하여 보급되었다. 연료는 농축우라늄이지만, 경수를 감속재·냉각재로 사용하기 때문에 이런 이름이
     붙었다. 가압수형은 웨스팅하우스가 개발한 것으로, 노(爐) 주위에 배치된 열교환기 속에서 증기를
     만드는 방식이다.
     비등수형은 제너럴일렉트릭이 개발한 것으로, 노의 내부에서 직접 증기를 만드는 방식이다. 실용상
     각각 장단점이 있는데, 지금까지의 건설 상황은 비슷하다. 원자력발전 개발에서 경수형 원자로가 수
     행한 역할은 크다.
    - 중수
      수소에는 1H(프로튬 H) ·2H(중수소 D) ·3H(삼중수소T)의 세 종류의 안정한 동위원소가 있고,산소
      에는 16O17O18O의 세 종류의 안정동위원소가 있다.
      1H와 16O로 이루어진물을 경수(輕水)라 하고, 이 밖의 H와 O와의 조합으로 이루어져 있는 물을 중
      수라고 한다. 보통의 물은 분자량 18인 경수를 99.74 % 함유하며, 이 밖에 중수로서 H218O 0.17 %,
      H217O 0.037%, HD16O 0.032 %, HD18O 0.00006 %, HD17O 0.00001 %, D216O 0.000003 %, D218O 및
      D217O가 각각 0.000001%함유되어 있다. 이러한 함유량은 물의 기원(起源)·장소 등에 관계없이 거
      의 일정하지만, 사해(死海) 또는 심해(深海)의 물, 어떤 종의 생체 내에서는 중수가 약간 농축되어
      있다. 또 이들 중수에서 얻을 수 있는 것은 D216O이므로 보통은 이것을 중수라고 한다. D2O(산화중
      수소)의 전기분해속도는 H2O의 몇 분의 1이기 때문에 가성알칼리를 함유하는 수용액을 전기분해하
      면 잔액(殘液)에 중수가 풍부한데, 이것을 이용하면 순수한 중수를 얻을 수 있다. 또, 동위원소 교
      환반응을 이용하는 일도 있다. 중수는 무색 ·무취의 액체이며, 화학적으로 정성적(定性的)인 성질
      은 보통의 물과 거의 다르지 않다. 그러나 정량적(定量的)으로는 상당한 차이를 볼 수 있는데, 일
      반적으로 반응성이 적고,염류(鹽類)의 용해도도 보통의 물보다 작다. 생물에 대해서는 중수의 농도
      가 적을 때는 생체에 대한 저해작용(沮害作用)을 볼 수 없으나, 농도가 커지면 정상적인 호흡작용
      이나 탄산동화작용을 할 수 없게 된다. D2O는 중성자를 흡수하므로 원자로의 중성자 감속재나 냉각
      재로 사용된다.
    - 경수
      중수소(重水素)와 산소로 이루어진 중수(重水)와 구별하기 위해 쓰이는 말이다. 중수는 천연수에
      약0.015% 함유되어 있다.중성자의감속재(減速材)로서 중수를 이용하는 원자로를 중수로라고 하는데
      대해, 보통의 물을 감속재로 이용하는 원자로를 경수형 원자로라고 한다. 경수는 중수에 비해서
      중성자 흡수단면적이 훨씬 크지만, 손쉽게 대량으로 얻을 수 있는 장점이 있어, 원자로의 감속재
·    냉각재 반사재 차폐재(遮蔽材) 및 콘덴서의 냉각재 등으로 널리 쓰인다.
    - 핵분열 : 중성자가 질량이 큰 원자핵과 충돌하면 원자핵이 분열되고 큰에너지를 방출하는 현상
    - 핵융합 : 수소와 같이 작은 원자핵을 고속으로 충돌시키면 다른 무거운 원자핵이 생성되고 큰에너
               지를 방출하는 미래의 에너지원
 (2) 원자력 발전 현황
   1) 운전 중 발전소 : 16기
    - 경수로 = 고리 1-4호기, 영광 1-4호기, 울진 1-4호기,
    - 중수로 = 월성 1-4호기
   2) 건설 중 : 4호기
    - 경수로 = 영광 5-6호기, 울진5-6호기
   3) 계획 : 10호기
   4) 2006년 원자력 설비 용량 : 2억 3,322만 9천 KW
                               전체 발전 설비 용량의 39.6% 차지 예정
 (3) 원자력의 평화적 이용
   1) 원자력 에너지 이용 방법
    - 핵 분열시, 생성 열 이용 : 원자력 발전, 원자력선(열 동력 사용)
    - 방사선 동위원소에 나오는 방사선 이용
     * 의료적 이용 : N?21 이용, 체내 혈액 흐름 진단
     * 방사선(4만 - 7만 ms)이용, 암세포 활동 저지
     * 코발트?60의 감마선 이용, 의료제품 소독 및 식품 장기 저장, 부패 방지
     * 코발트?60, 이리듐?192 : 비피괴 검사로 용접 부분 결함, 제품 두께 측정
     * 방사선 동위 원소 이용 추적자 활용 : 모래 이동 상태 측정으로 해류 움직임 파악
    - 의료분야:방사선의 성질을 이용하여 암치료와 병의 진단 및 의료 기기를 멸균소독하는데 사용한다.
     ① 신체 내부를 조사하는 데 이용되며 131I(방사선 추적자)를 환자에게 투여해 I를 흡수 하는 갑상
        선의 활동을 검진한다.
     ② 강한 γ선을 방출하는 60 Co을 이용하여 주사기, 압박 붕대 및 수술 기구 등을 멸균 소독한다.
     ③ 60 Co은 암치료에도 이용된다. 강한γ선을 비추어 암세포를 죽일 수 있기 때문이다.

    - 산업분야:재료의 두께를 측정하거나 기계를 파괴하지 않고 그 결함을 조사하여 작업을 통제하는데
                 이용된다      
     ① 방사선 추적자는 지하에 묻힌 관의 틈을 찾는 데 이용된다. 방사선 추적자를 관속에 흘려 보낸
        다음 가이거 계수기로 방사선이 증가하는 곳을 찾아 깨진 틈을 찾아낼 수 있다.
     ② 철의 방사성 동위 원소는 기계 장치의 운동 부분이 닳는 정도를 측정하는 데 사용한 다. 예를
        들어 방사성 동위 원소의 철을 포함한 피스톤링을 엔진에 넣어 사용한 후 엔진에서 나온 기름의
        방사능을 분석하여 피스톤링이 닳은 정도를 측정한다.
     ③ β선과 가이어 계수기를 이용하여 작업을 통제할 수 있다. 예를 들어, 종이를 일정한 두께로
        두루마리에 마는 경우에 종이가 너무 두껍게 말리면 계수기의 수치가 내려가 고, 너무 얇으면 계
        수기의 수치가 올라가 작업을 통제할 수가 있다.

    - 농업 분야 : 식품의 보존과 품종 개량 등에 이용된다.
     ① 인산염은 비료의 주성분으로 식물의 성장에 효과적이다. 32P 식물이 인산염을 얼마나 잘 흡수
        하는지를 보여주는 추적자이다.
     ② 식품을 오랫동안 보관하는 데 γ선을 이용한다. γ선은 투과력이 세기 때문에 냉동 식품이나
        미리 포장된 식물에 비추어 멸균 소독하고 독성을 제거한다. 그러나, γ선은 식품 자체의 세포도
        죽일 수 있기 때문에 맛을 상당히 변질시킬 수 있다.
     ③ γ선은 새로운 작물을 만들어내는 데 이용된다. 많은 양의 γ선은 세포를 죽이지만, 매우 적은
        양의 γ선은 작물의 특성을 변화시켜 돌연 변이를 만든다.

    - 학문 연구 및 조사 분야 : 고고학에서 연대를 측정하거나 기타 연구와 분석에 이용
     ① 모든 생물은 많은 양의 탄소를 갖고 있고, 그중에 일부는 방사성 동위 원소인 14C이 다. 따라서
        14C의 방사성을 측정하고, 그 반감기를 이용하면 고대 유물의 연대를 측 정할 수 있다.
     ② 각종 공정 관리의 추적(유속, 유량, 이동 ...), 생산 공정의 개선, 흡착·확산·마모·부식 등의
        규명, 액체, 수송, 해저 표사 이동, 지하수 이동, 지하수 조사 등의 연구에 추 적자로 이용
  (4) 방사선 폐기물
    - 방사선 폐기물 : 원자력 발전소 90%, 방사선 이용 의료 분야. 산업 분야 10%
                      중저준위, 고준위 방사선 폐기물 구분
    1)중저준위 방사선 폐기물
     - 종류 : 고준위 방사선 방출 작업장 사용 공구, 의복, 청소용구 등
              방사선 이용 병원. 사업체 나오는 부산물
     - 처리방법
       * 기체폐기물(방사선 부유입자, H-3,C-14, Kr-85, Ru-106, I-129 등) : 활성탄 필트, 탱크 저장에
         의한 자연 감쇄효과 활용 제거
       * 액체폐기물 : 반감기 짧은 핵종-일정기간 저장조 포집으로 농도 감소
                      부유 불용성 고형분은 필트 사용 포집, 용존핵종은 증발장치로 농축
       * 농축 폐액:시멘트, 아스팔트, 플라스틱, 유리, 세라믹 같은 고화 매체로 고형화하여 수송.처분
       * 건성 고체폐기물 : 소각기, 절단압축기로 부피 줄여 고형화 후 충진 처분
     2) 고준위 방사선 폐기물
      - 원자로 안, 우라늄 붕괴로 다량 열.신 초우라늄 원소발생으로 생성
      - 사용한 핵연료 발생, 93년말 누계168만톤 발생 저장
      - 방사선 동위 원소 반감기
   

단  명  의
핵분열 산물

반감기(일)

 장  명  의 핵분열산물

반 감 기
(년)

원자핵충격의 부산물

반 감 기
(년)

스트론티윰 - 89
이티리윰 - 91
지코니윰 - 95
니오배윰 - 95
모리브데늄 - 99
류비디윰 - 103
요드 - 131
크세논 - 133
바리윰 - 140
세리윰 - 141
프라소디늄 - 143
네오디늄 - 147

54
59.5
65
35
2.8
39.8
8.1
15.3
12.8
32.5
13.9
11.1

크림톤 - 85
스트로티윰 -90
루비디윰 - 106
세시윰 - 137
세리윰 - 144
프로매듐 - 147

10.27
28
1.0
30
0.8
2.6

플로토늄 - 239

24,000
 


     3) 방사선 폐기물의 영구 처분
      - 방법 :
       * 천층 처분 - 땅 얕게 파서 처리 방식
                     프랑스. 라망쉬처분장(69년도), 로처분장(92년)
                     영국. 드릭처분장(59년), 미국. 반웰처분장(71년), 일본. 로카쇼무라처분장
       * 심층 처분 - 땅속 깊은 곳. 산속. 해저 동굴을 파서 처분 방식
                     독일. 앗세 암연광산 이용 저준위 폐기물 시험적 처분
                     독일. 콘라드 폐철광에 심층처분장, 스웨덴. 포넌스마크처분장 해저동굴(88년)
      - 처분장 부지 선정 고려사항          
         * 부지의 지반 안정, 지표수 유입 여부, 지상 조건과 지질, 수문 등 지하조건
         * 기온차, 강우량 등 기상조건
        - 폐기물은 인체에 해가 적은 극저준위 폐기물로 변환시켜 폐기
        * 기체 폐기물:일단 밀폐된 탱크에 저장했다가 방사능이 기준치 이하로 떨어지면 고성능여과기
                     통해 대기로 내보낸다.
        * 액체 폐기물:증발장치를 이용하여 깨끗한 물과 찌꺼기로 분류한다. 깨끗한 물은 재사용하거나
                      배수구로 내보내고 찌꺼기는 시멘트 등을 이용하여 안전한 고체 덩어리로 만든
                      후 철제 드럼에 넣어 밀봉
        * 고체 폐기물 : 압축 소각한 다음 철제드럼에 넣어 밀봉


< 형성평가 >

가. 방사선의 종류를 쓰시오

나. 핵융합은 어떤 원소에서 일어나는가?

다. 인공방사선이 나오는 곳 3가지를 쓰시오

라. X선은 누가 발견 했는가?

답 : 가.방사선의종류-αβγ선, 나.수소 원자핵, 다. 원자로 원폭 가전제품, 라.뢴트겐

총괄 평가

1. 다음 중 소음과 관계없는 것을 고르시오?

① 일반적으로 시끄러운 소리 ② 기계, 기구 등에서 발생 ③ 음향기기. 악기 등

④ 상업광고 ⑤음악 감상

2. 소음이 우리 생활에 끼치는 영향에서 틀리는 것은?

① 수면 방해 ② 작업능률 향상 ③ 심리적 영향 ④ 생활 방해 ⑤대화의 단절

3. 다음 중 소리의 단위를 옳게 짝지은 것은?

① dB. Phon ② dB. Hz ③ Phon. pH ④ rem. rad ⑤ Ci. dB

4. 다음 중 건물에 큰 피해를 주는 것은 어느 것인가?

①소리 ②방사선 ③진동 ④오염물질 ⑤태양광선

5. 다음은 방사선에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

①방사선은α선β선γ선의 3가지 종류가 있다.

②투과력이 가장 약한 것은α선이다.

③β선은 전자의 흐름으로 투과력과 전리작용이 있다.

④γ선은 전리작용이 약하지만 투과력이 크다.

⑤방사선은 인체에 아무런 영향을 주지 않는다.

6. 다음 중에서 자연 방사능이 방출되지 않는 곳은 어느 것인가?

① 태양 ② 토양 ③ 건축물 ④ 원자로 ⑤ 식품

7. 소음의 영향으로 신체에 미치는 영향이 아닌 것은?

① 소화장애 ② 불쾌감 ③ 혈압상승 ④ 식욕부진 ⑤ 순환기질환

8. 소음에 의하여 작업 능률이 저하되는 것은 다음 중 어느것에 속하는가?

①신체에 미치는 영향

②청력에 미치는 영향

③심리적 영향

④생활 방해

9. 진동의 영향 중 감각적 영향에서 압박감 및 복통을 느낄 때는 진동수가 약 얼마 정도인가?

① 3 Hz ② 4 ∼12 Hz ③12 ∼20 Hz ④ 20 ∼ 30 Hz ⑤ 30 Hz이상

10. 인간이 자연 방사선을 받는 양은 년간 약 얼마 정도인가?

① 100밀리램 ② 150밀리램 ③ 240밀리램 ④ 500밀리램 ⑤ 1000밀리램

11. 방사선의 이용의 설명으로 잘 못된 것은?

① 의료분야에는 암치료. 병의 진단. 멸균소독에 사용한다.

② 산업분야에는 재료의 두께 측정 및 비파괴 검사에 사용한다.

③ 학문연구 및 연대측정. 분석에 사용한다.

④ 농업분야에서 식품의 보관과 품종 개발에 사용할 수 없다.

⑤ γ선은 새로운 작물의 특성을 변화시켜 돌연변이를 만든다.

12. 동위원소란?

13. 소리의 속도는 얼마인가?

14. 보통 사람이 시끄럽다고 느끼는 소리는 약 몇dB 인가?

15. 투과력이 가장 강한 방사선은?

정답

1번 5. 2번 2. 3번 1. 4번 3. 5번 5. 6번 4. 7번 2. 8번 4. 9번 2. 10번 3. 11번 4

12번 원자번호는 같고 질량수가 다른 원소. 13번 340㎧이다. 14번 60dB정도. 15번 γ선.