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지각방사선

지각방사선

지각방사선이란 지각의 암석이나 토양에 천연으로 존재하는 방사성핵종에 기인하는 방사선을 일컫는다. 방사성핵종의 기원에 따라 크게 두 갈래로 구분된다. 첫째는 지각 형성 시기부터 우라늄 및 토륨, 이들의 자핵종, 그리고 기타 장수명 핵종(예: 40K)을 들 수 있다. 이들의 존재 조건은 그 반감기가 지구의 연령(46억년)에 준하는 정도로 충분히 길어야 한다. 그렇지 못한 핵종은 이미 붕괴 소멸하여 그 흔적을 찾기 어렵다. 둘째는 지구에 입사된 고에너지 우주방사선에 의한 핵반응으로 지각 중에서 생성되고 소멸되는 핵종으로서 3H, 7Be, 14C, 22Na 등이 있다.
세상의 모든 사람들은 지각에 있는 천연방사성핵종으로부터 외부피폭과 내부피폭을 받는다. 외부피폭은 지표에서 나오는 방사선(주로 감마선)을 피폭하는 것이며, 내부피폭은 이들 천연 방사성핵종을 함유한 먼지를 흡입하거나 이들 핵종을 섭취한 동식물을 식품으로 섭취함으로써 발생한다.


우라늄, 토륨 및 자핵종

모든 암석이나 토양에는 우라늄, 토륨, 그리고 이들이 붕괴하여 생성하는 자핵종들이 함유되어 있다. 우라늄이나 토륨은 연쇄 붕괴를 통해 최종적으로 납으로 변환할 때까지 방사성 핵종 자손을 구성하는데 이러한 붕괴계열을 각각 우라늄 계열(238U 및 자핵종), 토륨 계열(232Th 및 자핵종), 악티늄 계열(235U 및 자핵종)이라고 부른다. 이밖에도 넵티늄 계열(237Np 및 자핵종)이 있으나 방사능이 상대적으로 매우 작다.
지각 중 이들 천연방사성핵종의 분포는 지역의 암석 형성 과정에 따라 차이가 있고 국지적으로는 매우 높은 준위를 보이는 경우도 있다. 세계적으로 지각 방사선 준위가 높은 지역은 이란의 람사, 브라질의 구아라파리, 인도의 케랄라 지방 등으로 예를 들 수 있다.


지각 중 기타 장수명 핵종

우라늄 및 토륨 계열 외에 아직 지각 중에 잔류하는 장수명 핵종들이 있다. 대표적으로 40K, 87Rb, 147Sm, 176Lu 등이며 그 밖에도 138La, 144Nd 등이 극미량 존재한다. 특히 40K은 토양 1 kg 당 600 Bq 이상 존재한다.


라돈

라돈은 우라늄이나 토륨이 붕괴하여 생성되는 자핵종으로서 지각방사선의 일종이며, 흡입을 통해 내부피폭을 초래하고 인류에게 가장 많은 피폭을 주는 피폭원이기 때문에 특별한 관심사이다.
건물 지반의 토양이나 건축 자재에서 생성된 라돈이 공기 중으로 확산되며, 확산된 라돈이 공기 중에서 다시 붕괴하여 생성하는 자핵종 입자들을 우리가 흡입함으로써 피폭하게 된다. 통상 238U의 자손핵종인 222Rn을 라돈이라 부르고 232Th의 자핵종인 220Rn을 토론이라 구분하여 부르기도 하지만 화학적으로는 모두 라돈 가스이다. 토론은 반감기가 짧아 공기 중으로 확산되어 나오는 비율이 낮기 때문에 대체로 주된 피폭은 222Rn에 의한 것이다.
라돈이 큰 관심사가 된 것은 건물이 에너지 절약형으로 개선되어 실내 공기의 환기율이 낮아짐에 따라 실내 공기 중 라돈의 축적 정도가 커진 것도 하나의 원인이고, 현대 사회에서 지하공간 이용이 증가한 것도 하나의 원인이다. 실내 공기 중 라돈 농도에 가장 큰 영향을 미치는 것은 건물 지반의 라듐 함량과 건물의 구조 특성(토양 가스 유입을 얼마나 잘 차단하는가)이다. 이 밖에도 건축자재(석고보드나 콘크리트)나 용수(특히 지하수)로부터 라돈이 실내로 방출되기도 한다.


<자연방사선원에 의한 각국의 연간 피폭선량>

극지방 및 적도지방에서의 우주방사선 변화
(출처: iernet.kins.re.kr)