방사선의 종류

방사선은 여러 종류로 나눌 수 있지만 일반적으로 입자 방사선과 전자기방사선으로 분류됩니다.

입자 방사선

입자 방사선은 전자, 중입자, 하전 입자 및 중성 입자로 구성됩니다. 음의 전자가 일반적이지만 양의 전자도 존재합니다. 크게 전하를 띤 입자에는 알파 입자, 양성자, 반도원자핵(recoil nucleus)이 포함되지만 중성자는 전하를 띠지 않습니다.

 

알파 입자

알파 입자는 무거운 원자핵에서 방출되며 헬륨 핵과 유사하게 두 개의 양성자와 두 개의 중성자로 구성됩니다. 알파 입자의 질량은 4.0028 u(대략 3728.6 MeV/c² 또는 6.646 × 10^-27 kg)이며 +2e의 전하를 운반합니다. 원자핵에서 방출되는 알파 입자의 운동 에너지는 일반적으로 약 5 MeV입니다.

 

베타 입자 및 전자선

베타 입자는 본질적으로 전자(음전자 또는 양전자)입니다. 전자의 질량은 9.1094 × 10^-31 kg(또는 5.4858 × 10^-4 u, 0.511 MeV에 해당)이며 -1.602 × 10^-19C의 전하를 운반합니다. 핵에서 방출되는 전자를 베타 입자 또는 베타선이라고 합니다.
 
반대로, 다양한 과정으로 인해 원자에서 방출되는 궤도전자를 광전자, 콤프턴전자, 오제전자, 내부전환전자 등으로 방출 과정에 따라 다르게 부릅니다.

원자핵에서 방출되는 베타입자의 에너지는 수 keV에서 수 MeV까지 다양합니다. 양전하를 띤 양전자는 음전자와 유사하게 행동하지만 주변 음전자와 함께 소멸하여 정지 상태에 도달하면 두 개의 511 keV 소멸광자를 방출합니다.
 
가속기에서 가속된 전자를 베타입자가 아닌 전자선이라고 합니다. 전자선의 에너지는 가속기의 인가전압에 따라 달라집니다. 예를 들어 전자를 10^6V로 가속하면 전자빔의 에너지는 10^6eV 또는 1 MeV가 됩니다.

 

중성자

중성자는 질량이 1.0087 u(약 939.57 MeV/c² 또는 1.6749 × 10^-27 kg)이고 전하가 없는 기본 입자이므로 양전하를 띤 원자핵을 쉽게 관통할 수 있습니다. 이러한 특성을 이용하여 핵반응을 유도하는 데 사용됩니다. 자유중성자(핵 외부의 중성자)는 불안정하고 평균 수명이 14.76분으로 양성자와 전자로 붕괴됩니다.

 

광자 방사선

광자 방사선은 는 정지 질량이 없는 고에너지 빛(수백 eV 이상)으로 구성됩니다. 자외선과 연질X선의 경계는 불분명하고, X선과 감마선의 구분도 엄격하지 않습니다.
 
뢴트겐이 발견한 X선은 원자핵 외부의 전자 감속이나 궤도 전자의 전이에서 발생합니다. 나중에 발견된 감마선은 원자핵이 높은 에너지 준위로 전환되면서 방출됩니다.
 
전통적으로 X선은 에너지가 상대적으로 낮고 감마선은 에너지가 높다고 알려졌지만, 최신 X선 장치는 GeV 수준에 도달할 수 있어 에너지 수준으로 구별하기가 어렵습니다. 또 광자를 내는 위치로 구분하기도 어렵습니다.
 
소멸광자는 원자핵 밖에서 나오는데도 종종 '소멸감마선'으로 불려 왔습니다. 그리고 광자는 파동이며 전하가 없으므로 투과력이 강한 특성을 가집니다.

 

반도핵

원자핵이 중성자나 양성자와 같은 고에너지 방사선과 충돌하면 궤도 전자의 전부 또는 일부를 방출하여 +이온이 될 수 있습니다. 이 반도핵은 중하전 입자 방사선의 한 유형입니다. 예를 들어, 빠른 중성자가 수소원자핵과 충돌하면 양성자(수소핵)가 방출됩니다.

 

기타 기본 입자

다른 특수 방사선 유형에는 파이온(중간자) 또는 뮤온이 포함되며, 이는 가속기나 우주선 방사선장과 같은 고에너지 환경에서 발견할 수 있습니다.
 
파이온은 양, 음 또는 중성일 수 있으며, 충전된 경우 질량이 139.6 MeV(전자의 약 273배)이고 중성인 경우 135.0 MeV(전자의 약 264배)입니다. 수명은 수십 나노초보다 짧으며, 거의 대부분 뮤온과 중성미자로 붕괴됩니다.
 
뮤온은 전자처럼 음전하를 띤 입자이지만 훨씬 무겁고 수명이 짧습니다(평균 수명 약 2.2μs). 이들의 정지 질량은 105.66 MeV/c²이며 전자와 중성미자로 붕괴됩니다. 양전하를 띤 반뮤온은 양전자와 중성미자로 붕괴되며 비슷한 수명을 갖습니다.

 

자연 및 인공 방사선

인류는 1896년 뢴트겐이 X선을 발견하면서 방사선을 처음 알게 되었지만, 방사선은 그 이전부터 사람 주변에 존재하고 있었습니다. 자연 방사선은 지각에 있는 천연 방사성 핵종( 우라늄 또는 토륨)이나 우주(태양 포함)에서 방출되어 지구에 도달하는 우주선을 말합니다.
 
흔히 인공 방사선이라고 불리는 X선과 원자 방사선은 인간 활동에 의해 생성됩니다. 자연 방사선과 인공 방사선을 구별하는 것은 그동안 학계에서 관례적으로 해온 일입니다. 하지만 엄연히 따지고 보면 인공방사선도 자연현상에 의해 방출되는 것이긴 합니다.
 
다만 차이점은 의도적으로 생성된 인공 방사선은 종종 자연 방사선보다 훨씬 강력하여 방사선 위험이 더 높다는 것입니다.

이는 인공방사선 시설이 더 높은 방사선 위험을 내재하고 있음을 의미합니다. 원자력발전소를 위험시설로 보는 이유가 방사선 종류가 달라서가 아니라 강도가 크기 때문인 것이지요.