방사선 피폭과 그 생물학적 영향 이해하기ㅣ외부 피폭과 내부피폭

방사선 피폭

방사선 피폭은 방사선 에너지가 방사선의 경로에 있는 물체에 전달되어 흡수되는 현상을 말합니다. 이는 에너지의 흐름으로, 다른 용어로는 '방사선 노출'이라고도 합니다. 방사선 피폭은 인간의 몸뿐만 아니라 모든 물체에 영향을 미칠 수 있지만, 주로 인체에 대한 방사선 피폭으로 간주됩니다.
 
방사선 피폭이 발생하기 위해서는 세 가지 요소가 필요합니다. 첫째, 방사선을 방출하는 방사선원, 둘째, 방사선에 피폭되는 사람, 그리고 셋째, 방사선원과 피폭된 사람을 연결하는 피폭 경로입니다.
 
방사선원은 방사선을 방출하는 물질과 방사선을 방출하기 위해 의도적으로 만들어진 장치(방사선 발생장치)로 크게 나눌 수 있습니다.

뢴트겐 부인의 손 X-ray 촬영(좌), 뢴트겐(우)

뢴트겐에 의해 X선이 발견된 이후, 많은 양의 방사선 피폭이 건강에 해롭다는 사실이 인식되었습니다. 따라서, 방사선을 유해한 수준으로 방출하는 방사선원에 대해서는 경고 표지와 같은 안전 조치가 필요합니다. 이 때문에 방사선 위험을 알리는 삼엽표지(tri-foil mark)가 국제 표준 마크로 사용됩니다.
 
이 마크는 국제 표준(ISO 361:1975)에 따라 약속된 도형으로, 상황에 따라 다양한 크기와 색상(주로 빨강-보라색 또는 검은색)으로 적절한 문구와 함께 사용될 수 있습니다. 예를 들어 방사성 물질의 포장하는 곳, 방사선 사용 시설의 입구등에 해당 문구와 함께 사용됩니다. 방사선 발생 장치, 방사선 오염 지역 등에서 방사선 위험을 알리기 위해 사용되기도 합니다.
 

외부 피폭과 내부 피폭

인간의 방사선 피폭은 편의상 방사선의 경로에 따라 외부 피폭과 내부 피폭으로 나뉩니다. 외부 방사선 피폭은 외부 방사선원에서 방출된 방사선 에너지가 인체에 흡수되는 경우이며, 내부 방사선 피폭은 방사성 핵종을 섭취하여 체내 조직이나 기관에서 방출된 방사선 에너지가 인체 조직에 흡수되는 경우를 말합니다.
 
병원에서의 X선 촬영이나 CT 촬영이 전형적인 외부 방사선 피폭의 예이며, 실내 공기 중 라돈에 의한 폐 피폭이 내부 방사선 피폭의 예입니다. 갑상선 치료를 위해 방사성 요오드를 투여받는 환자가 받는 방사선량은 내부 방사선 피폭이지만, 환자를 돌보는 보호자는 환자의 몸에서 방출되는 감마선에 의해 외부 방사선 피폭을 받습니다.
 
외부 방사선 피폭의 경우, 방사선원이 제거되거나 사람이 그 지역을 떠나면 피폭이 멈추지만, 내부 방사선 피폭의 경우 방사성 핵종이 이미 체내에 있기 때문에 쉽게 제거될 수 없으며, 방사성 붕괴나 대사를 통해 배출될 때까지 체내에 남아 피폭이 계속됩니다.
 
방사선이 인체에 미치는 영향이나 위해성은 외부 방사선인지 내부 방사선인지에 따라 달라지지 않으며, 결국 관심 있는 조직에 전달되는 방사선 에너지의 양을 나타내는 방사선량의 크기에 의해 결정됩니다.
 
체내에 오염된 방사성 핵종이 화학적 독성을 가지고 있어 건강에 영향을 미치는 것은 방사선의 영향과는 별개의 문제입니다.

하지만 방사성이 큰 경우에도 그 양이 극히 적기 때문에 우라늄(U)과 같이 반감기가 매우 긴 종을 제외하고는 오염된 핵종의 화학적 독성은 거의 중요하지 않습니다.
 

피폭과 건강 영향

방사선 피폭을 나타내는 물리량이 방사선량입니다. 기본 방사선량은 피폭된 물질의 단위 질량당 흡수된 방사선 에너지의 양을 나타내며, 이를 흡수선량이라고 합니다. 흡수선량은 Gy단위를 사용합니다. 1kg의 물질이 1J의 방사선 에너지를 흡수했을 때 이를 1Gy(그레이)라고 합니다.
 
하지만 같은 에너지를 흡수하더라도 방사선의 종류와 에너지에 따라 생물학적 효과는 다를 수 있습니다. 더 나아가 동일한 양의 방사선이라도 노출된 조직의 종류에 따라 반응과 위험이 다르기 때문에 이러한 차이를 고려해야 합니다. 이를 위해 흡수선량의 개념을 보완하는 진보된 방사선량 개념이 필요합니다.
 
생물체가 방사선에 피폭되면, 즉 방사선 에너지가 조직 내에 전달되면 원자나 분자 수준에서 다양한 변화가 발생합니다. 예를 들어, 감마선이 체내 물 분자의 산소 원자와 반응하여 궤도 전자를 제거하면 H2O+ 이온과 전자(-e) 쌍을 생성합니다. 이때 튀어나온 전자가 다른 주변 물 분자와 충돌하면 여기 되어 불안정한 물 분자(H₂O')를 생성합니다. 흥분한 물 분자가 분해되면 수소(H)와 하이드록실(OH) 그룹을 생성하고, 이러한 그룹은 강한 화학적 반응성을 가지며 다른 생물학적 분자를 화학적으로 공격할 수 있습니다.
 
이러한 원자나 분자 수준의 변화가 생물학적 분자에 영향을 미치면 생화학적 및 세포 생물학적 변화로 이어지며, 궁극적으로 방사선의 생물학적 효과를 초래합니다.

이러한 영향은 긍정적인 효과일 수도 있고 부정적인 결과일 수도 있습니다. 방사선 보호 관점에서는 부정적인 측면, 즉 부작용에 주목합니다.
 
방사선이 건강에 부정적인 영향을 미칠 수 있다면, 이에 대한 보호가 자연스럽게 고려되며, 이것이 방사선 방호입니다.

학문적인 분야로서의 방사선 방호는 보건물리학(Health Physics)이라고도 합니다. 미국 보건물리학회는 '보건물리학'을 다음과 같이 정의합니다.
 
Health Physics: 유해한 방사선의 위험으로부터 사람과 환경을 보호하는 모든 학문
 
따라서 보건물리학을 더 간단히 표현하면 '방사선방호에 관한 학문'입니다. 방사선 방호 또는 보건물리학 분야는 매우 넓으며, 이온화 방사선과 비이온화 방사선 모두를 포괄합니다. 방사선 방출과 관련된 핵물리학에서부터 방사선 물리학, 방사선 화학, 방사선 생물학, 방사선 의학, 공중 보건, 위험 관리, 환경 과학, 생태학, 경제학, 사회학, 인류학 등 다양한 분야에 걸쳐 있습니다.