제10장 방사능오염과 환경독성
10.1 전리방사선
어떤 물체를 통과하여 최외각 궤도에 있는 전자를 탈락시켜 이온을 생성하는 방사선을 전리 방사선이라 부른다. 방사선은 자연적으로 생성된 원소들이나 인위적으로 합성된 여러 원소 즉 방사성 핵종들이 불안정하여 분해될 때 주로 발생한다.
10.1.1 방사선 종류
방사선은 Q-입자, B-입자, Y -선 그리고 중성자 등 4종류가 있다. a 입자는 두 양자와 두 중성자 무게와 같은 질량을 가지며 전하는 +2가이다. 입자는 원자량이 하나 증가한 동위원소가 형성된다.
10.1.2 투과성의 차이 전리방사선의 조직에 대해 투과성은 방사선 종류(즉 질량과 전하)와 에너지에 따라 달라진다. 따라서 조직 손상의 정도는 전달된 전리방사선 양에 비례한다. 방사선이나 입자가 물질을 투과할 때 깊이 투과될수록 방사선 에너지는 줄어들게 된다.
전리방사선의 평균 에너지 이송률(LET : linear energy transfer)은 최초 유입된 방사선 에너지를 전 방사선 에너지를 차단하는데 필요한 물질의 두께로 나눈 값으로 나타낸다. 같은 방사선량일 경우 방사선에 노출된 조직 손상의 정도는 LET이나 증가함에 따라 커진다. 그러나 Y-선과 X-선의 경우 확정된 LET이나 없다. 왜냐하면 침투 깊이에 따라 지수 함숫값에 비례하여 약해지기 때문이다. 따라서 이 경우 LET 치는 Cmax/(2 ×HVL)로 표시되며 여기서 HVL(half-value layer)는 방사선의 세기를 반으로 줄이는데 필요한 물질의 두께이다. 표 10.1은 방사선 종류에 따른 조직에 대한 투과성과 100K eV 세기 방사선에 대한 LET 치를 비교한 것이다.
여기는 No와 N은 처음과 t 시간에서의 핵종 농도이고 k는 각 핵종에 따라 달라지는 분해 상수이다. 따라서 반감기 ti 2=In2/k이다.
흡수된 방사능과 방출된 방사능을 측정하기 위하여 두 종류의 단위가 사용되고 있다. 하나는 전통적으로 사용된 단위로서 큐리(Ci : curie)이다. 원래 Ci는 라듐 LG가 방출하는 방사선의 양이지만에 2.2 × 10 pdm(dis integrations per minute)
노 규정되었다. 현재 Ci 단위는 점차 사라지고 있지만 사용하고 있다.
다른 하나는 현재 국제적으로 통용되고 있는 국제단위( SI : international unit)로서 회색( YG : Grey)으로 표시하며 1 Jag' 에 해당한다. | 흡수 방사능의 전통적 단위는 돼지기름(rad)인데 이것은 100 ergs g (2.38 × 10 SCAA g)과 같은 에너지를 갖는 것이다. SI 단위인 YG는 1J kg ' 와 같은 양이다. 또한 렘(rem)은 어떤 방사선의 생물학적 파괴 능과 동일 세기의 흡수선 양을 말한다. 여기서 파괴 능은 각 방사선 종류에 따라 다르며 LET치와 관련되어 있다. 물론 정의에 따르면 1 rem은 1 rad X-선이 갖는 생물에 대한 파괴 능과 같은 세기이다. 그러나 Q-방사선에 대해서는 환산 계수(quality factor) 20을 곱하여야만 한다.
10.2 방사선 배출원
방사선 배출원은 자연적 요인과 인위적 요인으로 나눌 수 있다. 자연적 배출원은 우주에서 오는 방사선과 2280, 232 Th, 235U 등이 분해되는 과정에서 생성되는 방사선 등이다. 우라늄은 암석, 토양, 인산염, 퇴적물 등에서 흔히 볼 수 있다. 2380, 23 Th의 가스상 분해 산물인 라돈에 대한 관심이 쏠리고 있다. 왜냐하면 2Rn, Rn은 지구가 가지고 있는 기본적 방사선량의 54%를 차지하고 있기 때문이다.
라돈은 지역적으로 골고루 분포되어 있지 않다. 지구 상 인구의 대부분이 실외 라돈에 대한 피폭률이 연간 0.3~0.6 mSv인 지역에 살고 있다. 그러나 브라질의 몇몇 지역과, 인도, 이란 등에서는 연간 라돈 피폭률이 8~400 mSv로 나타났다. 이 지역에서 라돈 피폭률이 높은 이유는 토양에 탈리튬이 많이 들어 있으므로 이다. 또한 역시 인산염 퇴적물 중 238U로 인하여 라돈 방사선량이 높게 나타나고 있다. 우라늄 광산이나 폐광산에서는 라돈이 건강을 해칠 정도의 높은 농도가 함유되어 있다. 일부 지역의 주거 시설과 사무실 지하 등에서는 실 정도로 작을지라도 치명적일 수 있다. 히로시마와 나가사키에 투하된 원자폭탄으로 인한 생물에 대한 피해를 조사한 결과에 따르면 450 rads에 노출된 사람은 거의 2주 이내에 사망한 것으로 나타났다.
10.3.1 자유라디칼의 작용기전
방사선이 생물체에 영향을 주는 것은 물 분자에서 유리된 이온이나 이온화된 입자 상호 간 충돌로부터 생성되는 수산기와 ·H 라디칼 때문이다. 자유라디칼은 세포 내 거대 분자와 결합하거나 서로 반응하여 강한 산화제인 H2O 2를 형성하기
도 한다. 또 다른 형태의 ·HO2기는 세포 내 산소와 H기의 상호작용 때문에 형성된다. 물론 이것은 H2O 2로 환원되기도 한다. 이들 자유라디칼과 H2 O2 등이 세포 내 거대 분자인 핵산, 단백질, 지질, 탄수화물과 상호 작용하여 다양한 손상을 유발한다. 즉 DNA 파괴, 점 돌연변이, 염색체 변형 등이 일어나 결국 세포를 죽게 만든다.
10.3.2 방사선의 독성 및 생물에 대한 민감도
(1) 독성 및 증상
방사능 질환에 대한 임상적 증상은 히로시마와 나가사키 폭발 시의 생존자를 대상으로 폭넓게 연구되었다. 방사능 질환의 초기 증상은 매스꺼움과 구역질인데 특히 다량으로 노출되면 이러한 증상이 질환의 전 과정 동안 계속될 수도 있다. |구역질은 탈모와 자색 반 병으로 이어진다. 자색 반 병의 정도와 탈모가 시작되는 시기는 노출 정도에 달려 있다. 구강, 직장, 비뇨기계의 출혈과 설사와 같은 다른 증상들은 조혈 기관과 위장관 손상에 대한 대표적인 임상 증상이다.
(2) 만성적 노출에 따른 독성 우리는 고농도 방사선이 건강에 미치는 영향에 관한 수많은 정보를 가지고 있다. 그러나 작업장이나 일반 공공장소에서 발생하는 저농도의 만성적 노출 결과에 대해서는 아직도 잘 모르는 실정이다.
이러한 지역에 있어서 얻는 정보 대부분은 실험동물을 이용하여 높은 농도로부터 낮은 농도까지 노출한 결과를 통계적으로 외측 삽입 처리하여 얻고 있다. 통
계절 외삽법은 위해성을 나타내지 않는 농도보다 낮은 역치가 존재할 수 없다는
1590년의 반감기를 갖는 a, B 방출체로서 토양과 암석에 자연적으로 존재하기도 한다. 반감기가 30.2년인 B-방출 체인 세슘 137은 칼륨이 존재하는 근육과 결합하며 반감기가 8.1일인 B, Y-방출 체인 요오드 131은 갑상샘에 주로 결합한다.
인산비료는 또 다른 방사선 배출원이다. 전 세계 인산 퇴적물의 대부분은 높은 우라늄을 함유하고 있기에 인산 비료를 뿌린 토양에서 성장한 곡물들은 방사성 물질로 오염되어 있다. 따라서 인산 비료를 준 농토에서 흘러나오는 유출수는 방사성 물질을 강으로 이동시키는 역할을 한다.
(3) 식물에 대한 독성 방사선에 대한 식물의 민감도는 식물에 따라 1 차이가 날 정도로 다. 양하다. 가장 저항성 큰 식물은 포복성 및 부착성 식물이다. 현장 실험에 의하면 이런 식물 중 어떤 것은 하루에 3000R보다 더 많은 양의 방사선에 노출되어도 생존하였다. 반면에 관목과 수목(교목) 같은 키가 큰 식물들은 하루 350R만 초과하여도 생존하지 못하는 것으로 나타났다. 6개월 동안 다양한 양의 Y-선을 숲에 노출했을 때 관찰되는 손상의 형태는 다음과 같다.
일반적으로 모든 식물에서 염색체 크기와 방사능에 대한 민감도는 서로 비례 관계가 있는 것으로 관찰되었다. 즉 염색체가 심할수록 손상 정도가 커진다는 것이 rads, 개는 244 rads이다. 포유동물에서는 치사량 이하로 X선을 조사하면 수명이 감소하는 반면 성충의 경우에는 오히려 수명이 증가하는데 이는 곤충의 경우 포 유동 물보다 세포 재생의 필요성이 작기 때문으로 생각한다. 이러한 현상은 방사선은 분열하는 세포에는 해롭지만 분열하지 않는 세포에는 오히려 이로울 수도 있다는 주장의 근거가 되기도 한다. 마찬가지로 성장기 생물들이 성숙한 생물보다 방사선에 더 민감하다. 예를 들어 초기 발생기에 있는 물고기의 LD50은 50R인 반 면에 성장이 끝난 물고기의 경우는 800~900R에서도 저항성을 갖는다. 사람도 어린이와 태아는 특히 방사선에 민감하다. 상당히 작은 양에서 지능 장애, 발육 장애, 기형 그리고 암 등이 유발될 수 있다.