방사선의 정의 및 분류

방사선은 알게 모르게 우리 주변에 존재하며 생활에 밀접해 있습니다. 방사선에는 대표적으로 X선이 있지만 그 외에도 여러 가지 방사선이 존재합니다. 이번 시간에는 방사선의 정의와 각기 다른 기준에 따라 어떻게 분류하는지 알아보겠습니다.

 

방사선의 정의 및 분류

 

방사선의 정의

 

 

원래 방사선(Radiation)이란 공간이나 물질을 통해서 전해지는 에너지의 방출과 전파를 의미합니다. 따라서 그 자신이 에너지를 방출하고 어느 제한된 영역까지 직선으로 진행되어 에너지를 주변에 전달합니다. 방사선은 크게 세 종류로 전자기 방사선, 소리 방사선 및 입자방사선으로 구분됩니다. 전자기 방사선, 소리 방사선 및 입자방사선은 다시 각각 더 세분됩니다.

 

 

방사선의 분류

 

 

전자기 방사선은 앞에서 언급한 바와 같이 세분되어 라디오파, 마이크로파, 적외선, 가시광선, 자외선, X선, 감마선 등으로 나뉩니다. 우리 생활에 많이 쓰이고 있는 정보통신이나 전자제품 등에 이용되는 에너지 범위의 전자기 방사선은 대부분 입자보다는 파동의 특성을 가지게 되지만, 자외선, X선, 감마선은 입자의 특성을 더 많이 가지게 됩니다. 광자에너지는 파장에 반비례합니다. 그러므로 전자기 방사선은 광자의 에너지 또는 파장에 따라 분류되고 있습니다. 소리 방사선은 주파수에 따라 구분되는데, 초저음 파, 음파, 초음파 순으로 주파수가 증가합니다.

 

입자방사선의 대표적인 예로는 알파선과 베타선이 의미하지만, 우주선도 보통 입자방사선에 포함되는데 그 이유는 1차 우주선은 대부분 양성자이고 이외에도 알파입자, 무거운 원자핵, 베타입자, 전자 등을 포함하기 때문입니다. 그러나 지상에 도달되는 2차 우주선에는 감마선도 많이 포함됩니다.

 

하지만 우리가 일반적으로 말하는 방사선은 물질 내에서 하전입자를 생성할 수 있는 전리방사선을 의미합니다. 즉, 일반적으로 방사선이란 물질과 작용하여 직접 혹은 간접적으로 전리를 일으킬 수 있는 성질을 가지고 있는 전리방사선을 의미합니다. 소리 방사선은 전리방사선이 아니므로 제외하고 보통 방사선에 포함하지 않습니다. 따라서 방사선 물리학에서는 소리 방사선은 제외하고 전자기 방사선(이하 전자기파로 칭함)과 입자방사선(이하 입자선으로 칭함)에 대해서만 취급합니다. 좀 더 정확히 말하자면 파장이 짧은 전자기파와 고속의 입자선에 대해 다룹니다.

 

전자기파는 질량과 전하가 없으며 진공 속에서는 광속으로 전파되며, 의학에서 주로 이용되는 전자기파는 파장이 짧은 X선과 감마선입니다. 입자선은 일정한 질량과 전하(중성자 제외)를 가지고 있으며, 원자나 분자를 직접 또는 간접적으로 전리시키는 운동에너지를 가진 입자의 흐름으로서 의학에서는 전자선, 양성자선, 중성자선, 베타선 등이 사용됩니다. 입자선은 다시 하전입자선과 비하전 입자선으로 나뉩니다. 하전입자선에는 원자핵으로부터 방출되는 알파선, 베타선, 입자가속기에서 만들어 내는 전자선, 양성자선, 중양성자선, 기타 중이온 등이 있습니다. 비하전 입자선에는 중성자선이 있는데, 원자로나 입자가속기 등을 이용하여 만듭니다.

 

 

방사선의 물질 전리 여부에 따른 분류

 

 

물질의 전리 여부에 따라서 전리방사선과 비전리 방사선으로 구분됩니다. 전리방사선은 물질을 전리시킬 수 있는 방사선을 의미하며, 비전리 방사선은 물질을 전리시킬 수 없는 방사선으로서 전파, 적외선, 자외선 등을 말합니다. 자외선은 물질과의 상호작용에서 주로 들뜬 상태가 되며, 파장이 짧은 영역의 자외선은 전리작용도 합니다. 전리란 원자 내의 전자가 외부로부터 에너지를 얻어 원자핵의 구속에서 이탈하여 이온쌍을 만드는 현상을 말하며, 원자의 들뜸은 전자가 외부로부터 에너지를 얻어 보다 더 높은 에너지 주위의 궤도로 옮겨가는 현상을 말합니다. 따라서 전리된 전자는 원자핵의 구속에서 이탈된 상태이고, 들뜬 상태의 전자는 여전히 원자핵에 구속된 상태입니다.

 

 

방사선의 전리 방식에 따른 분류

 

 

전리방사선은 다시 직접 전리방사선과 간접 전리방사선으로 나뉩니다. 직접 전리방사선이란 물질을 통과할 때 충돌에 의한 전리를 일으키기 충분한 에너지를 가진 하전입자선을 의미하며 알파선, 베타선, 양성자선, 중양성자선 등이 이에 해당합니다. 그 자체가 전리작용을 가지므로 충분한 에너지를 갖고 물질에 흡수되면 그 물질 내의 원자구조를 바꾸고 화학적, 생물학적 장해를 일으킵니다. 간접 전리방사선은 자신은 전리작용이 없고, 물질을 통과할 때 물질에 에너지를 주어 2차로 발생하는 하전입자의 전리작용에 의해서 간접적으로 물질을 전리시켜 장해를 일으킵니다. 즉 물질을 통과할 때 하전입자를 발생시키거나 핵변환을 일으킬 수 있는 방사선으로서 중성자선, X선, 감마선 등을 말합니다.

 

 

발생원에 따른 분류

 

 

자연적으로 발생하는 방사선인지 아니면 인공적으로 만들어진 방사선인지에 따라 구분하기도 합니다. 자연적으로 발생하는 방사선은 자연방사선이라 하고 인공적으로 만들어진 방사선을 인공방사선이라 합니다.

 

자연방사선은 지구 생성과 함께 현재까지 존재하는 방사선으로서 자연 방사성 원소가 붕괴할 때 발생합니다. 태양, 토양, 식품, 공기에서 받게 되며, 인체 내에도 존재하고 있습니다. 또한 지구 밖 외계로부터 오는 우주선은 위도나 고도에 따라서 선량의 차이가 있고, 토양 속의 방사성 물질로부터 오는 방사선은 구성 물질에 따른 방사선량의 차이가 있습니다.

 

인공방사성 원소나 방사선 발생 기기에서 방출되는 방사선은 인공방사선에 속합니다. 대표적으로 TV 나 컴퓨터 같은 전자제품이나 의료기기 등에서 발생하는 방사선이 있습니다. 이외에도 핵실험에 의한 ‘방사성 낙진’이나 방사성 폐기물에 의해 발생하는 방사선도 이에 포함됩니다.