원전 사고와 방사능 오염에 관한 도움 되는 상식들

으음... 제가 블로그에 이런 내용을 쓰게 될지는 꿈에도 몰랐네요.

옆나라 일본이 지진해일로 인해 원자로 몇 개가 파괴되어 그로 인해 당장 방사능 피해의 가능성이 높아졌죠.
그래서 관련 내용들을 많이 접하게 되는데, 요즘 언론이나 정부기관은 워낙 기만적이라서 기사 내용을 그대로 믿을 수가 있어야죠.
그래서 어쩌다 보니 고등학교 때도 별 관심 없던 현대물리학 공부까지 하고, 정리를 좀 해봤습니다.
물론 너무 어려운 내용까지 공부한 건 아니고 그냥 쓸모 있을 것 같은 부분까지만...^^;;

원자로 안에서 일어나는 일

발전소에 있는 원자로에서는 '핵분열 반응'이 일어나고 있죠. 뭐 이건 다들 아실 겁니다.
질량수(원자핵 내의 양성자 수 + 중성자 수)가 큰 핵종들은 스스로 분열되기도 하고, 중성자에 맞아서 핵분열을 일으키기도 합니다.
핵분열 이후의 산출물들의 질량의 합은 핵분열 이전의 질량의 합보다 작고,
이 질량 차이만큼의 에너지 E = mc^2 이 얻어지죠.

그런데 이런 핵분열 에너지를 산업적/군사적으로 이용하려면 '중성자 유도 핵분열 연쇄 반응'이라는 것이 일어나야 합니다.
중성자가 특정한 핵종의 원자핵을 때리면 핵분열이 일어나면서 그 과정에서 더 많은 중성자를 발생시키는데,
이런 중성자 발생과 핵분열이 연쇄반응으로 계속 이어지는 것이 중성자 유도 핵분열 연쇄반응입니다.
이 연쇄반응이 기하급수적으로 일어나 순식간에 전체가 다 핵분열을 일으키면 원자폭탄이 되는 것이고,
중성자 수를 일정 수준으로 유지하면서 핵분열 에너지를 천천히 뽑아쓰면 원자력발전소의 원자로가 되는 겁니다.

이런 핵분열 연쇄반응을 일으킬 수 있는(fissile) 핵종은 우라늄-233, 우라늄-235, 플루토늄-239 정도입니다.
반응식으로 쓰자면 다음과 같죠.

우라늄-235 + 중성자 → 핵분열산출물 + 2.52 중성자 + 180MeV (에너지의 단위입니다)
플루토늄-239 + 중성자 → 핵분열산출물 + 2.95 중성자 + 200MeV

문제는 이 반응식에 나오는 것들 모두가 인체에 치명적인 방사능을 띤다는 점입니다.


방사선은 어떤 것인가?

방사선이란 고에너지의 입자(물질파)나 광선을 일컫습니다.
일반적으로 방사선은 핵분열, 핵융합, 방사성 붕괴 같은 핵반응에 의해 생기며,
이런 핵반응에 의한 방사선의 종류는 α입자(헬륨원자핵), β입자(전자), 중성자, γ(감마)선 등이 있습니다.
눈에는 보이지 않습니다.

방사선이 몸에 해로운 이유는 이런 고에너지의 입자와 광선이 몸을 통과하면서
그 궤적에 있는 우리 몸의 분자들을 전리시켜 화학반응성이 높은 이온으로 만들어버리고,
이것이 또 주위 분자들을 파괴, 변형시키기 때문입니다.
마치 사람이 몸에 총알을 맞으면 죽거나 건강상 큰 위해가 되듯이
방사선은 아주 작은 분자 수준의 총알처럼 DNA 같은 세포 구성물질들을 꿰뚫고 파괴하거나 변형시킴으로써 위해를 가합니다.

방사성/방사능이라 함은 어떤 물질이 방사성 붕괴라는 핵반응을 일으키면서 방사선을 방출하는 성질이 있다는 뜻입니다.
능력을 의미하는 능(能)은 물리학적으로 틀린 표현이라는 의견도 있지만 뭐 관용적으로 널리 쓰이니 그냥 쓰도록 하죠^^;
방사능 물질이란 원자핵이 불안정해서 좀더 안정한 원자핵으로 붕괴될 가능성이 높은 물질입니다.
원자핵이 불안정한 이유는 정확한 수식은 모르겠으나-_- 원자핵 안에 중성자와 양성자가 너무 많거나 서로 비율이 안 맞으면 불안정하더군요.
그래서 좀더 안정적인 중성자수-양성자수 조합이 되는 방향으로 붕괴하여 다른 핵종이 되면서 에너지를 방출합니다.
방사성 붕괴 중 대표적인 β 붕괴는 원자핵 내의 중성자가 양성자로 변하면서 전자를 튕겨내 보내는 것이고,
α 붕괴는 원자핵에서 양성자2개+중성자2개(헬륨원자핵)가 튕겨나가는 것입니다.

이런 방사능을 가지는 물질은 일반 자연계에서도 미량 발견되기는 하지만 원전 내부에 아주 많습니다.
앞에 썼던 원자로의 반응식에 나오는 '핵분열산출물'이란 것도 상당 부분 방사능물질이고,
원자로 근처에 있던 안정적인 일반물질도 핵분열에서 발생한 중성자를 흡수해서 방사성 물질이 됩니다.
안정적이던 핵에 중성자가 흡수돼 더해짐으로써 양성자수-중성자수 조합이 불안정해지는 것이죠.

방사성 붕괴는 중성자를 필요로 하거나 연쇄적이지 않고, 원자핵 혼자서 자동적으로 확률적으로 일정한 비율로 붕괴되어갑니다.
이렇게 일정한 비율로 전체 중에서 절반이 붕괴되는 데 걸리는 시간을 반감기라고 합니다.
처음에 1g의 순수한 방사성 동위원소가 있었다면 반감기 후에는 0.5g은 붕괴되어 다른 원자가 되고 0.5g이 남고,
또 한 번 반감기만큼의 시간이 지나면 추가로 0.25g이 붕괴되고 0.25g이 남고... 점점 시간이 지나며 붕괴되어 결국은 사라져 버리는 겁니다.

물질에 따라서 이 반감기는 몇 분일 수도 있고, 우주의 역사보다 길 경우도 있습니다.
가장 골치아픈 것은 '몇십년' 단위의 어중간한 길이의 반감기를 갖는 물질입니다.
방사성 붕괴의 속도가 어중간해서 방사선 방출량이 무시할 수 없을 만큼 꽤 크면서도 다 사라지기까지는 몇백년이나 걸리기 때문이죠.

사람이 방사선을 쬐는 것을 피폭(被曝)되었다고 합니다만,
체외의 핵반응에 의한 방사선에 피폭되는 것을 외부 피폭, 체내에 흡수된 방사성 물질의 붕괴에 의해 피폭되는 것을 내부 피폭이라고 합니다.
당연히 내부 피폭이 더 심각한 문제죠.
비유하자면 옆에서 폭탄이 폭발해서 파편이 튀는 것과 꿀꺽 삼킨 폭탄이 배 속에서 터질 경우의 피해 차이 정도랄까요?
게다가 이 체내의 폭탄은 한 번 터지고 마는 것이 아니라 반감기를 가지고 꾸준히 지속적으로 폭발하고 있는 꼴입니다.

생물학적 피폭량을 나타내는 단위는 Sv(Sievert, 시버트)입니다.
1Sv 이상 피폭 되면 직접적으로 생명에 위협이 된다고 보면 되고, 4Sv 이상 피폭 되면 50% 이상의 확률로 몇 달 이내에 죽는다고 합니다.
80Sv 이상 피폭되면 몇 시간 내로 확실히 사망합니다.
3월 16일에 후쿠시마 제1원전 3호기 원자로 근처의 방사선이 시간당 400mSv(= 0.4Sv)에 달했다고 합니다.
그곳에 2시간 반 이상 서있으면 생존에 영향이 있고 10시간 있으면 반 죽는다는 얘깁니다.

지금까지의 얘기는 직접적인 방사선에 의한 세포와 조직의 파괴로 죽는 경우의 얘기고,
피폭에 의해 DNA가 변형된 결과로 암이나 백혈병이 발생하여 사망한다든가 하는 것은 그보다 훨씬 낮은 피폭량으로도 가능합니다.

만에 하나 후쿠시마 원전 사고가 최악의 상황으로 치닫는다고 하더라도
한국에 사는 사람이라면 생명과 건강에 직접적인 영향을 줄 정도의 대량의 방사선에 피폭될 일은 없을 것입니다.
아마도 적은 양의 피폭으로 인해 간접적으로 몇년 후에 암이나 백혈병에 걸리게 된다거나,
DNA 변이로 인해 기형적인 후손을 갖게 된다거나 하는 종류의 피해는 가능하겠죠.


원전 사고 시 가장 조심해야 될 방사성 물질은?

원자로 안에서는 핵분열연쇄반응이 일어나고 있고,
원전 사고에서 최악의 사태는 원자로의 격납용기가 녹거나 깨져서 원자로 안에 있던 물질이 원자로 밖으로 유출되는 사태입니다.

현장에서 사태 수습을 하는 토쿄전력 직원이나 자위대원 같은 사람들이야 중성자를 비롯하여 원자로 자체에서 나오는 방사선을 걱정해야겠지만...
원자로의 핵분열에 의한 방사선 자체는 멀리까지 못 갑니다.
한국에서 걱정거리가 되는 부분은 원자로에서 유출된 방사능 물질이 어떤 경로를 통해서든 한국으로 와서 방사선을 뿜어내는 것인데요.
방사능 물질이 먼지가 되어 날아오는 것을 방사능 낙진이라고 하죠.
체르노빌 사고에서 퍼졌던 방사능 낙진은 수μm에서 수십μm의 크기를 가지는 미세한 먼지 알갱이입니다.
우리에게 친숙한 황사와 비슷한 크기입니다.

상식적으로 위의 반응식 왼쪽에 있는 플루토늄이나 우라늄이 가장 위험한 방사능 물질일 거라고 생각하시는데,
체르노빌 사고의 예에서 봤을 때 실제로 가장 위험했던 방사능 물질은 위의 반응식 오른쪽에 있는 '핵분열산출물'들입니다.
핵연료로 쓰이는 우라늄의 질량수는 235인데, 핵분열을 하면 질량수 135 근방의 핵종과 95 근방의 핵종으로 분열될 확률이 높다고 합니다.
이들 중 상당수는 불안정한 중성자수-양성자수 조합을 갖게 되고, 그로 인해 지속적으로 β 붕괴를 일으키며 방사선을 발생합니다.

아래 그래프는 체르노빌 사고 당시 대기중의 총 방사선량을 구성하는 각종 방사능 물질의 비율입니다.
우라늄이나 플루토늄 따위는 눈에 안 띄고, 대부분 질량수 135 부근이나 95 부근의 핵종들이죠.

이 중에서 인간에게 가장 위험한 물질은 요오드(I)-131과 세슘(Cs)-137이라고 할 수 있습니다.
요오드는 할로겐이고 세슘은 알칼리금속이기 때문에 물에도 잘 녹고 각종 휘발성 화합물도 잘 만들고 생태계의 먹이사슬 안으로 들어오기도 쉽습니다.
즉 환경 속에서 확산되기도 쉽고, 음식을 통해 몸 속으로 흡수되기도 쉬워 내부 피폭을 일으킬 가능성도 높은 물질들인 거죠.

요오드는 갑상선 호르몬의 원료이기 때문에 요오드-131이 일단 몸속에 들어오면 목에 있는 갑상선에 농축이 됩니다.
체르노빌 사고 당시 발견된 동물의 사체 중 다수가 갑상선이 부어 있었다고 하고,
체르노빌 사고의 영향으로 한국을 포함하여 세계적으로 갑상선암 발병률이 높아졌다는 얘기도 보고되고 있습니다.
그나마 다행이라면 요오드-131의 반감기는 8일이기 때문에 사고 후 몇 달 지나고 나면 요오드-131에 대해서는 크게 걱정하지 않아도 된다는 것이겠습니다.

세슘-137은 반감기가 '가장 골치아픈 어중간한 범위'인 30년쯤 된다는 것이 문제입니다.
그래서 위 그래프에서 보듯이 30년쯤 지나면 전체 방사능 물질 중에 세슘-137만 남는 것처럼 보인다는 것을 알 수 있습니다.
1986년의 체르노빌 사고 때 방출된 세슘-137이 아직도 반 이상이 남아 세계를 떠돌고 있다는 것이고,
후쿠시마 원전 사고가 나면 2041년이 되어도 사고 당시 배출된 세슘-137이 반이나 남는다는 뜻이 되고,
22세기가 와도 체르노빌 사고 때의 세슘-137이 6.3%, 후쿠시마 사고의 12.5%가 여전히 남는다는 말입니다.

그리고 위 그래프에는 나오지 않았지만 인체에 더 심각한 해를 가할 수 있는 핵종은 뼈에 침착될 수 있는 스트론튬(Sr)-90입니다.
얘도 반감기가 29년이나 되긴 하지만, 위 그래프에 안 나온 이유는 비휘발성이기 때문에 대기 중으로 퍼지지 않기 때문이죠.
아마도 스트론튬-90은 후쿠시마에서 유출된다고 하더라도 한국까지 날아오지는 않을 것 같긴 합니다.


원전 사고 시 행동 요령

일본의 원전사고가 최악의 사태로 발전해서 방사능 물질이 유출될 경우의 행동 요령에 대해 자료들을 모아보았습니다.

다행히 한국과 일본은 편서풍대에 놓여 있기 때문에 바람이나 해류의 방향은 대부분 서쪽에서 동쪽으로 갑니다.
방사능 낙진이 일본에서 한국으로 바람에 실려 날려오거나 바닷물을 통해 들어올 확률은 적다고 할 수 있겠습니다.
그래도 원전 사고가 정말 크게 발생한다면 한국도 안전하다고 확신할 수준은 안 될 겁니다.
여름철의 북태평양 고기압이나 태풍 같은 게 오면 어떤 영향이 있으려나요?

그리고 방사성물질 오염 여부를 판단하기 위해 방사선 계측기를 구입할 수 있을까 좀 알아보기는 했는데,
일반가전제품도 아닌 데다가 지금 일본에 워낙 수요가 많기 때문에 구하기는 쉽지 않을 것 같습니다.
국내 지역별 방사선량 측정치는 ☞요 페이지☜에서 보실 수 있습니다.

외출 자제
만약 이번 사고로 한국에서도 방사능 낙진이 확인된다면 문과 창문을 꼭꼭 걸어 닫고 안 나가는 게 좋겠습니다.
회사나 학교 따위, 나와 가족들의 안전보다 중요하지는 않을 테니까요.

창문 틈새도 테이프 등으로 막아서 먼지가 유입되지 않도록 해야 하고,
환기도 시키지 말고, 환풍기나 에어컨도 켜면 안 된다고 합니다.
그런데 가정용 에어컨은 외부 공기를 실내로 유입시키지는 않고 단순 열교환기능만 있다고 알고 있는데 말이죠.
뭐 어차피 이런 꽃샘추위에 에어컨 켤 일은 없겠지만요.

낙진의 위험이 있을 때 부득이하게 외출을 해야 한다면 마스크를 하고, 우비를 입고,
외출 후 돌아오면 우비는 집 밖에 보관, 옷들은 바로 세탁을 하고, 깨끗이 샤워를 해야 된답니다.
그런데 세탁이나 샤워할 물이 방사능에 오염되지 않았다는 건 어떻게 확신하죠? 그, 글쎄요...-_-
그리고 방사능으로 오염된 것이 확실한 옷이나 신발들은 세탁이 아니고 잘 밀봉해서 버려야죠, 아마도...

특히 비오는 날에는 외출하면 안 되겠습니다.
비가 내릴 땐 대기 중의 먼지와 휘발성 물질들, 그리고 방사능 낙진이 있다면 그것들도, 지표면으로 딸려 내려옵니다.
만약 후쿠시마 원전 사태가 현상태로 잘 마무리되고 정부에서 방사능 낙진의 위험이 없다고 발표한다고 하더라도
전 요번에 비가 오면 외출 안 하려고 합니다.

음식에 각별히 주의해야 하겠습니다.
위에도 썼지만 음식물 안의 방사성 물질을 섭취하면 내부 피폭이 되는 겁니다.
방사성 물질 함유 여부가 확인되지 않은 음식은 먹지도, 마시지도 않는 것이 좋겠죠.

방사능 낙진이 한국에서도 확인된다면 노점상에서 파는 음식 같은 건 절대로 먹으면 안 되겠습니다.
노지에서 키운 농작물도 먹어서는 안 될 듯...
그리고 몇 년간은 일본산 음식물은 안 먹는 게 안전하지 않을까 싶은데요.
북태평양에서 원양어선들이 잡아오는 물고기도 안전하다고는 할 수 없게 되겠죠. 참치 안녕~-_-

가장 안전한 것은 사고 이전에 생산된 통조림이나 레토르트 음식처럼 밀봉된 식품들일 겁니다.
그런데 몇달이나 통조림만 먹고 살 수는 없지 않으려나요-_-

수도물도 강물을 취수원으로 사용할 경우 마시기에 안전하다고 확신할 수는 없겠습니다.
정수기에 정수하면 좀 나으려나요?
적어도 마트에서 파는 생수는 안전할 것입니다.
그리고 지하수도 체르노빌 사고 경과를 봤을 때 비교적 안전했습니다. 방사성 물질은 토양에 걸러질 테니까요.

피폭이 의심될 경우
119나 지정병원으로 연락해서 적절한 조치를 취해야겠습니다.
그런데 뭐 방사능에 대해서는 뾰족한 대책이 없습니다.
그냥 몸을 깨끗이 씻고, 섭취했을지도 모르는 요오드-131이나 세슘-137을 빨리 배출할 수 있게 도와주는 약을 먹는 정도가 고작이겠죠.

요오드-131 섭취 의심 시에 복용할 약은 안정한 요오드-127로 되어 있는 요오드화 칼륨(KI)입니다.
성인의 경우 하루에 130mg씩 복용해야 된다고 하는데, 이건 1일 권장 섭취량의 몇백 배나 되는 엄청난 양입니다.
다시마나 미역을 아무리 배터지게 먹어도 절대로 채울 수 없는 양이니 괜히 해조류를 사재기 하지도 마시고,
다량의 요오드는 갑상선기능항진증 등의 부작용을 초래하므로 방사성 요오드 오염이 안 된 사람이 예방 차원에서 먹는 것도 위험합니다.

세슘-137 의심 시에는 프러시안 블루(Fe₇(CN)₁₈⋅14H₂O)를 복용해야 한다고 합니다.
프러시안 블루는 그 이름이 나타내듯이 짙은 파란색을 내는 안료/색소입니다만,
중금속 중독 시에 배출을 위해 약으로도 사용된다는군요.
듣기로는 현재 한국에 의약용 프러시안 블루 비축량은 100여명분밖에 없다고 하는 것 같습니다.


제가 수집하고 정리한 정보들은 일단 이 정도입니다.
혹시 잘못된 내용을 발견하셨거나 추가 정보가 있으신 분은 알려주시면 감사하겠습니다.
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