원자력에너지를 이용하는 방법은 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 핵분열로 나오는 막대한 에너지, 즉 열을 이용하는 방법이 있고, 다른 한가지는 방사성동위원소에서 나오는 방사선을 이용하는 것이다. 우리 생활에 가장 밀접하게 연결되어 있는 분야는 원자력발전이다. 우리 나라의 경우, '96말 현재 전체 발전량의 36% 이상을 원자력으로부터 얻고 있다. 한편 세계적으로 보면, 오늘날 전세계 전력생산의 18%를 원자력이 차지하고 있다. 그러나 전력생산 이외에도 원자력을 평화적으로 이용하는 분야는 의료, 농업, 공업 등 여러 분야에 걸쳐 매우 다양하게 펼쳐져 있다. 우리는 방사성동위원소의 그 무한한 이용분야에 대하여 사실 제대로 인식하고 있지 못하고 있다.
악성종양(암)의 치료분야에서 놀랍게 이용되고 있는 점은 둘째 치고라도 방사선은 각종 의료 기기(주로 1회용 주사기, 압박붕대 등 약 3백여 종류)를 안전하고도 완벽하게 멸균 소독하는 분야에 매우 효과적으로 이용되고 있으며 또 독성화학물질의 화학구조를 방사선으로 파괴시켜 독성을 제거하는 데에도 이용되고 있다. 뿐만 아니라 농업적으로는 품종개량, 식품의 장기저장 등에 이용되고 있으며 공업적으로는 주로 비파괴검사분야와 생산공정의 품질관리 부문에 이용되고 있다. 그러나 이러한 이용은 빙산의 일각에 불과하다. 방사선은 현재에도 헤아릴 수 없을 만큼 많은 분야에서 이용되고 있지만 해를 거듭할수록 점점 더 그 폭이 넓어질 것은 분명한 일이다.
병원에서의 이용
방사선과 방사성동위원소를 암과 같은 악성질병의 진단과 치료에 이용하고 있음은 이미 잘 알려진 사실이다. 방사선의 의학적 이용은 사회가 발전하고 건강에 대한 인간의 욕망이 커질수록 더욱 확대되고 있다.
사람이라면 누구나 건강하게 살고 싶어한다. 그러한 기본적인 욕망을 방사선이 충족시켜 주고 있는 것이다. 건강을 지킨다는 것은 질병에 걸리지 않도록 한다는 뜻과 같다. 방사성동위원소를 이용하면 질병에 대한 정확한 진단을 할 수 있다. 그렇기 때문에 방사선을 의학적으로 이용하는 일이 더욱 많아지고 있다. 예를 들어 테크니슘(Tc-99m)과 옥소 (I-132)등과 같은 방사성동위원소를 사용하면 간, 콩팥, 갑상선, 뇌, 뼈등 어떤 특별한 신체 부위의 모습을 명확하게 나타낼 수 있으며 나트륨 (Na-21)이라는 것을 혈관 속에 주사하게 되면 체내에서의 혈액의 흐름을 진단할 수 있다.
한편, 많은 양의 방사선을 효과적으로 이용하여서 암세포의 활동을 저지할 수 있다. 암을 치료할 때에 필요한 방사선은 4만-7만mSv 정도의 방사능량이라야 한다. 이 정도라야 자궁암, 후두암 등이 떨어져 나갈 수 있다. 또 방사선의 투과력도 1백만 볼트에서 수천만 볼트의 에너지라야 한다. 방사선이 두렵다고 하지만 이러한 방사선으로 자궁암이 치료되어 10년, 20년 살아있는 사람이 무척 많다.
병원의 방사선과
방사선과 검사의 대부분은 X선을 이용한다. X선은 1895년 뢴트겐이 처음 발견한 짧은 파장을 갖는 전자파로 물체를 투과하는 성질과 사진 필름을 감광시키는 성질이 있으며, 이 성질을 이용하여 인체를 투과하는 X선 사진을 찍으면, 인체내부의 모습을 볼 수 있게된다. 또한 X선은 인체 조직 속에서 전리현상을 일으킨다. 이 현상은 방사선 장해의 원인이 되기도 하며, 방사선을 암치료에 사용하는 근거가 되기도 한다.
X선 검사는 인체를 투과한 X선을 필름에 감광시켜 사진으로 만드는 X선 촬영(가슴사진, 뼈 사진)과 TV화면에 보이게 하여 움직이는 모습을 관찰할 수 있는 X선 투시(위장관검사, 혈관조영검사)가 있다. 여러분이 흔히 찍는 가슴사진으로는 폐결핵, 폐렴, 폐암과 심장병 등을 진단하며, 뼈 사진으로는 골절, 골수염과 골암, 관절염 등을 진단하는데 X선 자체는 인체 내에서 밀도차가 큰 뼈, 연조직, 지방, 공기, 이 네가지정도만 구별할 수 있고 또한 여러 구조물이 중첩되어 2차원적 영상으로 보이는 것이므로 일반 X선 검사로는 불충분하여 2차적으로 초음파, 전산화 단층촬영, 자기공명영상 등의 특수검사를 하는 경우도 있다. 단순 X선 검사로는 볼 수가 없는 위장관, 심장 혈관 등을 보기 위하여, 입으로 먹거나 관장용으로 사용하는 바리움 제재나 혈관에 주사하는 요오드제재를 사용하기도 하는데, 요오드제재는 사람에 따라 경미한 오심, 구토, 두드러기부터 아주 드물게는 치명적인 과민반응을 일으키기도 한다.
진단방사선과라 하면 아직도 많은 사람들이 흉부 X-선이나 뼈 부위를 찍는 곳 정도로만 생각하는 사람들이 많으나 최근 약 20년간의 변화와 발전은 눈부실 정도이다.
초음파, 전산화 단층촬영(CT) 그리고 80년대 후반에 들어서는 자기공명영상(MRI)의 등장으로 수술 시에 보는 것과 같은 뛰어난 영상을 얻게되었을 뿐 아니라, 해상력도 좋아져서 육안으로는 볼 수 없는 미세구조도 볼 수가 있게되어 그전까지는 진단이 어려웠던 많은 질환을 포함하여 대부분의 질환을 좀더 정확하게 진단할 수 있게 되었고, 수술 전 수술 계획 및 방법을 결정하는데 많은 도움을 주게되었다.
또한 최근에는 진단뿐만 아니라 치료적 수기의 발전으로, 전신마취 하에 하는 위험성이 높은 큰 수술을 피하고 비교적 위험성이 적고 간단한 시술로 치료할 수 있게 되었고, 더 이상 수술이 어려운 환자에게도 본 진단방사선과의 중재적 시술로 도움을 줄 수 있게 되었다. 기존에 많이 하던 경피적 담즙배액술, 신루설치술, 담관내 잔류결석제거 외에, 간암, 신장암 등의 동맥내 색전술, 식도정맥류나 폐결핵, 위장관 출혈 등에서의 색전술, 그리고 좁아져있거나 막힌 혈관, 담관, 기관지, 요관, 위장관등의 확장 등이 이에 해당될 것이다. 따라서 본 진단방사선과의 역할이란 모든 질환의 치료에 있어 가장 중요하며 첫 번째 단계라 할 수 있는 진단과정에서 여러 가지 의료진단장비를 이용하여 정확한 진단을 내려줌으로 올바르고 빠른 치료의 길로 인도하며, 나아가 앞서 언급한 여러 가지 중재적 시술로 치료의 한 몫도 차지하고있다 하겠다.
자기공명영상장치
자기공명영상 장치는 사람을 큰 자석 속에 넣고 강한 자장과 라디오 주파수를 사용하여 인체내 원자의 분포와 다른 원자와의 결합 상태를 알려주는 신호를 받아서 컴퓨터로 처리하여 단면 영상을 만든다.
전산화 단층촬영에 비해 연부조직간의 구별능력이 탁월하며, X-선에 의한 부작용이 없고 횡단면뿐만 아니라 관상면이나 시상면으로의 영상도 얻을 수가 있어 그 진단적 능력이 뛰어나며, 단점이라면 값이 비싸고, 검사시간이 다소 오래 걸리며 호흡이나 장운동에 영향을 받는 사실이다.
긴 터널 같은 자석 속에 들어가야 하므로 폐쇄공포증이 있는 환자나 자성을 갖는 금속성 물질을 뇌안에나, 안구, 심장 내에 갖고 있는 환자는 검사를 할 수가 없다.
컴퓨터 단층촬영(CT)
CT는 X선을 이용합니다만 필름이나 TV에 직접 상을 만드는 것이 아니라, 좁은 X선을 몸 둘레로 회전시키면서 투과시키고 이 투과된 X선의 양을 측정하여 컴퓨터로 단면상을 재조립하여 영상으로 나타내 준다.
1960년대 영국의 Hounsfield라는 과학자에 의해 발명된 후 지금은 가장 보편화된 첨단의료장비 중의 하나로 웬만한 중소병원에도 갖추어졌을 정도이며 초음파와 마찬가지로 단면상이므로 일반 X-선 검사와 달리 겹치는 부분이 없고, 작은 조직 밀도 차이도 구별할 수 있으며 초음파와 달리 뼈 등에 의한 제약이 없으므로 아주 뛰어난 진단능력이 있다.
환자는 기계 위에 누워있기만 하면 자동적으로 신체 각 부분의 횡단사진이 나오고, 사진을 검토하여 5 mm 작은 암도 진단이 가능할 수 있다. 이 검사로는 뇌로부터 하지까지 신체 어느 부분이라도 진단이 가능하여 뇌암, 뇌졸증 등의 뇌질환, 폐암이나 폐결핵, 종격동질환 등의 흉부질환, 복부에서는 각종 종양이나 염증성질환의 진단에 이용되며 그 외 사지의 근골격계, 부비동, 측두골, 인후두부 등을 검사하는 데에 이용되고 있다.
검사 중 필요하면 조영제를 구강이나 직장으로 주입하거나 수용성 조영제를 혈관으로 주입할 경우가 있는데, 이 때에는 금식이 절대 필요하며, 요오드를 함유한 수용성 조영제에 의해 앞서 X-선 검사 때와 마찬가지의 부작용을 유발할 수 있다.
음식에서의 이용
방사선으로 식품의 장기저장과 부패방지를 할 수 있다.
방사선을 조사(照射)하여 효과를 볼 수 있는 식품으로는 감자, 고구마, 양파, 마늘등 발아식품이 주종을 이루고 있습니다. 이밖에도 각종 조미료와 분말식품을 방사선으로 처리하여 효과를 보고 있으며, 또 건어물과 같은 저장식품의 부패방지에도 방사선이 이용되고 있다.
농업분야에서는 사철 푸른잔디, 크고 과즙이 많은 과일, 병충해에 강한 종자개발 등과 같은 농작물의 품종개량이나 마늘이나 감자 등에 방사선을 쪼여 발아를 억제하는데 활용하고 있다. 딸기에 감마선을 쬐면 상하지 않고 3주 이상 신선하게 보존할 수 있다. 이 딸기는 밭에서 땄을 때와 마찬가지로 신선해 보인다. 이 딸기는 방사능을 가지고 있지 않으며, 맛도 거의 변하지 않는다.
앞으로 음식물에 방사능을 쬐는 데는 많은 이점이 있다. 야채나 과일을 저장할 때 방사능을 쬐면, 싹트는 것을 멈추게 하고, 음식물을 상하게 하는 균도 죽인다. 또, 음식물이 상할 때 생기는 독소를 만드는 박테리아도 죽인다.
많은 슈퍼마켓에서는 방사능 처리된 과일을 팔기를 원한다. 왜냐하면, 쓰레기를 줄이고, 싼 가격으로 양질의 서비스를 할 수 있기 때문이다. 그러나 모두가 식품을 방사능으로 처리하는 것을 좋아하는 것은 아니다. 왜냐하면, 방사능은 중요한 비타민을 파괴시킬지도 모르며, 음식물의 화학적 성분을 유해한 것으로 바꿀지도 모르기 때문이다. 그러나 방사능을 쬔 음식물은 오랫동안 보존할 수 있다.
산업에서의 이용
방사성동위원소는 의료뿐만 아니라 산업적으로도 폭넓게 이용되고 있다. 코발트-60(Co-60)이나 이리듐-192(Ir-192) 같은 방사성동위원소는 비파괴검사용으로 널리 이용되고 있다. 용접부분에 결함을 찾아내거나, 제품의 두께를 정확히 측정하는 데에도 이용되고 있다.
공장에서는 방사성동위원소를 생산공정의 개선에 많이 활용하고 있다. 가령 비료공장이나 화학공장의 반응탑 내부에 방사성동위원소가 포함된 원료를 섞어 넣으면 원료의 혼합상태 또는 제품이 만들어지기까지의 이동상황을 효과적으로 추적할 수 있다. 또 기계류의 피스톤이나 기어 같은 것을 제작할 때에도 방사성동위원소 추적자를 섞어 넣음으로써 기계사용에 따른 마모상태를 측정할 수 있다.
방사성동위원소 추적자는 이밖에도 많은 분야에서 이용되고 있다. 바다 속 모래에 방사성동위원소 추적자를 포함시킨 후, 시간에 따른 모래의 이동 상태를 측정하면 해류의 움직임을 쉽게 관찰할 수 있습니다. 이러한 방법으로 항만의 축항설계에 많은 도움을 얻고 있다. 같은 방법으로 지하수의 흐름을 측정 할 수 있으며, 파이프 속을 흐르는 액체의 누설을 탐지하는 데에도 방사성동위원소 추적자가 이용되고 있다.
방사성동위원소는 농업분야에서도 추적자로 많이 활용되고 있다. 예를 들어 효과적으로 비료를 주는 방법을 고안해 낼 수도 있다. 가령 비료의 3개 요소 중의 하나인 인(燐)의 동위원소 인-32(P-32)를 인산비료로 만들어 뿌려주면 식물 내부에서의 인산의 이동상황을 알 수 있어서 비료 주는 방법을 효과적으로 개선할 수 있다.
기타 이용
에너지 공급원
심장 안정기의 배터리, 우주 탐사와 인공 위성 통신의 배터리와 같이 작고 오랜 시간 작동을 요하는 데 이용된다.
형광 표시에 방사능 물질의 사용
시계의 야광 페인트에는 황화 아연과 대단히 적은 양의 라듐이 들어 있다. 라듐에서 나온 α입자가 황화 아연을 때리면 반짝거리는 빛이 나오는 것을 이용하여, 어두운 곳에서도 시계를 볼 수 있다.
유전 연구 및 유전 공학에 이용
물질을 표시해 줄 수 있는 방사능 기법이 유전 연구 및 유전 공학에 이용된다. 한 예로, 농작물에 극심한 피해를 주는 곤충의 양을 조절할 때에, 방사선으로 불임화시킨 수컷을 대량으로 풀어놓아 곤충의 번식을 막음으로써 병충해를 예방할 수 있다.
기타
그밖에 제트 엔진 내 연소실의 사진 영상, 자동차의 실린더 마모 측정, 화재 경보 장치에 이용된다. 호텔이나 커다란 건물에 설치된 많은 화재 경보기도 방사능을 이용하고 있다.