방사선의 산업적 이용
방사선의 산업적 이용
▶ 왜 방사선 및 방사성핵종의 산업적 이용이 확대되어 가고 있는가?
방사선의 유용한 가치뿐만 아니라 그 부작용인 방사선의 위험에 대해서도 널리 알려진 지금에도 방사선 이용을 주장하고 있을 뿐만 아니라 그 용도가 나날이 확대되어 가는 원동력은 방사선을 이용하는 기술이 다른 기술이 갖지 못하는 기능을 가졌거나 같은 기능이 있는 다른 기술에 비해 상대적으로 비용이 적게 들기 때문이다.
y
▶ 그렇다면 방사선의 어떤 특성이 산업분야에서 응용되고 있는가?
물질을 투과할 수 있는 능력
전리, 핵반응, 여기, 산란 등 원자단위의 반응능력
유전자변이 등 생물학적 작용능력
극히 민감한 검출성
화학작용의 능려
고유에너지 등의 지문특성
▶ 물질을 투과할 수 있는 능력은 산업적 분야에서 어떻게 사용되고 있는가?
우리가 흔히 접할 수 있는 것으로 병원에서의 X-선 촬영을 들 수 있고, 공항에서 출입국을 절차를 밟을 때 휴대가방을 검색하는 것 역시 이러한 방사선의 투과 능력을 이용한 것이다. 이처럼 방사선의 투과능력과 방사선이 사진필름을 감광하거나 형광스크린을 빛나게 만드는 감광능력이 결합되어 방사선영상기술(라디오그래피)이 발전하게 되었다. 라디오그래피는 크게 인체에 대한 것과 기타 사물에 대한 것으로 구분할 수 있는데 병원에서 질병의 진단에 이를 유용하게 이용한다.
이 외에도 비파괴검사 기술로서 주로 용접부나 주물의 결함검사에 이용되며, 투과형 두께계, 밀도계, 수준계 등의 방사선게이지와 연기감지기를 들 수 있다. 이들은 물체의 두께나 밀도가 높을수록 방사선의 투과력이 저하되는 성질을 이용하는 것이다.
▶ 전리와 같은 원자단위의 반응능력은 산업적 분야에서 어떻게 사용되고 있는가?
알파입자, 베타입자 등은 물질에서 원자들과 작용하여 양이온과 전자로 분리시키는 전리능력이 있기 때문에 전리방사선이라고 부른다. 이와 같이 만들어지는 전하를 직접 이용하는 예는 정전기 제거기술로서 제지산업이나 섬유산업의 공정에서 발생하는 정전기를 방사선이 생성하는 이온이나 음전자를 이용하여 중화시키는 것이다. 이밖에 형광등의 점등속도를 높이고 용접부분의 균질성 향상에도 방사선에 의한 이온의 발생이 이용된다.
핵반응을 일으키는 성질을 이용한 대표적인 경우가 원자로이다. 즉, 중성자가 우라늄에 포획되어 핵분열을 촉발함으로써 대량의 에너지를 내는 연쇄반응이 가능하게 된다.
방사선의 산란 성질을 이용하는 기술로는 수분계를 들 수 있다. 수분계란 중성자가 수소와 산란반응을 일으키는 성질을 이용하여 토양이나 곡물의 수분함량을 측정하는 것이다. 지질학 연구나 광물의 탐사에서 시추공에 방사선원과 검출기를 넣어 산란 방사선을 분석함으로써 시추공 주변의 밀도와 같은 지층구조를 이해할 수 있다.
방사선이 원자나 분자를 여기시키고 여기상태에서 기저상태로 천이할 때 나오는 2차 방사선을 이용하는 것으로는 야광물질, 섬광검출기, 열형광검출기 등이 있다.
▶ 방사선의 생물학적 작용능력은 산업분야에서 어떻게 사용되고 있는가?
우선 식물에 의도적으로 방사선을 조사함으로써 돌연변이를 유발하고 그 변이의 결과 가치 있는 유전자를 갖는 개체를 선별하여 육종함으로써 수확이 높은 작물, 병충해에 강한 작물 등을 얻는 방사선육종분야를 들 수 있다.
곤충의 불임화를 통해 해충을 구제하는 기술도 주목받고 있다. 이는 많은 개체의 수컷곤충을 길러 교접기 직전에 X-선을 조사하여 불임시킨후 이들을 자생지에 산포하며 이들이 수정기의 암컷들과 교미하여 알의 수정을 막음으로써 다음 세대의 해충발생을 줄이는 방법이다.
방사선의 생물학적 작용을 이용하는 또 하나의 큰 분야는 식품조사 분야다. 식품조사는 두가지 부류의 효과를 이용하는데 첫째, 식품중의 미생물을 살균으로써 기생충이나 세균의 감염을 방지하거나 벌레의 발생을 방지하는 것이며, 둘째는 근채류, 건과류 등의 발아를 억제하여 농산물의 저장성을 높이고 품질변화를 예방하는 것이다. 첫째 범주의 예로써 쇠고기나 닭고기를 방사선으로 조사하여 살모넬라균이나 E-콜리(혹은 O-157)균의 감염을 예방을 들 수 있으며, 둘째 범주의 예로는 양파, 감자 등에 방사선을 조사함으로써 장기간 저장기간동안 발아를 억제함으로써 식품의 품질저하를 크게 완화한다. 방사선 멸균은 전통적인 방법에 비해 열에 약한 재료에 대해서도 적용할 수 있고, 완전포장된 상태에서 멸균하므로 재감염의 우려가 작은 장점을 지니고 있다.
치료방사선학 분야에서 암종에 방사선을 조사하여 암을 치료하는 것은 방사선의 생물학적 작용의 이용이다. 이외에도 일회용 주사기, 붕대, 거즈 등 의료용품의 멸균에도 감마선 조사가 이용된다.
▶ 방사선의 민감한 검출능력은 산업분야에서 어떻게 사용되고 있는가?
방사성 핵종에 대한 높은 검출감도는 물질을 분석하는 유용한 수단을 제공한다. 방사화분석은 분석할 시료를 원자로와 같은 중성자 빔 환경에 노출하여 방사화된 시료를 감마선 분광분석 등의 방법으로 계량함으로서 본래 핵종의 함량을 얻는 방법이다.
미량의 물질을 쉽게 검출할 수 있는 기술은 추적자 이용을 용이하게 한다. 추적자는 공정의 제어, 환경 중 물질의 이동이나 인체내 신진대사 등을 연구할 때 본래의 물질 이동에 영향을 주지 않으면서 표지능력이 있는 물질을 투입하여 이를 추적하는 것이므로 가능하면 작은 양이 사용되어야 하기 때문에 검출감도가 놓은 방사성핵종을 이용하는 것이 특히 적합하다. 추적자는 방사성 핵종을 직접 이용할 수 도 있고 방사성이 아닌 핵종을 투입 후 채취된 시료를 방사화분석법으로 분석하는 후방사화추적자 기술을 이용할 수 도 있다. 추적자 기술은 위에서 예로 든 분야이외에도 하저토 및 해저도의 이동, 곤충의 생태 추적, 화학반응 기전의 규명, 지하수계의 탐사 등에 이용된다.
▶ 방사선의 화학작용 능력은 산업분야에서 어떻게 사용되고 있는가?
합성수지 계열에 방사선을 조사하면 분해 또는 중합반응이 일어나는데 대체로 산소환경에서는 분해가, 무산소 환경에서는 중합이 선호적이 된다. 이에 따른 수지의 경화, 그래프팅, 가교반응을 이용하여 재료의 물성을 개선하는 공정들이 개발되어 사용되고 있다. 기능섬유의 개발, 페인트 표면처리, 타이어 성능 개선, 고절연 플라스틱, 형상기억 플라스틱 또는 열수축성 플라스틱의 생산 등이 그 예이다.
방사선의 화학작용의 이용에서 주목받는 다른 분야로는 환경보호 목적으로 이용되는 전자가속기 이용이다. 에바라(Ebara)공정으로 불리는 이 처리에서는 배기가스를 전자선으로 조사하면 공기 중의 N2, O2, H2O, CO2, 등의 분자가 여기되거나 분해되어 생성되는 활성기단들이 배기가스 중에 함유된 SOx 및 NOx와 반응하여 각각 황산과 질산으로 변환시키는데 여기에 암모니아를 부가하면 분말상의 (NH4)2SO4 등으로 변환할 수 있는데 이는 비료로 사용될 수 있다.
폐수를 전자선으로 처리하면 폐수 중의 유기화합물의 분해, 박테리아 등 병원체의 살균, 입자들의 응집 등을 유발하여 효과적인 정화가 가능함이 시범시설의 운영 경험들에서 밝혀졌고 같은 원리로 상수원의 정화에도 이용될 수 있다.
▶ 방사선의 지문특성은 산업분야에서 어떻게 이용되고 있는가?
방사성핵종은 방출하는 방사선이 고유한 에너지를 갖거나 반감기가 불변인 성질을 가지고 있는데 이런 특성도 방사선의 이용 동기를 제공하고 있다. 한 예로써 핵종마다 방출하는 특성X선이 고유한 에너지를 가짐을 이용한 형광 X선 분석기술이 첨단 분석장치에 이용되고 있다.
반감기가 고유하다는 특성은 지층이나 유물의 연대를 측정하는 데에 이용된다. 생태계와 탄소의 교류가 이루어지지 않는 탄소를 함유한 물체의 14C농도를 측정하여 평형농도와 비교함으로써 경과시간을 평가할 수 있는데 주로 고고학 분야에서 사용된다.
신체의 일부인 체모, 손톱 등에 함유된 성분 원소의 구성이 미소하게는 사람마다 특징이 있다는 점에 착안하여 방사화분석 등의 방법으로 이들 시료를 분석하여 일치여부를 판정하는 기법들이 법의학 분야에서 널리 사용되고 있다.
▶ 방사선 이용의 전망은 어떠한가?
이상에서 방사선이 각 산업에서 폭넓게 사용되고 있음을 알 수 있었다. 지금까지의 방사선 이용의 흐름을 본다면 앞으로의 방사선 이용은 기존의 상대적으로 단순한 이용기술이 컴퓨터와 나노 테크날로지 기술의 도움으로 기존의 이용분야의 한계를 극복하면서, 각 분야에서 더욱 정교해지고 더욱 복잡한 시스템에 적용되는 방향 나아갈 것이다.
▷ 참고사이트 ◁
▶ http://itrs.hanyang.ac.kr/rad_pro/radpro.htm
▶ http://kis21.kaeri.re.kr/jspdocs/boards/frame/f_2/kongsi/body/kongsi_2_6.htm
▶ http://nuke.co.kr/energy/industry/index.html
▶ http://www.chosun.ac.kr/~gi/dept/atom.htm