방사성 동위 원소
동위 원소 중에 방사능이 있는 것 / From Wikipedia, the free encyclopedia
동위 원소 중에 방사능이 있는 것을 방사성 동위 원소(放射性同位元素)라고 하며, 이런 불안정한 원자핵을 가진 원자를 방사성 핵종(放射性核種)이라고 한다. 방사성 핵종은 감마선이나 다른 아원자 입자를 방출하며 방사성 감쇠를 하게 된다. 방사성 동위 원소는 천연 상태로 산출되기도 하며, 인공적으로 합성되기도 한다.
방사성 핵종은 중성자나 양성자의 수가 너무 많아서 핵 에너지가 남아돌아 불안정하게 되는 핵종이다. 이렇게 에너지가 초과되면 세 가지 방법 중 하나로 이용된다. 원자핵에서 감마선으로 방출된다거나, 전자 중 한 개로 전달되어 전환전자로 방출된다거나, 원자핵에서 알파 입자나 베타 입자와 같은 새로운 입자를 만들어 방출하는 데 사용된다. 그러한 과정에서 방사성 핵종은 방사성 붕괴를 거친다고 한다. 이렇게 방출되는 것은 다른 원자에서 전자를 방출할 만큼 충분한 에너지가 있기 때문에 이온화 방사선으로 여겨진다. 방사성이 붕괴되면 안정된 핵종을 만들거나 가끔 불안정한 신규 방사성 핵종을 생성해서 또 다시 붕괴할 수 있다. 단일 원자 수준에서 일어나는 방사성 붕괴는 무작위로 진행되는 과정이기 때문에 하나의 특정 원자가 언제 붕괴할지 예측하기가 대단히 곤란하다. 그렇지만 단일 핵종의 원자 집합의 경우에는 측정된 붕괴 상수로부터 붕괴율과 그에 따른 단일 핵종 원자 집합의 반감기(t1/2)를 산출할 수 있다. 방사성 원자의 반감기의 총 범위는 아직 상한선이 정해지지 않았으며 10의 55승을 넘는 시간 범위에 걸친다.
방사성 핵종은 자연 발생하거나 원자로나 사이클로트론(원자의 핵변환이나 동위 원소 제조에 쓰는 가속 장치), 입자 가속기(분자 가속기), 방사성 핵종 발생기에서 인공 생산된다. 반감기가 60분이 넘는 방사성 핵종은 약 730개가 있다. 그중 32개는 지구가 탄생하기 전에 생겨난 최초의 방사성 핵종이다. 적어도 60개 이상의 방사성 핵종은 자연에서 검출할 수 있다. 이러한 방사성 핵종은 최초의 딸핵종이거나 우주 방사선에 의하여 지구상에서 자연적으로 생산되는 방사성 핵종이다. 2400여 가지가 넘는 방사성 핵종의 반감기는 60분 미만이다. 그 중 대부분은 인위적으로만 생산되고 반감기가 매우 짧다. 그에 비해 안정된 핵종은 약 251가지이다. 이론적으로는 이중 146개만 안정적이며, 나머지 105개는 알파 붕괴나 베타 붕괴, 이중 베타(β) 붕괴, 전자 포획, 이중 전자 포획을 거쳐 붕괴한다고 알려져 있다.
모든 화학 원소는 방사성 핵종으로 존재할 가능성이 있다. 아무리 가벼운 원소인 수소도 우리가 잘 알고 있는 방사성 핵종인 삼중 수소를 포함하고 있다. 납보다 무거운 원소와 테크네튬(Tc)과 프로메튬(Pm) 원소는 방사성 핵종으로만 실존한다. 이론적으로는 디스프로슘(희토류 금속 원소 중 한 가지, Dy)보다 무거운 원소는 오로지 방사성 핵종으로 존재하지만, 금과 백금과 마찬가지로 이러한 원소 중 일부는 관찰 결과 안정적이며 반감기가 아직 밝혀지지 않았다.
일반적으로 방사성 핵종은 의도치 않게 노출되었을 경우 인간을 포함한 생물체에 유해한 영향을 주지만, 저농도의 방사성 핵종에 자연적으로 노출될 경우에는 해를 끼치지 않는다. 피해 정도는 생성되는 방사선의 특성과 정도, 노출량과 노출 특성(밀접 접촉, 흡입, 섭취), 해당 원소의 생화학적 특성에 따라 다르며, 암 발생 위험성이 증가하는 것이 가장 흔한 결과다. 그럼에도 불구하고 핵의학에서는 적합한 특성을 보이는 방사성 핵종을 진단과 치료에 모두 활용한다. 방사성 핵종으로 만든 영상 추적자(인체 내부 관찰에 이용되는 방사능 물질)를 방사성 추적자라고 한다. 방사성 핵종으로 만든 의약품을 방사성 의약품이라고 한다.