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일본 후쿠시마 원자력발전소 폭발로 50여 종의 방사성 물질이 누출된 것으로 추정되면서 방사성 물질에 대한 공포감이 빠르게 퍼지고 있다. 지금까지 알려진 방사성 물질은 1700여 종. 이들 가운데 인체에 해로운 대표 방사성 물질은 20종 정도다.
원전이 폭발할 때 나오는 방사성 물질의 80% 정도는 크세논과 크립톤이다. 두 물질은 기체이기 때문에 금세 흩어져 인체 피해가 매우 적다.
이재기 한양대 원자력공학과 교수는 “가장 위험한 방사성 요오드가 그 다음으로 양이 많다”고 말했다. 방사성 요오드는 호흡을 통해 몸 안으로 들어온다. 갑상샘에 저장된 이 물질은 베타선을 낸다. 방사선은 알파선, 베타선, 감마선 등 세 종류로 나뉜다. 베타선은 반응성이 좋아 방출되는 모든 양이 세포에 영향을 미친다. 베타선에 영향 받은 갑상샘 세포는 죽거나 돌연변이를 일으켜 암이 된다. 하지만 미량의 방사성 요오드는 갑상샘암을 치료하는 데도 쓰인다. 한국원자력연구원에 있는 연구용 원자로 ‘하나로’는 방사성 요오드를 치료 목적으로 생산하고 있다.
방사성 요오드와 함께 세슘도 ‘위험한 놈’이다. 근육에 대부분 저장되는 세슘-137이 방출하는 방사선은 몸 안의 수분과 만나 반응성이 매우 좋은 화학물질을 만든다. 이 물질이 DNA에 붙으면 꽈배기처럼 생긴 DNA의 구조가 뒤틀려 유전병을 앓게 된다.
원전 사고에서 나오는 방사선 가운데 인체에 가장 위험한 건 감마선이다. 투과력이 뛰어나 여러 장기에 침투할 수 있기 때문이다. 육종이나 멸균 등에 쓰이는 방사선도 감마선이 많다. 단 위험하지 않을 정도로 소량만 쓴다. 감마선은 태양도 낸다. 가끔 감마선 폭발까지 일어난다. 태양이 평생 내놓는 것보다 많은 에너지를 단 몇 초에서 몇 분만에 한꺼번에 분출하는 현상이다. 그 에너지량은 원자폭탄을 매일 1,000조개씩 30조년간 터뜨릴 때 나오는 정도니 가히 상상을 초월한다. 흑점 폭발로 나오는 에너지보다 100만~1조 배나 강하다. 과학자들은 감마선 폭발을 '작은 빅뱅'이라고도 부른다.
인공 방사성 물질 중 가장 우려되는 것은 세슘(Cs-137, Cs-134)과 스트론튬(Sr-90, Sr-89)이다. 이들은 반감기가 긴 것이 공통점이다. 양이 반으로 줄 때까지 Cs-137은 30년, Sr-90은 28.8년이 걸린다. 방사성 세슘은 위나 장의 건강을 위협하고 유전자(DNA)를 손상시켜 암을 일으키기도 한다. 칼슘과 비슷한 특성을 지닌 방사성 스트론튬은 칼슘처럼 뼈에 잘 달라붙는다. 골수암 발생과 관련이 있다.
반감기는 방사성 물질이 내는 방사선량이 절반으로 줄어드는 시간을 뜻한다. 대기나 토양 등 몸 밖에 있는 방사성 물질의 방사선량이 절반으로 주는 기간을 ‘물리적 반감기’라고 한다. 일반적으로 알고 있는 반감기이다. 몸 안에 들어온 방사성 물질은 소화, 배설 등 대사 작용을 통해 몸 밖으로 배출된다. 몸 안에 있던 방사성 물질이 절반으로 주는 기간은 ‘생물학적 반감기’이다. 가령 세슘137은 물리적 반감기가 30년이지만 생물학적 반감기는 109일이다. 물리적 반감기가 8.04일인 방사성 요오드는 생물학적 반감기가 138일이다. 세슘은 배출되고 요오드는 흡수하는 성질이 강한 셈이다. 방사성 물질이 실제 우리 몸에 영향을 미치는 기간은 물리적 반감기와 생물학적 반감기를 합친 ‘유효 반감기’로 계산한다.
예를 들어 물리적 반감기가 10일이고 생물학적 반감기가 5일인 방사성 물질이 우리 몸에 들어온 지 10일 지나면 물리적 반감기는 1번 겪고, 생물학적 반감기는 2번 거친다. 따라서 유효 반감기는 생물학적 반감기인 5일보다 짧게 된다. 물리적 반감기가 생물학적 반감기보다 짧은 반대의 경우에도 유효 반감기는 물리적 반감기보다 짧다.
실제 방사성 요오드의 유효 반감기는 7.6일로 두 반감기와 비교해 가장 짧다. 유효 반감기가 108일인 세슘137 역시 마찬가지다. 하위호 한국원자력의학원 선량평가연구팀장은 “세슘137의 물리적 반감기가 30년으로 매우 길지만 우리 몸에 들어왔을 때 영향을 미치는 기간은 이보다 훨씬 짧다”고 말했다. 그는 “체르노빌 원전 사고 때 문제가 됐던 플루토늄239는 물리적 반감기뿐 아니라 유효 반감기도 매우 길어 문제가 됐던 것”이라고 덧붙였다.
후쿠시마 원전사고 당시에 해양으로 유출된 스트론튬의 양은 세슘의 1/10~1/100정도 수준이고, 후쿠시마현 토양에서는 세슘의 1/1000미만이다. 즉, 절대적인 양 자체가 세슘에 비해 훨씬 적다. 이러한 차이가 나는 이유는 세슘이 섭씨 671도에서 끓어 기화가 되고, 스트론튬은 그보다 훨씬 온도가 높은 섭씨1382도에서 끓어 기화하는 물질이기 때문이다.
원자력 발전소에서 노심용융이 최악의 사고인 이유는 핵연료 소결체와 피복관 내부에 있는 방사능 물질들이 고온에서 기화한 뒤에, 기체 혹은 분진 형태로 빠져나오기 때문이다.
그래서 사고초기에 가장 많이 유출되는 방사능 물질은 사실은 제논133과 같은 비활성 기체다. 제논은 끓는점이 영하108도로 핵연료 소결체와 피복관이 손상되는 즉시 외부로 빠져나오게 된다. 그러나 내부 피폭영향이 거의 없는데다, 반감기도 5일 정도로 매우 짧고, 대기중에서 빠른 속도로 확산 희석되기 때문에 무시가 된다.
두 번째로 많은 양이 나오는 아이오딘131은 끓는점이 섭씨 181도이고 반감기는 8일이다. 반감기는 짧지만, 갑상선에 방사선 피폭을 일으키는 물질이기에 원전 사고 초기 단계에 음식섭취나 흡입을 통한 내부 피폭에 주의해야 한다.
세 번째로 많이 나오는 세슘137은 끓는점이 671도이며, 반감기도 30년으로 비교적 길다.
이보다 끓는점이 훨씬 높은 스트론튬 90은 당연히 대기와 토양, 해수에 유출되는 양도 훨씬 적다. 플루토늄처럼 섭씨 3000도 이상에서나 끓어오르는 방사능 물질은 후쿠시마 사고에서는 거의 검출되지도 않는다.
애초에 국제식품규격위원회(CODEX)는 세슘의 식품기준치를 1000Bq/kg으로 권고하고 있다. 이 정도의 농도의 세슘이면 인체에 충분히 안전하다고 판단하기 때문이다. 외부피폭이든 내부피폭이든 연간 100mSv미만의 피폭이라면 인체에 끼치는 영향은 무시된다. 일본 정부가 피난의 기준선으로 잡고 있는 20mSv면 더더욱 위험성을 따지는 것 자체가 큰 의미가 없다.
The portion of the total radiation activity (in air) contributed by each isotope versus time after the Chernobyl disaster, at the site. Note the prominence of radiation from I-131 and Te-132/I-132 for the first week. (Image using data from the OECD report, and the second edition of 'The radiochemical manual'.[2])
